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王友村 著

圖書標籤:

• 通信原理
• 現代通信
• 信號與係統
• 信息論
• 無綫通信
• 調製解調
• 編碼
• 信道
• 通信係統
• 高等教育

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齣版社： 電子科技大學齣版社

ISBN：9787564714475

商品編碼：29881654394

包裝：平裝

齣版時間：2013-04-01

基本信息

書名：現代通信原理(上下)

定價：95.00元

作者：王友村

齣版社：電子科技大學齣版社

齣版日期：2013-04-01

ISBN：9787564714475

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.740kg

編輯推薦

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內容提要

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《現代通信原理(套裝共2冊)》討論現代通信的基本原理，包括模擬通信和數字通信，主要討論數字通信原理，全書緊密圍繞通信的有效性和通信的可靠性展開討論。章介紹通信係統的基本概念，第二章～第四章討論用於通信係統性能分析所必需的數學知識，第五章討論模擬通信原理，其餘各章討論數字通信原理。每一章都附有習題，在書後附錄中附有各章習題答案。《現代通信原理(套裝共2冊)》前後內容連貫一緻，概念清楚，闡述詳盡，既便於自學，又有深度。與同類教材相比，對於一些問題的闡述有其獨到之處。

目錄

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《現代通信原理（上冊）》目錄：
　章　緒論
　　1.1　通信係統基本概念
　　1.2　調製和解調
　　1.3　模擬通信和數字通信
　　1.4　信道
　　1.5　信息量和信道容量
　　1.6　通信係統的主要性能
　　1.7　通信發展簡史
　　習題1
　第二章　信號與頻譜
　　2.1　綫狀頻譜和傅裏葉級數
　　2.2　連續頻譜和傅裏葉積分
　　2.3　衝激函數
　　2.4　傅裏葉變換的基本特性
　　2.5　信號通過綫性係統
　　習題2
　第三章　概率與變量
　　3.1　事件與概率
　　3.2　概率運算
　　3.3　一維變量、分布函數和概率密度
　　3.4　二維變量、分布函數和概率密度
　　3.5　常用概率分布舉例
　　3.6　變量的數字特徵
　　習題3
　第四章　過程
　　4.1　過程概念
　　4.2　平穩信號的自相關函數與功率譜密度
　　4.3　平穩信號通過綫性係統
　　4.4　窄帶信號
　　4.5　高斯過程
　　習題4
　第五章　連續波模擬調製
　　5.1　綫性調製
　　5.2　角度調製
　　5.3　連續波模擬調製係統的抗噪聲性能
　　5.4　連續波模擬調製係統比較
　　5.5　頻分多路復用（FDM）
　　習題5
　第六章　數字信號基帶傳輸
　　6.1　數字基帶傳輸係統模型
　　6.2　傳輸碼碼型
　　6.3　數字信號的功率譜
　　6.4　數字基帶傳輸中的碼間乾擾
　　6.5　間乾擾數字基帶係統的抗噪聲性能
　　6.6　確知信號的佳接收及佳接收誤碼率
　　6.7　部分響應基帶傳輸係統
　　6.8　眼圖
　　6.9　時域均衡
　　習題6
　第七章　連續波數字調製
　　7.1　二元數字調製
　　7.3　多元數字調製
　　7.4　窄帶調製
　　7.5　多載波調製
　　7.6　在衰落信道上傳輸數字信號
　　習題7
　第八章　脈衝編碼調製（PcM）
　　8.1　PCM通信係統基本組成
　　8.2　抽樣及其恢復
　　8.3　量化
　　8.4　編碼和譯碼
　　8.5　單片PCM編、解碼器
　　8.6　差分脈碼調製（DPCM）
　　8.7　增量調製（AM）
　　習題8
　第九章　同步和時分多路復用
　　9.1　載波同步
　　9.2　位同步
　　9.3　時分多路復用（TDM）
　　9.4　幀同步
　　習題9
　第十章　差錯控製編碼
　　……
《現代通信原理（下冊）》

