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数字通信(原书第2版)


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Ian A.Glover, Peter M.Grant
7-111-17779-7
95.00
732
2006年02月28日
李锵 董健 关欣 鲍虎 等
通信 > 通信系统
Prentice Hall
5558
简体中文
16开
Digital Communications (Second Edition)
教材
电子与电气工程丛书







几乎所有的现代通信系统都以数字技术为中心。本书旨在介绍信号处理中的数学理论,并用这些理论来描述现代数字通信技术。本书第1版问世以来,因涵盖范围广,并注重理论、应用与系统实施之间的平衡而深受读者欢迎。第2版除了继续保持其所有优点以外,还拥有更好的时效性,在各方面都更加趋于完善。

本书的显著特色
●内容广泛,包括信息论、PCM、源编码、加密、通道编码、复用、调幅以及最优化滤波等。
●对系统噪声和通信链路预算进行了全面的论述。
●介绍了系统仿真的原理。
●涉及现代通信系统,包括卫星通信、蜂窝式无线通信等。
●扩充了网络通信内容,包括SDH、循环分组交换、SS7、ATM与B-ISDN、xDSL、FTTx、电缆、BFWA(包括IEE802.16)、HAP、有线与无线LAN和PAN(包括蓝牙)。
●包含大量的实例,并在每章后附有思考题。
●更新过的参考资料、网址、标准等。
数字通信是一个飞速发展的应用领域,目前很多重要的活动包括开发供个人使用的移动通信设备,通过光纤的发展来扩展骨干传输结构的可用带宽(即承载信息的容量),以及在数据通信中普遍地使用网络。
  本书主要有4个方面的目的:(1)阐述理解现代数字通信设备和技术所需的关于信号与系统的数学理论;(2)将这些概念应用并扩展到有噪声以及其他损伤机制存在的环境中的具有鲁棒性的信息传输链路上;(3)说明固定与移动数据通信系统如何利用这样的传输链路进行音频和视频传输;(4)介绍由许多不同拓扑结构的传输链路相互连接而成的现代通信网的工作原理。
  书中素材都安排在适当的历史背景之下,绝大多数章节都包括大量的例题用以说明相关的内容,并以专门设计的习题结束各章,帮助读者提高其对相应内容的理解程度。
  第1章总结了通信系统发展的历史,并介绍了有线传输与无线传输中的一些基本概念,如接入、调制、多路复用、编码与交换等。同时,该章还概述了数字通信系统较现在已经被全面取代的旧的模拟通信系统的优势。
  接下来的18章分为四个部分,反映了前面提到的本书4个方面的目的。第2章至第4章专门介绍周期信号、瞬态信号和随机信号的基本理论以及线性传输系统的概念。第5章至第13章涵盖了数字通信的基本原理,包括取样与多路复用、基带有线传输、判决理论与信息论、加密以及包括turbo编码在内的差错控制编码;第二部分还涉及对现代通信系统中所用的许多带通调制方法的介绍,接收功率与相应的通信链路信噪比的计算,以及在实际构建硬件之前如何通过仿真来评估系统的性能。
  第三部分即第14章至第16章,阐述了如何将数字通信的基本原理应用到固定的点到点卫星微波通信系统中、移动与蜂窝通信系统中以及视频(TV)传输与存储系统中。第四部分从第17章至第21章,主要介绍通信网。在讲述排队论之前,首先讨论了网络拓扑结构、接入技术以及信令、路由协议和网络体系结构等,之后很自然地过渡到公众网络——SDH与ISDN以及国际认可的全球数字电信网的标准,最后以广播网络即有线局域网和无线局域网结束这部分的讨论。第2版中彻底修订并加以扩充的关于网络的内容会将读者带入一个飞速发展的无线网络技术领域。
  为了帮助读者阅读本书,书中还给出了缩写词表以及本书数学部分使用的符号和约定的列表。
  另外,在本书最后还提供了重要的WWW网址、标准和参考资料等,这部分列出了本书参考的所有出版物,各参考资料在书中均以作者的姓名、出版年份在方括号中进行了标注。
  本书面向已经获得通信工程、电子工程或电气工程等专业工学学士、工学硕士学位的学生,或者攻读这些专业的硕士研究生,我们认为这些读者所掌握的数学概念完全能够轻松地应付第一部分的内容。
  本书是在巴斯大学(University of Bath)、布拉德福大学(University of Bradford)和爱丁堡大学(University of Edinburgh)从1990年至今工学学士、工学硕士、理学硕士的信号理论与数字通信的核心课程和选修课程讲稿的基础上编写而成的,但是又进一步扩展了书中的内容,包括了对数字PCM、SDH、分组语音系统以及光纤和微波长途通信系统的容量性能的讲解,通过平衡理论、应用与系统实现三方面的内容,我们希望本书对学术研究和快速发展的通信工业都发挥有益的作用。
  为了帮助教师和学生使用本书,可以通过http://www.see.ed.ac.uk/~pmg/DIGICOMMS/index.html获得本书的勘误表和各章后大部分习题的解题指导。
  另外,从上述网站还可以获得滤波、变换和自适应处理器方面的更进一步的软件实例。


