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出版者:电子工业出版社

作者:曹泰斌

出品人:

页数:256

译者:

出版时间:2003-1-1

价格:22.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787505384378

丛书系列:

图书标签:

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• 工程教育

深入探索数字时代的核心：现代通信系统原理与应用 图书简介 本书旨在为读者提供对现代通信系统从理论基础到前沿应用的全面、深入的剖析。它不仅仅是一本技术手册，更是一部引导读者理解信息如何在时空维度中高效、可靠地传输的指南。全书结构严谨，内容涵盖了从最基本的信号与系统理论，到复杂的编码、调制、多址接入技术，直至最新的无线通信网络架构。 第一部分：信息论与信号基础——构建通信的基石 通信的本质是对信息的度量与传输。本部分将从香农的信息论出发，系统阐述信息熵、互信息等核心概念，为理解通信的极限奠定理论基础。随后，我们将深入探讨信号的数学描述，包括连续时间与离散时间信号的表示、傅里叶分析（连续与离散）、拉普拉斯变换及Z变换。特别地，本书强调了采样定理在数字通信中的关键作用，并详细解析了量化、编码过程中的误差分析与优化策略，确保信息在数字化过程中损失最小化。 对于噪声的理解是设计可靠通信系统的关键。本章将详细介绍随机过程理论，包括高斯白噪声（AWGN）的特性、平稳性与遍历性。通过对功率谱密度（PSD）的深入分析，读者将掌握如何评估和处理通信系统中的各种干扰因素。 第二部分：信道编码与信源编码——提升传输效率与鲁棒性 信息从产生到传输，必须经历压缩（信源编码）和保护（信道编码）两个关键步骤。 在信源编码方面，本书着重讲解了无损压缩（如霍夫曼编码、算术编码）和有损压缩（如预测编码、变换编码，包括对JPEG和MPEG等标准的原理性概述）。对于有损编码，我们深入分析了失真度与比特率之间的权衡关系。 信道编码部分是本书的重中之重。我们将详细介绍线性分组码（如汉明码、循环冗余校验CRC），以及卷积码及其维特比译码算法。为应对日益复杂的信道衰落，本书投入了大量篇幅介绍现代的交织编码技术，包括Turbo码和低密度奇偶校验码（LDPC），并探讨了它们在实现接近香农极限的性能方面所扮演的角色，以及FPGA实现中的挑战与优化。 第三部分：数字调制与解调技术——信息到波形的转换 本部分聚焦于如何将离散的数字信息有效地映射到模拟波形上进行传输。我们将从基带传输系统开始，深入分析脉冲成形技术，如升余弦滤波，以解决码间串扰（ISI）问题。读者将学习到如何在满足功率和带宽约束下设计最佳的脉冲。 随后，本书详细剖析了带通调制技术，包括幅度键控（ASK）、频率键控（FSK）和相移键控（PSK）。重点分析了正交幅度调制（QAM）在高阶调制下的性能优势与复杂度权衡。更进一步，本书引入了对MIMO系统的预备知识，讲解了联合调制与编码（M2M）的思想。 解调部分，我们详述了最优接收机——匹配滤波器的设计原理，并对比了相干解调与非相干解调的性能差异。对于衰落信道，本书专门讲解了最大似然准则（ML）和最大后验概率（MAP）判决器的设计，以及信道估计与跟踪技术在实际系统中的应用。 第四部分：多址接入与蜂窝网络架构——频谱资源的共享艺术 在有限的频谱资源上支持海量用户是现代通信面临的核心挑战。本部分全面梳理了多址接入（MA）技术的发展脉络。 首先，详细比较了频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）的原理、优缺点及在2G/3G系统中的应用。对CDMA的扩频增益、近远端效应和软容量特性进行了细致的数学建模与仿真分析。 接着，本书重点转向正交频分复用（OFDM）技术。我们将深入解析OFDM的原理、循环前缀（CP）的引入目的、载波间干扰（ICI）的抑制，以及在实际无线信道中遇到的峰均功率比（PAPR）问题和相应的抑制技术（如选模法、限幅与预失真）。OFDM是4G LTE和5G NR的核心技术，因此本章将详细阐述其在这些标准中的具体实现细节。 第五部分：先进无线系统与网络演进——迈向万物互联 最后一部分将目光投向最新的通信技术和网络架构。我们将讨论大规模MIMO（Massive MIMO）技术，分析其如何通过空间复用和波束赋形技术，极大地提高频谱效率和能量效率。对波束赋形的原理、训练开销和代价分析将进行详尽的论述。 同时，本书也探讨了认知无线电（CR）的基本框架，包括频谱感知、波形选择等关键技术，以及其在提高频谱利用率方面的潜力。 在网络层面，我们将简要介绍软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）对未来5G核心网（EPC/5GC）的颠覆性影响，以及超可靠低时延通信（URLLC）和海量机器类通信（mMTC）等新场景对通信系统提出的严苛要求。 适用对象 本书适合于通信工程、电子信息工程、信号处理等相关专业的本科高年级学生、研究生，以及希望系统学习和深入了解现代无线通信技术细节的工程师和研究人员。对读者具备一定的微积分、线性代数和基础电路知识有先验要求。通过对本书的学习，读者不仅能掌握通信系统的理论精髓，更能理解当前主流无线标准背后的工程权衡与设计哲学。

