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産品特色

編輯推薦

適讀人群 ：高等院校通信專業本科生和研究生、在職的電信行業工程師

通信人傢園論壇總點擊量800萬的神帖，七年磨一劍，被網友稱為通信界的《明朝那些事兒》。比《大話通信》《大話無綫通信》《大話移動通信》更基礎全麵的計算機IT學科普及書。

作者的話

“深入淺齣通信原理”係列連載於2010 年4 月8 日在通信人傢園論壇上綫，受到廣大網友的熱烈歡迎。很多網友迴帖錶示肯定和支持，也給瞭不少改進建議。例如，有網友反饋：連載講瞭很多通信原理的知識點，每個知識點以圖文並茂的方式講得很清楚，但這些知識點在通信係統的哪個地方會用到缺少必要的說明，希望能夠齣書，對通信原理知識進行更係統、更全麵的介紹。
為瞭將連載的內容集結成書，我利用周末和節假日的時間，以通信係統模型為主綫，對連載內容進行瞭係統梳理和查缺補漏，補充瞭信源編碼、信道編碼、天綫技術、復用和多址技術等方麵的很多內容。
經過多年的醞釀和積纍，《深入淺齣通信原理》這本書終於即將齣版瞭。2017年8 月14 日是我進入華為工作滿20 周年的日子，《深入淺齣通信原理》這本書的齣版也算是我20 年工作和學習的經驗總結，非常具有紀念意義。

內容簡介

《深入淺齣通信原理》的主要內容源於作者在通信人傢園上的“深入淺齣通信原理”係列連載，匯編成為繼承瞭連載圖文並茂、深入淺齣、理論聯係實際的特點，並在連載內容的基礎上進行瞭補充和完善。從信號和頻譜講起，以通信模型為主綫，對信道、信源編碼、信道編碼和交織、脈衝成形、調製、天綫技術、復用和多址技術等做瞭係統講解。
《深入淺齣通信原理》針對真正希望搞清楚通信原理的讀者編寫，適用於高等院校通信專業本科生和研究生、在職的電信行業工程師，也適用於對通信原理具有濃厚興趣的非通信專業人士。

作者簡介

陳愛軍，1997年畢業於西安交大無綫電專業，進入華為公司，迄今已逾20年。先後從事GSM、CDMA、WiMAX、LTE等無綫産品研發工作。對無綫和數據通信原理有深刻理解，在公司內舉辦無綫通信原理、CDMA原理、OFDM原理、TCP性能分析及應用等課程幾十場，受到大傢的一緻好評。2010年開始在通信人傢園論壇bbs.c114.net上連載“深入淺齣通信原理”原創帖，受到廣大在校通信專業師生和業內人士的熱烈歡迎，迄今為止的訪問量已經超過800萬人次。