作者介紹

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文摘

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序言

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《電波的低語：穿越時空的無綫信息之旅》 第一捲：信號的誕生與傳輸 在信息爆炸的時代，我們賴以溝通的媒介——無綫電波，似乎是理所當然的存在。然而，這看似無形的能量流，背後蘊含著無數科學傢數代人的智慧與探索。本書，《電波的低語：穿越時空的無綫信息之旅》，並非旨在詳述某本特定的學術專著，而是希望帶領讀者踏上一場波瀾壯闊的旅程，去理解那些讓世界緊密相連的電波信號是如何誕生、被調製、傳輸，並最終在韆裏之外被接收的。我們將深入探究構成這場信息革命基石的那些原理，但將以一種更具故事性和啓發性的方式呈現，力求讓晦澀的科學概念變得生動有趣。 第一章：信息之源——從思想的火花到電信號的萌芽 故事的開端，並非從復雜的公式開始，而是從人類最古老的渴望——傳遞信息——說起。從烽火狼煙，到摩爾斯電碼，再到電話的齣現，每一次技術的革新，都在試圖剋服時間和空間的障礙。然而，真正的無綫通信革命，源於對一種不可見力量的理解和掌控。我們首先要追溯的是電磁波的發現。從法拉第的電磁感應定律，到麥剋斯韋方程組的理論預言，再到赫茲在實驗室裏成功“捕捉”到電磁波，這一係列裏程碑式的成就，為無綫電通信奠定瞭堅實的理論基礎。我們會詳細闡述麥剋斯韋如何以優雅的數學語言統一瞭電與磁的現象，預言瞭電磁波的存在，以及這些波如何以光速在空間中傳播。赫茲的實驗則提供瞭決定性的證據，證明瞭麥剋斯韋的理論並非空中樓閣，而是可以被觀測和驗證的物理現實。我們將通過生動的描述，展現這些偉大的科學傢是如何一步步揭開自然界神秘麵紗的。 第二章：信號的“錶情”——調製技術的核心奧秘 要讓信息搭載著電波穿越浩瀚的空間，我們就需要給這些“純粹”的電波賦予“錶情”，讓它們能夠攜帶信息。這就是調製的作用。本章將深入淺齣地解析幾種最核心的調製技術。首先是幅度調製（AM），它就像是在聲音的強弱變化中藏入信息，曾經是早期無綫電廣播的支柱。我們會解釋它的工作原理，以及它在早期通信中的重要性。接著，我們將介紹頻率調製（FM）。與AM不同，FM是通過改變電波的頻率高低來傳遞信息，它帶來瞭更高的音質和更強的抗乾擾能力，是廣播和許多無綫通信係統的關鍵。我們會通過形象的比喻，例如聲波的起伏變化如何轉化為電波的頻率變化，讓讀者直觀理解FM的優勢。然後，我們還會觸及相位調製（PM），它通過改變電波的相位來編碼信息，雖然在早期不如AM和FM普及，但其強大的信息承載能力使其在現代數字通信中扮演著越來越重要的角色。最後，我們將簡要介紹一些更先進的調製方式，如正交頻分復用（OFDM），它巧妙地將一個高速數據流分割成多個低速數據流，並在多個子載波上同時傳輸，是Wi-Fi、4G、5G等現代無綫通信技術的基石。我們將強調，不同的調製方式各有優劣，選擇何種調製方式取決於通信的需求，如帶寬、數據速率、抗乾擾能力等。 第三章：電波的“旅程”——傳播路徑與損耗的挑戰 信號一旦被調製完畢，便踏上瞭穿越時空的旅程。然而，這條旅程並非坦途，電波在傳播過程中會麵臨各種挑戰，導緻信號的衰減和失真。本章將探討電波的主要傳播方式及其影響因素。我們將從最直觀的直視傳播（Line-of-Sight Propagation）開始，即信號沿直綫傳播，適用於微波和衛星通信。接著，我們將介紹地波傳播（Ground Wave Propagation），它能沿著地球錶麵傳播，適閤中波和短波通信，並解釋其傳播距離與頻率的關係。另一重要傳播方式是天波傳播（Sky Wave Propagation），短波信號可以被電離層反射，從而實現遠距離通信，這曾是早期無綫電通信的“秘密武器”。我們將詳細介紹電離層的結構、特性及其對短波傳播的影響，並解釋為什麼短波通信會受到日夜和太陽活動周期的影響。此外，我們還將討論多徑效應（Multipath Effect），即信號同時沿著多條路徑到達接收端，可能導緻信號疊加或抵消，産生衰落（Fading）。我們將解釋為什麼在城市環境中，多徑效應尤其顯著，並引入一些剋服多徑效應的技術，如分集接收。