Ian Glover,Peter Grant  
于巴斯和爱丁堡  
2003年6月  



致  谢
  本书的部分内容是在爱丁堡大学和布拉德福大学为工学学士、工学硕士和理学硕士开设的课程中发展而来的,这三门课程首先是由爱丁堡大学的James Dripps博士、布拉德福大学的Peter Watson教授和Neil McEwan博士讲授的,感谢他们建立了这些课程的最初框架,这正是本书目录和结构的体现。感谢Dripps博士提供了第7章和第9章的初稿,以及现在第6、10、17和18章的部分材料。感谢McEwan博士以教案的形式提供了2.5.1、4.3.1、4.3.2和4.3.3节的初稿。第2、3、4、8和11章的一些材料来自布拉德福大学Watson教授和McEwan博士的课堂笔记。感谢Brian Flynn博士对第19章部分内容的帮助,Angus McLachlan博士提供了第12章的最初构想,South Queensferry惠普电信部的Tom Crawford博士提供了第19章的更深入的材料以及对第6章的最初看法。还要感谢洛夫工业大学的David Parish博士提供了第16章的初稿,曼彻斯特维多利亚大学的Paddy Farrel教授对第10章提出的有益建议,以及爱丁堡大学的David Cruickshank博士对本书网站上提供的习题解答所做的工作。
  感谢为本书各章节提出详细评述的布拉德福大学和爱丁堡大学的全体同仁,也要感谢阅读本书早期版本并对其进行评述的广大学生,他们为各章后习题的编排、精简提供了帮助,特别是Yoo-Sok Saw和Paul Antoszczyszn慷慨地提供了第16章的图形材料。
  特别感谢Joan Burton、Liz Paterson、Diane Armstrong和Beverley Thomas数年来坚持录入本书从最初构想到当前形式的许多版本,还要感谢Bruce Hassall在本书最终版本的字体和格式编排中的慷慨帮助。
  最后,我们必须感谢我们各自的家庭,Nandini和Sonia,Marjory、Lindsay和Jenny,她们为写作此书付出了大量的时间。


Ian Glover,Peter Grant  
1998年 



第2版致谢
  本书第2版是从爱丁堡大学、巴斯大学和布拉德福大学为工学学士、工学硕士和理学硕士开设的课程中进一步发展而来的,感谢伯明翰大学的Keith Blow教授对第12章所做的更新,布拉德福大学的Mike Woodward教授对第17章所做的修订,布拉德福大学的Simon Shepherd教授对第9章中关于加密的新材料的仔细阅读和评述,巴斯大学的Robert Watson博士为第10章中turbo编码一节和第21章中蓝牙一节所做的准备工作,同样是巴斯大学的John Martin为提供本书修订版第四部分中关于网络的材料所给予的慷慨帮助,以及爱丁堡大学的David Cruickshank博士对本书网站上提供的习题解答的不断帮助。
  感谢再次为本书各章节提供详细评述的巴斯大学和爱丁堡大学的全体同仁,也要感谢继续阅读本书、对各章内容提出改进建议并为习题提供解答的许多同学,还要感谢世界各地选用本书的教师,他们通过电子邮件提出了许多积极的意见和建议。
  特别要感谢Diane Armstrong、Caroline Saunders和Kim Orsi坚持录入了本书所有修订的章节和表格,同时感谢爱丁堡大学工程与电子学学院IT服务经理Bruce Hassall和他的同事,特别是Michael Gordon,为获得本书最终稿的专业级编排,他们在排版、格式和图表编辑中给予了大力帮助。
  最后,我们必须感谢各自的家庭,Nandini和Sonia以及Marjory,她们为编写和修订本书付出了大量时间。


Ian Glover,Peter Grant  
2003年
第1章 数字通信概述 1
1.1 电子通信 1
1.2 信源与信宿 4
1.3 数字通信设备 5
1.4 无线电接收机 6
1.5 信号传输 7
1.6 交换与网络 11
1.7 数字通信的优势 11
1.8 小结 12

第一部分 信号与系统理论
第2章 周期信号与瞬态信号 14
2.1 概述 14
2.2 周期信号 14
2.3 瞬态信号 29
2.4 功率谱与能量谱 43
2.5 广义正交函数展开 44
2.6 相关函数 51
2.7 小结 54
2.8 习题 55
第3章 随机信号与噪声 57
3.1 概述 57
3.2 概率理论 57
3.3 随机过程 73
3.4 小结 81
3.5 习题 81
第4章 线性系统 85
4.1 概述 85
4.2 线性系统 85
4.3 线性系统的时域描述 88
4.4 频域描述 92
4.5 因果性与希尔伯特变换 94
4.6 随机信号与线性系统 96
4.7 非线性系统与随机变量的变换 100
4.8 小结 102
4.9 习题 103