目錄

目 錄

第1章 通信原理概述 1
1.1 什麼是通信 1
一、廣義的通信 1
二、狹義的通信 2
1.2 什麼是通信係統 2
一、有綫模擬通信係統 3
二、無綫模擬通信係統 4
三、有綫數字通信係統 5
四、無綫數字通信係統 10
1.3 通信係統模型 10
一、信源和信宿 11
二、信道 12
三、發信機和收信機 12
1.4 信道 13
一、有綫信道 13
二、無綫信道 15
1.5 信號變換 19
一、信源編碼 19
二、信道編碼和交織 19
三、脈衝成形 20
四、調製 21
五、天綫技術 24
1.6 復用和多址技術 25
一、復用技術 26
二、多址技術 26
第2章 信號與頻譜 27
2.1 概述 27
2.2 正弦信號 28
一、正弦信號的波形 28
二、正弦信號的特性 29
2.3 復指數信號 32
一、歐拉公式 32
二、如何理解復數 33
三、如何理解復信號 36
四、復指數信號的特性 41
2.4 信號的相和相位 42
一、概述 42
二、什麼是Phase 43
三、月亮的相和相位 43
四、什麼是相 46
五、什麼是相位 47
六、什麼是相位差 55
七、波的乾涉 61
2.5 信號的分解與閤成 65
一、正弦信號作為基本信號 65
二、復指數信號作為基本信號 69
2.6 周期信號的傅裏葉級數展開 76
一、傅裏葉級數展開的定義 76
二、傅裏葉級數展開的幾何意義 76
三、傅裏葉係數計算公式 77
四、方波信號的傅裏葉係數 77
五、周期矩形信號的傅裏葉係數 79
2.7 周期信號的離散譜 80
一、兩類頻譜 80
二、常用周期信號的頻譜 82
2.8 非周期信號的連續譜 90
一、非周期矩形脈衝信號的離散譜 90
二、非周期矩形脈衝信號的連續譜 92
2.9 傅裏葉變換 94
一、傅裏葉正變換 94
二、傅裏葉逆變換 95
三、傅裏葉變換 96
四、非周期信號的傅裏葉變換 97
五、周期信號的傅裏葉變換 100
六、傅裏葉變換的對稱性 105
七、延遲信號的傅裏葉變換 108
八、信號乘積的傅裏葉變換 110
九、信號捲積的傅裏葉變換 128
2.10 離散傅裏葉變換 137
一、離散傅裏葉正變換 137
二、離散傅裏葉逆變換 148
第3章 信道 153
3.1 噪聲和乾擾 153
3.2 信道帶寬 153
3.3 信道容量 154
3.4 移動衰落信道 155
一、路徑損耗 155
二、大尺度衰落 156
三、小尺度衰落 156
第4章 信源編碼 169
4.1 模/數轉換 169
一、采樣 169
二、量化 177
三、編碼 180
四、實現 181
4.2 音頻編碼 186
一、G.711 PCM 186
二、RPE-LPT 186
三、AMR-NB 187
四、AMR-WB 187
4.3 視頻編碼 188
一、概述 188
二、模/數轉換 190
三、視頻壓縮 194
第5章 信道編碼與交織 201
5.1 FEC 201
一、重復碼 201
二、分組碼 202
三、捲積碼 206
5.2 交織 218
一、交織 218
二、去交織 219
5.3 反饋重傳 219
一、ARQ 219
二、HARQ 220
三、HARQ+ARQ 220
第6章 基帶信號的發送和接收 221
6.1 脈衝成形 221
一、矩形脈衝 221
二、sinc脈衝 223
6.2 基帶濾波器 224
一、理想低通濾波器 224
二、升餘弦滾降濾波器 225
6.3 眼圖 229
一、什麼是眼圖 229
二、眼圖的生成原理 229
第7章 頻帶信號的發送和接收 234
7.1 模擬調製 234
一、標準幅度調製 235
二、雙邊帶調製 239
三、單邊帶調製 243
四、IQ調製 247
7.2 數字調製 251
一、數字調製 251
二、PSK調製 251
三、QAM調製 253
四、數字調製的實現 254
五、星座圖 263
六、數字調製的映射關係 266
七、調製效率 269
7.3 變頻技術 270
一、直接變頻 270
二、間接變頻 272
三、數字變頻 275
四、帶通采樣 276
第8章 天綫技術 284
8.1 天綫的功能 284
8.2 電磁波輻射原理 284
一、輻射能力與導綫形狀的關係 285
二、輻射能力與導綫長度的關係 285
8.3 半波對稱振子 285
8.4 全嚮天綫 286
8.5 定嚮天綫 287
8.6 多天綫技術 287
一、分集技術 287
二、MIMO 289
三、波束賦形 306
第9章 復用和多址技術 312
9.1 TDM/TDMA 312
一、概念 312
二、實現 313
三、應用 313
9.2 FDM/FDMA 314
一、概念 314
二、實現 315
三、應用 316
9.3 OFDM/OFDMA 316
一、概念 316
二、實現 318
三、應用 327
9.4 CDM/CDMA 327
一、概念 327
二、實現 328
三、應用 338
第10章 通信係統性能評估 340
10.1 通信係統性能指標 340
10.2 模擬通信係統 340
一、概述 341
二、有效性 341
三、可靠性 341
10.3 數字通信係統 342
一、概述 342
二、有效性 345
三、可靠性 347
參考文獻 350

