通信原理作為高等學校通信工程及相關專業的主干課程，在培養計劃中占有極其重要的地位。課程重點講授各種通信繫統的基本原理和分析方法，是當前通信繫統設計和其他信息技術的重要理論基礎。__eol__本書針對通信工程、電子信息工程和信息工程等專業的教學需要，以高等數學、概率論和隨機過程、信號與繫統等先修知識為基礎，側重介紹通信繫統的基本理論、技術和分析方法。

本書繫統、深入地介紹了通信繫統的基本概念、基本理論和基本分析方法，是通信及信息專業的專業基礎課程教材。全書共9章，內容包括：緒論、信號與噪聲分析、模擬調制繫統、模擬信號的數字傳輸、數字信號的基帶傳輸、數字信號的頻帶傳輸、擴頻調制與多載波調制、信息論基礎和信道編碼。 本書敘述上力求概念清楚、重點突出、深入淺出、通俗易懂；內容上力求邏輯性、科學性、繫統性與先進性的統一。書中列舉了大量的例題和圖示，各章節附有大量的習題供練習，便於教學和自學。

張祖凡，男，重慶郵電大學通信與信息工程學院教授、博士生導師，重慶市“巴渝學者”特聘教授。主要從事無線移動通信理論與技術的研究工作，先後承擔國家自然科學基金、國家科技重大專項、國家重大科學儀器設備開發專項、863計劃、科技部國際科技合作及省部級項目29項，在國內外期刊和會議上發表學術論文123篇，申請國家發明專利53件（授權22件），軟件著作權登記14件，向國際標準化組織3GPP輸出標準文稿1件，教學科研成果獲重慶市技術發明一等獎1項、重慶市科技進步三等獎1項、重慶市教學成果三等獎1項。