第二部分 数字通信原理
第5章 采样、多路复用与PCM 108
5.1 概述 108
5.2 脉冲调制 108
5.3 采样 109
5.4 模拟脉冲多路复用 117
5.5 量化PAM 120
5.6 信号与量化噪声之比(SNqR) 121
5.7 脉冲编码调制 122
5.8 带宽压缩技术 129
5.9 小结 136
5.10 习题 136
第6章 基带传输与线路编码 138
6.1 概述 138
6.2 基带中心点检测 138
6.3 多中继段系统的误差累积 143
6.4 线路编码 145
6.5 多路复用电话 151
6.6 数字信号再生 151
6.7 符号同步恢复 156
6.8 中继器设计 158
6.9 本地环路数字传输 159
6.10 小结 161
6.11 习题 162
第7章 判决理论 163
7.1 概述 163
7.2 先验概率、条件概率与后验概率 164
7.3 符号转移矩阵 164
7.4 贝叶斯判决准则 166
7.5 奈曼-皮尔逊判决准则 171
7.6 小结 171
7.7 习题 172
第8章 发送与接收的最优滤波 173
8.1 概述 173
8.2 最优发送的脉冲成形技术 173
8.3 最优接收的脉冲滤波 185
8.4 根升余弦滤波 196
8.5 均衡 197
8.6 小结 199
8.7 习题 200
第9章 信息论、信源编码与加密 202
9.1 概述 202
9.2 信息与熵 202
9.3 条件熵与冗余 204
9.4 由噪声引起的信息损失 206
9.5 信源编码 209
9.6 变长编码 211
9.7 信源编码举例 213
9.8 数据加密 220
9.9 认证 238
9.10 完整性 238
9.11 数字签名 238
9.12 小结 238
9.13 习题 240
第10章 差错控制编码 242
10.1 概述 242
10.2 汉明距离和码字的码重 244
10.3 (n, k)分组码 244
10.4 n位码字的差错概率 247
10.5 线性成组码 247
10.6 分组码的最近邻域解码 248
10.7 伴随式解码 249
10.8 循环码 252
10.9 卷积码的编码 256
10.10 卷积码的Viterbi译码 257
10.11 实际编码器 260
10.12 链接编码和turbo码 262
10.13 小结 267
10.14 习题 268
第11章 载波信号的带通调制 270
11.1 概述 270
11.2 频谱效率与功率效率 270
11.3 二进制中频调制 270
11.4 提高频谱效率的调制技术 284
11.5 功率高效的调制技术 304
11.6 数据调制解调器 310
11.7 小结 311
11.8 习题 312
第12章 系统噪声与通信链路预算 314
12.1 概述 314
12.2 噪声的物理特性 314
12.3 系统噪声计算 322
12.4 无线通信链路预算 328
12.5 光导纤维传输链路 340
12.6 小结 346
12.7 习题 347
第13章 通信系统仿真 349
13.1 概述 349
13.2 等效复基带的表示 350
13.3 采样和量化 357
13.4 信号、噪声和系统的建模 359
13.5 时域和频域间的变换 366
13.6 离散圆周卷积 375
13.7 BER估计 377
13.8 小结 384

第三部分 应  用
第14章 定点微波通信 386
14.1 概述 386
14.2 陆地微波链路 386
14.3 定点卫星通信 401
14.4 小结 424
14.5 习题 425
第15章 移动无线通信与蜂窝无线通信 428
15.1 概述 428
15.2 移动无线链路预算和信道特性 429
15.3 英国蜂窝无线通信 434
15.4 数字TDMA陆地蜂窝系统 439
15.5 码分多址接入 442
15.6 移动卫星系统 454
15.7 第三代移动蜂窝标准 455
15.8 小结 457
15.9 习题 458
第16章 视频传输与存储 459
16.1 概述 459
16.2 彩色表示 459
16.3 传统电视传输系统 460
16.4 高清晰度电视 463
16.5 数字视频 464
16.6 视频数据压缩 465
16.7 压缩标准 468
16.8 数字视频广播 474
16.9 分组视频 475
16.10 小结 476
16.11 习题 477