最後，我們將探討信號在傳播過程中不可避免的損耗（Loss），包括自由空間傳播損耗、吸收損耗、反射損耗等，並理解這些損耗如何限製瞭通信的距離和可靠性。 第四章：傾聽“低語”——接收機與解調的藝術 信號穿越瞭重重睏難，終於抵達瞭目的地。此時，我們需要一颱靈敏的“耳朵”——接收機，來捕捉這些微弱的電波，並從中提取齣原始信息。本章將聚焦於接收機的工作原理和解調過程。我們將從最基礎的調諧（Tuning）說起，接收機如何選擇性地放大我們想要接收的頻率信號，並抑製其他乾擾信號。我們將介紹調諧電路的基本構成和工作原理，以及其選擇性的重要性。接著，我們將深入解析解調（Demodulation）的藝術。對於AM信號，我們將看到如何通過包絡檢波（Envelope Detection）來恢復原始的音頻信號；對於FM信號，我們將介紹鑒頻器（Discriminator）或鎖相環（PLL）如何根據頻率的變化來重構信息；對於PM信號，我們將探索如何利用相位信息進行解調。我們會解釋這些解調過程背後的數學原理，但將用更易於理解的語言來闡述。此外，我們還將討論接收機中的噪聲（Noise）問題，噪聲會乾擾信號，降低通信質量。我們將介紹如何通過濾波（Filtering）和信號處理技術來降低噪聲的影響，以及為什麼信噪比（Signal-to-Noise Ratio, SNR）是衡量通信質量的關鍵指標。最後，我們將展望一些現代接收機技術，如軟件定義無綫電（SDR），它通過軟件來靈活地實現各種調製和解調功能，極大地提高瞭接收機的通用性和可配置性。 第五章：雜音的乾擾——抗乾擾與選擇性 無綫電通信的世界，並非總是寜靜祥和。各種各樣的乾擾，如同戰場上的炮火，時刻威脅著信號的清晰度。本章將重點關注通信係統如何與乾擾作鬥爭，並確保信息的準確傳遞。我們將首先區分不同類型的乾擾，包括同頻道乾擾（Co-channel Interference）、鄰頻道乾擾（Adjacent Channel Interference）、內部乾擾（Internal Interference，如接收機自身産生的噪聲）以及外部乾擾（External Interference，如閃電、電器産生的電磁輻射）。我們將分析這些乾擾的來源和它們對信號的影響。接著，我們將深入探討通信係統在設計中如何考慮抗乾擾能力。這包括瞭在調製技術上的選擇，例如，FM比AM對噪聲和乾擾有更強的抵抗力。我們還會介紹一些更高級的抗乾擾技術，如差分編碼（Differential Encoding），它可以幫助接收機區分信號和某些類型的乾擾。此外，接收機的選擇性（Selectivity）是抵抗鄰頻道乾擾的關鍵。我們將再次強調調諧電路在抑製不需要的信號方麵的作用。最後，我們將引入糾錯碼（Error Correction Codes, ECC）的概念。ECC並非直接消除乾擾，而是在發送信息時附加一些冗餘信息，使得接收機在收到帶有錯誤的信號後，能夠檢測齣錯誤，甚至在一定程度上糾正錯誤，從而保證信息的完整性。我們將簡要介紹漢明碼（Hamming Code）等經典糾錯碼的原理，並說明它們在現代通信中的重要性，從CD播放器到衛星通信，都離不開它們的身影。 第二捲：數字時代的信號演進與網絡互聯 隨著科學技術的飛速發展，從模擬信號到數字信號的轉變，徹底革新瞭通信的麵貌。本捲將繼續深入探究數字通信的奧秘，以及如何將無數的通信節點連接成一個龐大的信息網絡。 第六章：數字的革命——從模擬到數字的飛躍 模擬信號，就像連續變化的河流，能夠精確地反映原始信息。但河流中的細微波動，很容易被雜質（噪聲）所汙染。數字通信，則將這一切轉化為離散的“0”和“1”，雖然看似“粗糙”，卻擁有驚人的韌性。本章將詳細闡述模擬信號轉換為數字信號的關鍵過程——采樣（Sampling）和量化（Quantization）。我們將解釋采樣定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem），即采樣頻率必須是信號最高頻率的兩倍以上，纔能保證信息不失真。我們將通過圖示，展示采樣是如何將連續的波形變成一係列離散的點。隨後，我們將探討量化。這就像是將連續的幅度範圍劃分成有限的幾個級彆，將采樣點落入的範圍映射到一個離散的數值。我們將解釋量化誤差（Quantization Error）的來源，以及過采樣和增加量化級數如何提高信號的精度。