目 錄
第1章 緒論 1
1．1 通信的基本概念 1
1．2 通信繫統模型 1
1．2．1 通信繫統一般模型 1
1．2．2 模擬信源與數字信源 2
1．2．3 模擬通信繫統模型 3
1．2．4 數字通信繫統模型 3
1．2．5 數字通信的特點 4
1．2．6 廣播通信與點對點通信 6
1．2．7 單工與雙工通信 6
1．2．8 存儲繫統 7
1．3 信道 7
1．3．1 信道對信號的影響 7
1．3．2 有線信道 7
1．3．3 無線信道和電波傳播 9
1．4 信息及其度量 11
1．5 通信繫統的主要性能指標 13
1．5．1 數字通信繫統的主要性能指標 13
1．5．2 模擬通信繫統的主要性能指標 14
1．5．3 香農公式 14
1．6 通信發展簡史 17
習題1 18
第2章 信號與噪聲分析 20
2．1 確定信號分析 20
2．1．1 確定信號的分類 20
2．1．2 周期信號的傅裡葉級數 21
2．1．3 傅裡葉變換 23
2．1．4 能量譜密度和功率譜密度 25
2．1．5 確定信號的相關函數 28
2．1．6 確定信號通過線性繫統 30
2．1．7 希爾伯特變換和解析信號 32
2．1．8 頻帶信號和帶通繫統的等效基帶分析 34
2．2 隨機變量的統計特征 37
2．2．1 單個隨機變量的統計特征 37
2．2．2 多個隨機變量的統計特征 38
2．3 隨機過程的統計特性 39
2．3．1 隨機過程的一般表述 39
2．3．2 隨機過程的概率密度和數字特征 40
2．4 平穩隨機過程 42
2．4．1 平穩隨機過程的定義 42
2．4．2 各態歷經性 43
2．4．3 平穩隨機過程自相關函數的性質 43
2．4．4 平穩隨機過程的功率譜密度 44
2．5 高斯隨機過程 46
2．5．1 高斯過程的定義 46
2．5．2 高斯過程的性質 47
2．5．3 一維高斯分布 47
2．5．4 加性高斯白噪聲（AWGN） 47
2．5．5 Q函數和互補誤差函數 49
2．6 平穩隨機過程通過線性繫統 51
2．7 匹配濾波器 53
2．8 窄帶高斯白噪聲 57
2．8．1 窄帶高斯白噪聲的表達式 57
2．8．2 窄帶高斯白噪聲的統計特征 58
2．8．3 窄帶高斯白噪聲加正弦波的包絡分布 62
2．9 循環平穩隨機過程 62
2．9．1 循環平穩隨機過程的定義 62
2．9．2 循環平穩隨機過程的功率譜密度 63
2．9．3 平穩隨機過程通過乘法器的輸出 63
習題2 66
第3章 模擬調制繫統 70
3．1 模擬調制繫統模型 70
3．2 幅度調制繫統的原理 71
3．2．1 具有離散大載波的雙邊帶調幅（AM） 71
3．2．2 抑制載波的雙邊帶調幅（DSB） 75
3．2．3 單邊帶調幅（SSB） 77
3．2．4 殘留邊帶調幅（VSB） 80
3．3 幅度調制繫統的抗噪聲性能 81
3．3．1 抗噪聲性能的分析模型和指標 82
3．3．2 相干解調的抗噪聲性能 82
3．3．3 包絡檢波的抗噪聲性能 86
3．4 角度調制繫統的原理及抗噪聲性能 88
3．4．1 角度調制信號的時域表示 88
3．4．2 角度調制信號的頻譜特性 91
3．4．3 調頻信號的產生 93
3．4．4 調頻信號的解調 94
3．4．5 調頻繫統的抗噪聲性能 95
3．4．6 模擬調制繫統的性能比較 99
3．4．7 調頻繫統的門限效應 100
3．4．8 調頻繫統的加重技術 101
3．5 頻分復用 101
習題3 103
第4章 模擬信號的數字化 108
4．1 PCM通信繫統 108
4．1．1 PCM通信繫統模型 108
4．1．2 PCM通信繫統的信息速率 109
4．2 抽樣 109
4．2．1 理想抽樣 110
4．2．2 自然抽樣 113
4．3 量化 114
4．3．1 均勻量化 114
4．3．2 非均勻量化 116
4．4 PCM編碼 119
4．4．1 常用的二進制碼型 119
4．4．2 A律13折線編碼 120
4．5 PCM繫統的信噪比 124
4．6 差值脈衝編碼調制和增量調制 125
4．6．1 差值脈衝編碼調制 126
4．6．2 增量調制 127
4．7 時分復用 129
4．7．1 時分復用的基本原理 129
4．7．2 TDM-PCM繫統的信息速率 131
4．7．3 PCM 30/32路繫統的幀結構 131
4．7．4 數字復接繫列 133
習題4 133
第5章 數字信號的基帶傳輸 137
5．1 數字基帶傳輸繫統模型 137
5．2 數字基帶PAM信號波形及其功率譜密度 139
5．2．1 常用的數字PAM信號 139
5．2．2 數字PAM信號的功率譜密度 141
5．2．3 線路碼型 147
5．2．4 脈衝波形 150
5．3 AWGN信道條件下的2PAM數字基帶繫統的抗噪聲性能 150
5．3．1 雙極性2PAM數字基帶繫統誤比特率分析 151
5．3．2 單極性2PAM數字基帶繫統誤比特率分析 153
5．3．3 利用匹配濾波器進行最佳接收的誤比特率 154
5．3．4 2PAM數字基帶繫統誤比特率比較 157
5．4 限帶信道中數字PAM信號的無碼間干擾基帶傳輸 159
5．4．1 基帶傳輸特性的分析模型 159
5．4．2 無碼間干擾的基帶傳輸特性滿足的條件 160
5．4．3 無碼間干擾的傳輸特性實例 163
5．4．4 理想限帶AWGN信道條件下的數字PAM信號的最佳基帶傳輸 167
5．4．5 信道均衡 169
5．5 眼圖 171
5．6 部分響應繫統 172
5．6．1 第Ⅰ類部分響應繫統 172
5．6．2 一般部分響應繫統 176
習題5 177
第6章 數字信號的頻帶傳輸 182
6．1 數字頻帶傳輸繫統模型 182
6．2 二進制數字信號的正弦型載波調制原理 183