前言/序言

前言
隨著電話和互聯網的普及，特彆是手機和移動互聯網的普及，越來越多的人接觸到通信，不少人都想搞清楚通信的基本原理，找一些通信原理方麵的書來看，但很多書中充斥的大量繁雜的數學公式讓很多人望而卻步。
和大傢一樣，我在學習通信原理的過程中也遇到瞭同樣的睏難，大傢一定很好奇我是如何剋服這些睏難的，下麵我就對自己學習通信原理的經曆和體會做一個介紹，希望對大傢學好通信原理有所啓發。
一、通信原理學習經曆
說起通信，作為一名“70後”，我接觸通信的時間最早可以追溯到小學的時候。傢裏有一颱熊貓牌電子管收音機，後來又新買瞭一颱紅燈牌電子管收音機，如圖1所示。

圖1 熊貓牌和紅燈牌電子管收音機
低年級時我特彆喜歡收聽小喇叭節目，聽孫敬修老爺爺講故事，“嗒嘀嗒，嗒嘀嗒，小喇叭開始廣播瞭”至今還在耳邊迴響。到瞭高年級之後，收聽最多的節目就是單田芳老師講的評書，每次還沒聽夠呢，一句“欲知後事如何，且聽下迴分解”就結束瞭。
我的父親是一名復員軍人，在部隊當兵時自學瞭無綫電技術，經常為鄰居修理收音機等傢用電器。傢裏常年訂閱《無綫電》和《傢用電器》雜誌，如圖2所示。

圖2 《無綫電》和《傢用電器》雜誌
受父親影響，我從小就對無綫電産生瞭濃厚的興趣，很想搞清楚聲音是怎麼從廣播颱傳到收音機並通過喇叭播放齣來的。雖然通過初中和高中物理課學瞭一些電壓、電流、電阻、電容、電感等電路知識和電磁學方麵的知識，但我的疑惑還是沒能完全解開。於是高考填報誌願時幾個誌願全部填瞭與無綫電技術相關的專業，最終如願考入西安交大信息與控製工程係無綫電專業。
當時對無綫電的認識也就是無綫電廣播和電視，想著大學畢業後迴傢搞傢電維修去。正是因為這個想法，我參加瞭學校的電子學會，把大學期間的大部分課餘時間都花在幫同學和老師修單放機、電視機方麵瞭。當時大傢都是使用單放機來聽音樂和學英語，最常見的單放機牌子要數索尼和愛華，如圖3所示。

圖3 索尼和愛華單放機
大二時一次偶然的機會，從即將畢業的學長擺的舊書攤上買到瞭一本《電子世界》的創刊號，發現這本雜誌對三極管等電子技術知識講得通俗易懂，我如飢似渴地把從創刊號開始的每一期雜誌全部搜集齊瞭來看，如圖4所示。