第四部分 网  络
第17章 网络应用、拓扑和体系结构 480
17.1 概述 480
17.2 网络应用 480
17.3 网络功能 481
17.4 网络分类 482
17.5 交换网络拓扑结构和表示方法 483
17.6 一般网络交换方法 485
17.7 广播网络的拓扑结构 488
17.8 传输介质 490
17.9 网络互连 490
17.10 用户和供应商的网络观点 492
17.11 面向连接服务和无连接服务 493
17.12 分层网络体系结构 494
17.13 小结 498
17.14 习题 498
第18章 网络协议 500
18.1 概述 500
18.2 物理层 500
18.3 数据链路层 504
18.4 网络层 521
18.5 传输层 534
18.6 会话层 539
18.7 表示层 543
18.8 应用层 545
18.9 非OSI协议簇 546
18.10 小结 546
18.11 习题 547
第19章 基于排队论的网络性能分析 549
19.1 概述 549
19.2 M/M/1队列 552
19.3 M/M/1/N队列 555
19.4 M/M/N/K/K队列:移动通信系统中的排队行为 565
19.5 小结 567
19.6 习题 567
第20章 交换网络与广域网 570
20.1 概述 570
20.2 WAN的特点与分类 570
20.3 图论在核心网络中的应用 573
20.4 英国公共网络 579
20.5 多路复用 583
20.6 电路交换 599
20.7 分组交换 613
20.8 ISDN 618
20.9 信令 622
20.10 异步传输模式和宽带ISDN 625
20.11 接入技术 630
20.12 小结 653
20.13 习题 654
第21章 广播网络与局域网 657
21.1 概述 657
21.2 LAN拓扑结构 657
21.3 LAN协议簇 657
21.4 常见的有线LAN标准 660
21.5 无线LAN 673
21.6 无线个人区域网络 682
21.7 家庭网络技术 690
21.8 居民区网关 693
21.9 小结 693
21.10 习题 695
附录A 696
附录B 699
附录C 700
附录D 701
缩写词 702
符号 719
特殊函数 722
标准 723
WWW网址 725
参考资料 726
通信是人类社会传递信息、交流思想、传播知识的重要手段。通信技术与计算机技术和网络技术的紧密结合,为通信技术的迅猛发展不断注入新的生机与活力,现代通信系统和通信网正朝着数字化、智能化、宽带化、综合化、个人化的方向发展,其必将成为推动人类社会信息化发展的动力源泉。
  本书是Ian A.Glover和Peter M.Grant两位教授十多年在英国巴斯大学(University of Bath)、布拉德福大学(University of Bradford)和爱丁堡大学(University of Edinburgh)从事教学和科研成果的总结。该书全面、系统地论述了数字通信的基本理论、关键技术、主要应用以及通信网的最新发展。
  该书第1章简要回顾通信系统的发展历史。第一部分即第2章至第4章介绍了学习数字通信所需的关于周期信号、瞬时信号和随机信号的数字理论和线性系统理论。第二部分即第5章至第13章系统地阐述了数字通信的基本原理,包括取样与多路复用、基带有线传输、判决理论与信息论、加密及差错控制编码、带通调制方法、接收功率与通信链路信噪比计算以及通信系统性能的仿真评估方法。第三部分即第14章至第16章介绍了数字通信技术在卫星微波通信系统、蜂窝移动通信系统以及视频系统中的应用。第四部分即第17章至第21章对通信网的拓扑结构、接入技术及信令、路由协议、网络体系结构、网络性能以及几种典型的网络进行了详细的论述。
  该书各章都配有丰富的例题,图文并茂,密切联系实际,并且每章都有小结和习题,既有助于加深对所学内容的理解,又具有一定的实用价值。全书内容深入浅出,概念阐述清晰,理论分析严谨,逻辑性强,不仅是一本面向高等院校电子、信息、通信、计算机等专业高年级本科生或低年级研究生的教科书,而且是一本比较全面、系统、深入的数字通信方面的专著,对通信领域的科研技术人员也极具参考价值。
  本书前言、第1章至第9章以及缩写词由李锵翻译,第10章至第13章由关欣翻译,第14章至第16章由鲍虎翻译,第17章至第21章以及附录由董健翻译,沈运强协助翻译了第8、12章,刘航协助翻译了第1l章,李健协助翻译了第13章,邢喆协助翻译了第14章,参加本书相关章节翻译工作的还有张为、杨爱萍、张瑞峰、徐岩、肖志涛、汪剑鸣、刘艳艳、赵全明、马杰、张立民、王淑艳、王明国、王昕、周郭飞、史斌、郭利斌、贾贻鲁、刘志杨、赖焰根、陈敏俊、李亚奇、董刚、沈振乾、孔冰、褚青、方青、饶中洋、马爱萍、郭琦等,全书先由李锵、董健负责初校,最后由滕建辅教授审校。该书的翻译出版是集体智慧的结晶,渗透着众人的汗水。在此,对所有为本书的出版提供帮助的人们表示诚挚的感谢!
  由于译审者水平有限,加之时间仓促,译文中难免有不妥乃至错误之处,敬请读者不吝指正。
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