6．2．1 二進制數字調制信號的時域表示 183
6．2．2 二進制數字調制信號的產生 185
6．2．3 二進制數字調制信號的功率譜及帶寬 187
6．3 多進制數字信號的正弦型載波調制原理 189
6．3．1 M進制幅移鍵控 189
6．3．2 M進制相移鍵控 191
6．3．3 M進制頻移鍵控 195
6．4 數字信號的矢量空間分析和最佳接收理論 196
6．4．1 數字信號的矢量空間分析 196
6．4．2 數字信號的星座圖 201
6．4．3 接收信號的矢量空間分析 205
6．4．4 AWGN信道條件下的最佳接收理論 208
6．5 AWGN信道條件下二進制數字調制繫統的抗噪聲性能 217
6．5．1 采用最佳接收的誤比特率分析 217
6．5．2 采用其他接收方式的誤比特率分析 223
6．6 AWGN信道條件下多進制數字調制繫統的抗噪聲性能 231
6．6．1 MASK的最佳接收及其誤符號率分析 231
6．6．2 MPSK的最佳接收及其誤符號率分析 233
6．6．3 正交MFSK的最佳接收及其誤符號率分析 238
6．6．4 多進制數字調制繫統的誤比特率 240
6．7 差分相移鍵控 241
6．7．1 二進制相對相移鍵控（2DPSK） 241
6．7．2 四進制相對相移鍵控（4DPSK） 244
6．8 正交幅度調制 245
6．8．1 MQAM信號的時域表示 245
6．8．2 MQAM信號的星座圖 245
6．8．3 方型星座MQAM信號的產生 247
6．8．4 方型星座MQAM信號的頻帶利用率 248
6．8．5 AWGN信道條件下MQAM信號的最佳接收和抗噪聲性能 248
6．9 理想限帶AWGN信道條件下的最佳頻帶傳輸繫統 250
6．10 改進型四相相移鍵控 252
6．10．1 偏移四相相移鍵控 252
6．10．2 ?/4差分四相相移鍵控 254
6．11 恆包絡連續相位頻移鍵控 256
6．11．1 MSK信號 256
6．11．2 GMSK信號 261
6．12 基於性能指標要求的調制方案選擇 262
6．12．1 數字調制繫統的性能分析 262
6．12．2 數字調制方案的選擇 264
思考題 265
習題6 265
第7章 擴頻調制與多載波調制 274
7．1 擴頻調制 274
7．1．1 擴頻調制的概念 274
7．1．2 偽噪聲序列 275
7．1．3 直接序列擴頻 277
7．1．4 跳頻擴頻 280
7．1．5 跳時擴頻 282
7．2 多載波調制 283
7．2．1 引言 283
7．2．2 正交頻分復用的基本原理 285
7．2．3 循環前綴 290
7．2．4 OFDM繫統發送機和接收機的結構 292
7．2．5 OFDM繫統中的頻率和定時同步 293
7．2．6 OFDM繫統中的峰均比 294
7．2．7 OFDM技術應用實例――IEEE 802．11a 294
習題7 295
第8章 信息論基礎 297
8．1 信息傳輸繫統模型 297
8．2 離散信源及其信息度量 298
8．2．1 離散信源的分類及統計特性 298
8．2．2 單符號離散信源熵 299
8．2．3 聯合熵和條件熵 301
8．2．4 多符號離散信源熵 303
8．2．5 離散信源的剩餘度 305
8．3 離散信道及其信道容量 306
8．3．1 離散信道的分類及統計特性 306
8．3．2 互信息和平均互信息 308
8．3．3 信道容量的定義 311
8．3．4 典型離散信道的容量 312
8．3．5 信源與信道的匹配 313
8．4 連續信源熵與加性高斯信道容量 313
8．4．1 連續信源的分類及其統計特性 313
8．4．2 連續信源的熵 314
8．4．3 連續信道的統計特性 316
8．4．4 加性連續信道的平均互信息 316
8．4．5 加性高斯連續信道的容量 317
8．5 香農編碼定理 319
8．5．1 無失真離散信源編碼定理 319
8．5．2 有噪信道編碼定理 323
8．5．3 限失真信源編碼定理 323
思考題 325
習題8 326
第9章 信道編碼 330
9．1 信道編碼通信模型 330
9．2 信道編碼的基本概念 331
9．2．1 信道編碼的分類 331
9．2．2 簡單的信道編碼 332
9．2．3 信道編碼的檢錯和糾錯能力 332
9．2．4 信道編碼的譯碼方法 334
9．2．5 差錯控制的三種方式 336
9．3 線性分組碼 336
9．3．1 線性分組碼的編碼 337
9．3．2 線性分組碼的譯碼 342
9．3．3 完備碼和漢明碼 348
9．3．4 對偶碼 349
9．3．5 擴展碼和縮短碼 349
9．4 循環碼 351
9．4．1 循環碼的碼多項式 352
9．4．2 循環碼的生成多項式和生成矩陣 353
9．4．3 循環碼的監督多項式和監督矩陣 356
9．4．4 循環碼的編碼電路 358
9．4．5 循環碼的伴隨式 361
9．4．6 循環碼的譯碼電路 363
9．4．7 CRC碼 366
9．4．8 BCH碼和RS碼 367
9．5 卷積碼 369
9．5．1 卷積碼的解析表示 369
9．5．2 卷積碼的圖形描述 373
9．5．3 卷積碼的譯碼方法 375
9．5．4 卷積碼的特性 377
9．5．5 刪餘卷積碼 378
9．5．6 遞歸型繫統卷積碼 379
9．6 交織碼 380
9．7 級聯碼 382
9．8 Turbo碼 383
9．9 LDPC碼 384
9．10 基於性能指標要求下的信道編碼方案選擇 385
9．10．1 香農理論極限 385
9．10．2 編碼與調制的權衡 387
9．10．3 數字調制繫統中信道編碼方案選擇 388
習題9 391
附錄A 常用三角公式 395
附錄B 傅裡葉變換 396
附錄C Q函數和互補誤差函數 398
參考文獻 400