圖4 《電子世界》雜誌
也正是通過《電子世界》這本雜誌，我第一次接觸到瞭四位單片機，搞清楚瞭單片機的工作原理，後來一鼓作氣把大四纔學的8031單片機原理給學完瞭。這為我後來畢業被華為錄取埋下瞭伏筆——畫齣8031最小係統並講清楚工作原理就是1997年應聘華為時麵試官楚慶給我齣的一道題。當然單放機和電視維修所展現的動手能力也為我應聘進華為起瞭很大作用。
進入華為後，最初在無綫業務部從事GSM硬件開發工作，開發基站控製器BSC上的單闆。當時的BSC是基於C&C08;交換機開發的，主管尹誌剛給我安排瞭一項任務：給1998年報到的無綫新員工講C&C08;交換機工作原理。說老實話，雖然大學時學過程控交換原理，但當時真沒理解，以七號信令係統為例，隻知道它是通信係統的神經係統，由於根本沒接觸過實際的通信設備，根本不知道說的是啥，為瞭準備那次培訓，我找瞭大量培訓谘料來學習，包括C&C08;硬件總體架構，主控闆、時鍾闆、信令闆、中繼闆、用戶闆、交換網闆等各種單闆（如圖5所示）的功能介紹和配置方法，電話網組網，電話區號編碼，打通電話的流程等。結閤大學學過的理論知識，我終於把程控交換原理徹底搞清楚瞭。
至今我還記得那次培訓，培訓時間為1998年9月22日。我清楚地記得，那次培訓的結尾我講瞭一個例子，從我的老傢吉林延邊撥打深圳的電話，中間途經瞭哪些設備，電話是如何一步一步接續成功的。培訓結束時我說：今天正好是我進無綫業務部滿一年的日子，很高興有這樣一個機會給大傢分享我對C&C08;交換機的理解，你們在這麼短的時間內就掌握瞭我花瞭半年時間纔搞清楚的知識，相信你們在無綫業務部工作滿一年時會有更大收獲！令我沒有想到的是，多年以後還有人記得那次培訓。一次偶遇同事謝壽波，他說，“我參加過1998年的那次培訓，那是我加入華為進入無綫業務部參加的第一個培訓，至今仍記憶猶新，通過那次培訓我真正搞明白瞭程控交換原理，受益匪淺！”聽瞭他的話我非常感動。

圖5 C&C08;交換機機櫃和單闆配置
後來隨著計算機和互聯網的普及，開始接觸到上網。當時想上網，除瞭要有計算機以外，還要買一個貓(MODEM)接到計算機的串口上，再買一張上網卡，憑卡上的賬號和密碼撥號上網，如圖6所示。

圖6 撥號上網示意圖
當時的上網速率一般隻有33.6kbit/s，後來齣現一種56k MODEM，最高速率可以達到56kbit/s。我特彆想搞清楚為什麼一般MODEM上網速率最高隻能達到33.6kbit/s，而56k MODEM最高能達到56kbit/s。可惜由於當時掌握的知識太有限，沒能搞明白這些問題，直到去年處理一個機頂盒通過MODEM與服務器通信的問題時纔徹底弄明白瞭這些問題。
2003年我轉入新成立的CDMA解決方案測試部，負責終端兼容性測試。讓我感到鬱悶的是，每次發現異常都要找同事來幫忙分析跟蹤到的信令信息，定位問題齣在哪兒瞭，麻煩彆人次數多瞭，自己都覺得不好意思瞭。為瞭係統地熟悉信令流程，部門領導鄧泰華安排我到CBSC産品測試部做瞭半年的産品測試，在淩湘壽的指導下，我把CDMA標準信令流程（如圖7所示）和CBSC內部各模塊的信令處理流程都搞得一清二楚，從那之後我終於可以做到對信令流程問題不求人瞭！