接著，我們將介紹脈衝編碼調製（Pulse Code Modulation, PCM），這是目前最普遍的數字信號編碼方式。我們將詳細描述PCM的整個流程：采樣、量化、編碼，最後形成一串二進製碼流。我們將強調，雖然過程中有信息損失，但數字信號的優勢在於其高度的抗乾擾能力和易於存儲、處理、傳輸的特性。我們將用形象的比喻，例如將河流的水滴收集起來，編號，然後重新組裝，雖然每滴水都可能不如原來那麼“圓潤”，但整體信息卻能保持完整，且不易受到外界環境的影響。 第七章：數據壓縮的智慧——高效傳輸的秘密 在數字通信的世界裏，每一個“0”和“1”都承載著信息，但如果信息量過大，傳輸的成本和時間都會急劇增加。因此，數據壓縮技術應運而生，它如同給信息打包，去除冗餘，讓傳輸更加高效。本章將介紹幾種關鍵的數據壓縮技術。首先是無損壓縮（Lossless Compression）。這類壓縮技術能夠完全恢復原始數據，不丟失任何信息。我們將介紹一些經典的無損壓縮算法，如霍夫曼編碼（Huffman Coding），它根據符號齣現的頻率來分配變長編碼，齣現頻率越高的符號，編碼越短，反之亦然。我們將用簡單的例子演示霍夫曼編碼的工作原理。另一個重要的無損壓縮方法是字典編碼（Dictionary Coding），例如Lempel-Ziv（LZ）算法係列，它通過識彆和替換重復齣現的字符串序列來達到壓縮的目的。我們會解釋LZ算法的核心思想，以及它在ZIP、GZIP等文件壓縮工具中的應用。 接著，我們將探討有損壓縮（Lossy Compression）。這類壓縮技術在壓縮過程中會丟失一部分信息，但相對於無損壓縮，它能夠達到更高的壓縮比，是圖像、音頻和視頻壓縮的關鍵。我們將介紹一些代錶性的有損壓縮技術。例如，在音頻領域，MP3等格式采用瞭感知編碼（Perceptual Coding），它利用人耳對某些聲音不敏感的特性，將這些聲音信息移除。我們將解釋人耳的聽覺特性如何被利用來指導壓縮。在圖像領域，JPEG格式廣泛使用的離散餘弦變換（DCT）是核心技術之一。我們將簡要介紹DCT如何將圖像的空間域信息轉換到頻率域，並移除高頻分量，因為這些分量通常對視覺影響較小。我們還將提及JPEG2000等更先進的圖像壓縮技術。對於視頻壓縮，它結閤瞭圖像壓縮和運動補償（Motion Compensation）等技術，通過預測和隻傳輸幀之間的差異來達到極高的壓縮效率。我們將強調，數據壓縮技術的選擇，取決於應用場景和對數據保真度的要求。 第八章：連接的藝術——信道編碼與差錯控製 盡管數字信號具有強大的抗乾擾能力，但在復雜的通信環境中，傳輸過程中仍然可能齣現錯誤。信道編碼（Channel Coding）和差錯控製（Error Control）就是為瞭應對這一挑戰而設計的。本章將深入探討這些技術。我們將再次強調，數字信號的優勢在於錯誤是可以檢測和糾正的。我們將介紹糾錯碼（ECC）的基本思想，即在原始數據中添加冗餘位（Parity Bits），使得接收端能夠判斷傳輸過程中是否發生瞭錯誤，並在一定條件下糾正這些錯誤。我們將詳細介紹兩種主要的糾錯碼類型：前嚮糾錯碼（Forward Error Correction, FEC）和反饋糾錯碼（Automatic Repeat reQuest, ARQ）。 對於FEC，我們將介紹一些經典的前嚮糾錯碼，如漢明碼（Hamming Code），它能夠檢測和糾正單個比特錯誤。我們將用簡單的矩陣運算或錶格，來演示漢明碼是如何工作的，以及它是如何通過生成校驗矩陣來編碼和解碼的。我們還會提及更強大的FEC編碼，如捲積碼（Convolutional Codes）和裏德-所羅門碼（Reed-Solomon Codes），後者在CD、DVD、衛星通信和條形碼等領域有著廣泛的應用。 對於ARQ，我們將解釋它的工作流程：發送端發送帶有校驗位的數據塊，接收端檢測到錯誤後，發送一個否定確認（NACK）信號，要求發送端重傳該數據塊。如果接收端沒有檢測到錯誤，則發送一個肯定確認（ACK）信號。我們將討論不同類型的ARQ協議，如停-等ARQ（Stop-and-Wait ARQ）、迴退N幀ARQ（Go-Back-N ARQ）和選擇性重傳ARQ（Selective Repeat ARQ），並分析它們的效率和性能差異。我們將強調，FEC和ARQ各有優勢，在實際應用中常常結閤使用，以達到最佳的差錯控製效果。 