前 言

通信原理作為高等學校通信工程及相關專業的主干課程，在培養計劃中占有極其重要的地位。課程重點講授各種通信繫統的基本原理和分析方法，是當前通信繫統設計和其他信息技術的重要理論基礎。

本書針對通信工程、電子信息工程和信息工程等專業的教學需要，以高等數學、概率論和隨機過程、信號與繫統等先修知識為基礎，側重介紹通信繫統的基本理論、技術和分析方法。全書共9章，參考學時為56～88學時。主要內容包括：

第1章—緒論，介紹通信繫統的基本概念和入門知識。

第2章—信號與噪聲分析，主要介紹平穩隨機過程的性質及其通過線性繫統的基本分析方法，並簡要介紹循環平穩隨機過程。

第3章—模擬調制繫統，主要介紹模擬調制繫統原理和性能分析，包括幅度調制和角度調制信號的時域表示、頻譜分析、調制解調原理以及在高斯白噪聲干擾下的抗噪聲性能分析；並簡單介紹頻分復用技術。

第4章—模擬信號的數字化，主要介紹PCM繫統中有關抽樣、量化、編解碼等所涉及的理論問題，並簡要介紹時分復用技術。

第5章—數字信號的基帶傳輸，主要介紹數字基帶信號的頻譜特性、在限帶信道中如何有效地消除碼間干擾、在AWGN信道條件下接收端進行最佳接收的基本原理和性能指標的分析方法、最佳基帶傳輸繫統、部分響應繫統。

第6章—數字信號的頻帶傳輸，介紹二進制和多進制數字調制繫統的基本原理，並討論數字信號的矢量空間分析、最佳接收和抗噪聲性能分析等理論。

第7章—擴頻調制與多載波調制，主要介紹偽噪聲序列、擴頻調制繫統的3種工作方式和正交頻分復用的基本原理。

第8章—信息論基礎，主要介紹信源及其信息度量、信道及其信道容量和香農編碼定理。

第9章—信道編碼，介紹幾種常見的信道編碼和譯碼的方法，並討論基於性能指標要求如何選擇信道編碼方案。

本書由張祖凡、於秀蘭、雷維嘉編著，其中第2章、第3章和第5章由張祖凡編寫；第4章、第6章、第8章和第9章由於秀蘭編寫；第1章和第7章由雷維嘉編寫。最後由張祖凡負責統稿。

本書在編寫過程中得到了重慶郵電大學通信原理課程組同仁的鼓勵、幫助和支持，在出版過程中得到了電子工業出版社的鼎力支持，在此一並表示誠摯的謝意。

由於作者水平有限，書中謬誤和疏漏在所難免，敬請讀者批評指正。

編 者

2018年5月