圖7 移動颱發起呼叫信令流程圖
再後來我轉入CDMA性能測試組，做性能算法測試，開始定位一些數據傳輸速率方麵的問題。速率低時首先看的就是Ec/Io，但Ec/Io到底是什麼一直沒搞清楚。另外，碼分多址是什麼？碼分多址是利用擴頻通信實現的，擴頻通信的原理是什麼？為什麼CDMA頻譜占用的帶寬是1.23MHz？為什麼CDMA 1X的速率可以達到153.6kbit/s？等等，有太多的問題沒弄明白。
考慮到很多問題都與頻譜有關，我決定把頻譜作為一個切入點來研究。頻譜與傅裏葉係數和傅裏葉變換有關。雖然大學時學過信號與係統，知道傅裏葉級數展開和傅裏葉變換，但說老實話，當時沒有真正學明白，例如，為什麼會有負頻率？復信號是如何在通信係統中傳輸的？這些很基本的問題以前都沒搞清楚。真心感謝萬能的互聯網，讓我搜索到瞭西安電子科技大學陳懷琛老師的文章《負頻率頻譜究竟有沒有物理意義》和西安理工大學張華容老師的文章《為“復信號”正名之辯》，纔終於弄明白瞭負頻率和復信號的物理意義。
但是對於復信號錶達式中的虛數j，我一直耿耿於懷。虛數是高中解一元三次方程組時，為瞭給j的平方等於-1一個解而引入的，j的意義到底是什麼壓根沒有說清楚。一次逛書店時我偶然發現瞭《虛數的故事》這本書。此書對虛數的來龍去脈進行瞭係統的介紹，我終於弄清楚瞭虛數j的物理意義：一個復數與j相乘就相當於這個復數對應的嚮量在復平麵上逆時針鏇轉90?。搞清楚這一點後，j2=-1就很好解釋瞭，如圖8所示。

圖8 為什麼虛數j的平方等於-1
學習傅裏葉級數展開時，我發現：兩個周期信號相乘可以轉化為兩個多項式相乘，多項式的係數就是傅裏葉係數。再結閤“兩個多項式乘積的係數等於這兩個多項式係數的捲積”（如圖9所示），得到：兩個周期信號相乘相當於這兩個周期信號的傅裏葉係數做捲積！

圖9 兩個多項式乘積的係數等於兩個多項式係數的捲積
我以“深入淺齣通信原理”為題，把這個發現分享到通信人傢園論壇（http://bbs.c114.net/thread-394879-1-1.html），受到大量網友的圍觀，大傢都說第一次看到這麼直觀地利用多項式乘法來理解《信號與係統》中所講的“時域相乘相當於頻域捲積”，激發瞭很多人學習通信原理的興趣。
從那以後，每天下班迴傢，就算再晚我也要研究一個通信原理的小知識點並分享到通信人傢園論壇，逐漸形成瞭一個係列連載。不斷增加的訪問量和網友的肯定與支持大大激發瞭我的學習熱情，我對通信原理的深入研究一發不可收拾。
數據傳輸速率問題除瞭涉及無綫通信原理外，還涉及數據通信原理，我利用業餘時間對數據通信原理進行瞭深入研究，包括以太網交換機、路由器等數通設備的工作原理，互聯網上廣泛使用的TCP/IP協議、HTTP協議、FTP協議等，搞清楚瞭客戶端、交換機、路由器、服務器的協議棧等，如圖10所示。

圖10 客戶、交換機、路由器、服務器的協議棧
由於掌握的知識比較全麵，從客戶端、終端、基站、核心網到服務器，從信令麵到用戶麵，從物理層、鏈路層、傳輸層到應用層，齣現數據傳輸速率問題時，我總能在大傢走投無路時找到突破點，連公司的IT部門遇到疑難問題時都來找我幫忙解決，就這樣我逐步在公司範圍內樹立瞭自己的專傢形象和技術影響力。
上麵講瞭我研究通信原理的過程。下麵針對很多人提的通信原理太難學、沒時間學的問題談一下我的經驗和體會。
二、通信原理的學習經驗和體會
關於通信原理難學的問題，我的建議如下所述。
（1）多問幾個為什麼。一定要保持你的好奇心。天天掛在嘴邊的詞你不一定真正懂瞭，要多問一些為什麼，要有打破砂鍋問到底的精神。例如CDMA中的Ec/Io，不要以為理解為接收信號強度就算明白瞭，要進一步問問：Ec是什麼，Io又是什麼？如圖11所示。

圖11 Ec/Io的含義是什麼？
（2）透過公式看本質。非常復雜的公式背後往往隱藏瞭很簡單的道理。學好通信原理的關鍵就在於透過公式看本質，韆萬不要被繁雜的公式濛蔽瞭雙眼。
例如：傅裏葉級數展開式

看著很復雜，實質上就是將周期信號分解

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