第九章：網絡的脈絡——多址技術與接入 當無數的通信終端需要共享有限的無綫信道時，多址技術（Multiple Access Technologies）就顯得尤為重要。它決定瞭如何閤理地分配信道資源，讓多個用戶能夠同時接入網絡。本章將介紹幾種核心的多址技術。首先是頻分多址（Frequency Division Multiple Access, FDMA）。這就像是將一條寬闊的道路分割成若乾條窄小的車道，每條車道分配給一個用戶，用戶獨占該頻段。我們將解釋FDMA的工作原理，以及它在早期的模擬移動通信係統中的應用。 接著，我們將介紹時分多址（Time Division Multiple Access, TDMA）。與FDMA不同，TDMA將信道的時間軸分割成若乾個短暫的時間隙，每個時間隙分配給一個用戶輪流使用。我們將通過形象的比喻，例如大傢輪流發言，每個人都有自己的發言時間。我們將討論TDMA在GSM等數字移動通信係統中的應用。 然後，是碼分多址（Code Division Multiple Access, CDMA）。CDMA是一種更加先進的多址技術，它允許多個用戶在同一時間和同一頻段上通信，但每個用戶使用一個獨特的擴頻碼來區分自己。我們將解釋擴頻（Spreading）和解擴（Despreading）的概念，以及為何使用不同的擴頻碼能夠實現用戶之間的隔離。我們將強調CDMA的抗乾擾能力強、頻譜利用率高等優點，並提及它在3G通信中的重要作用。 最後，我們將介紹正交頻分多址（Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA）。OFDMA是CDMA的演進，它將通信帶寬劃分為大量的正交子載波，並將這些子載波分配給不同的用戶。OFDMA是Wi-Fi、4G LTE和5G通信係統的核心技術，它能夠靈活地適應不同的信道條件，並實現更高的頻譜效率。我們將簡要介紹OFDMA的工作原理，以及它在現代無綫通信係統中的優勢。 第十章：信息的高速公路——網絡協議與互聯 當各種通信設備通過多址技術連接起來，一個龐大的通信網絡就形成瞭。而要讓這個網絡中的信息能夠順暢地流動，就必須依靠一套嚴謹的規則——網絡協議（Network Protocols）。本章將聚焦於網絡協議在通信係統中的作用，以及它們如何實現不同設備之間的互聯互通。我們將從分層的網絡模型開始，例如OSI（Open Systems Interconnection）模型或TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）模型。我們將解釋分層模型的優勢，即每一層協議隻負責特定的功能，並且可以獨立地進行改進，而不會影響其他層。 我們將重點介紹TCP/IP模型中的一些關鍵協議。首先是IP協議，它負責在網絡中為數據包分配地址（IP地址），並將其路由到目的地。我們將解釋IP地址的分配機製，以及路由器如何在網絡中轉發數據包。接著，我們將介紹TCP協議。TCP是一個麵嚮連接的傳輸層協議，它提供瞭可靠的、有序的、麵嚮字節流的通信。我們將詳細闡述TCP的三次握掃（Three-way Handshake）建立連接的過程，以及TCP如何通過確認、重傳、流量控製和擁塞控製來保證數據的可靠傳輸。 對於需要非連接、低開銷通信的應用，我們將介紹UDP（User Datagram Protocol）。UDP不提供可靠性保證，但傳輸速度快，適用於實時性要求高的應用，如在綫遊戲、視頻會議等。我們將比較TCP和UDP的異同，並說明它們各自適用的場景。 此外，我們還將簡要介紹一些在無綫網絡中起著重要作用的協議，例如Wi-Fi協議（IEEE 802.11係列），它規範瞭無綫局域網的通信方式。我們還會提及移動通信網絡中的一些關鍵協議，如在4G和5G網絡中使用的各種接口協議。最後，我們將強調，正是這些精妙的網絡協議，將分散的通信設備連接成一個統一的信息網絡，使得信息可以在全球範圍內自由流動，構建瞭我們今天所生活的數字世界。 結語 《電波的低語：穿越時空的無綫信息之旅》並非是一本冰冷的教科書，而是一次邀約，邀請您一同探尋隱藏在每一次通話、每一次上網背後的智慧與奧秘。從電磁波的誕生，到信號的編碼、傳輸、接收，再到數字化的飛躍和網絡的形成，我們將用最生動的方式，描繪齣信息傳播的壯麗畫捲。希望這段旅程，能讓您對我們習以為常的通信世界，産生更深刻的理解和由衷的贊嘆。