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这本书的排版设计，不得不提，它展现出一种近乎苛刻的严谨美学，但同时又巧妙地避免了传统教材的呆板。大量的图示并非简单的示意图，而是精心绘制的“概念可视化工具”。例如，在讲解瞬态响应时，作者对RC和RL电路充电和放电曲线的描绘，不仅仅是画出指数衰减曲线，更是在曲线上标注了时间常数 $ au$ 对系统动态行为的决定性影响。这种将数学模型与物理现象紧密咬合的处理方式，极大地增强了读者的“画面感”。相比于其他侧重于繁琐数学推导的参考书，此书似乎更专注于“为什么”而不是仅仅停留在“怎么算”。它在导论部分花费了大量的篇幅来建立电场、电流、电压之间的直观联系，这对于那些习惯于文科思维的读者来说，无疑是一座友好的桥梁。我个人认为，这种平衡感是极其难得的，它既能满足工程实践对精确计算的要求，又能满足初学者对基本原理的深刻理解的需求，绝非一般教材能够企及的深度与广度。

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这本书的习题设计，简直是电路分析学习中的“精炼油”。它们并非那种只需要套用公式就能得出答案的“水题”，而是经过精心编排的层次结构。最开始的练习题，旨在巩固对基本定律的机械记忆，确保计算的准确性；随后过渡到混合型问题，要求读者自主选择分析工具；而章节末尾的综合大题，往往需要结合多个知识点进行系统性的建模和求解。我特别喜欢那些“设计性”的开放问题，它们不只要求“求出X”，而是引导你去思考“如何设计一个满足Y条件的电路”。这种从结果反推过程的训练，极大地激发了我的主动思考能力。而且，书中对解题步骤的标注，清晰到近乎偏执，每一步的逻辑跳跃都被明确标记出来，让你在追溯错误时，能迅速定位到是哪个环节的理解出现了偏差，而不是在浩瀚的计算中迷失方向。

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阅读过程中，我发现作者在引入特定工具和方法时，总能提供一个非常实用的历史背景或实际应用场景。例如，在讨论戴维南和诺顿等效电路时，他没有直接跳入等效电阻的计算，而是先描述了早年测量仪器输入阻抗带来的挑战，从而引出了这些等效化的必要性。这种“问题驱动学习”的模式，让理论的应用价值瞬间被放大。更令人称道的是，书中对于“实际元件模型”的探讨，它没有将电阻、电容、电感视为理想元件的空中楼阁。对于非线性元件的初步介绍，虽然篇幅不长，但足以提醒读者，我们所学的线性分析工具，在真实世界中往往需要进行修正或近似。这种对现实世界复杂性的恰当暗示，体现了作者超越基础教学的更高层次的教学视野，让读者在学习“理想”的同时，也对“真实”保持着敬畏之心和清醒的认识。这使得这本书的价值不仅仅停留在考试通过的层面，而是真正培养了工程师的思维习惯。

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从整体阅读体验来看，这本书给我的感觉是“厚重而不失灵动”。它没有采用那种大刀阔斧、快速推进的激进教学法，而是像一位极其耐心的匠人，打磨每一个知识点。它在解释相量法时，花费了足够的时间来铺垫复数在物理意义上的表示，确保读者能够真正“看到”电压和电流在相位上的超前与滞后，而不是仅仅将其视为一个代数工具。书中对正弦稳态分析的讲解，逻辑链条无比坚固，从时域到频域的转换过程，被描述得如丝般顺滑，几乎没有让我的思维产生任何“卡顿”。这种对逻辑连贯性的极致追求，使得本书不仅仅是一本工具书，更像是一部系统的、具有内在美感的知识体系构建指南。读完后，我感觉自己对电路的理解，已经从一个只会搬运工具的新手，进化成了一个能够初步理解其内在运转机制的思考者。

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这部作品的文字叙述，简直是一场对抽象概念的温柔解构，它没有一上来就抛出那些令人望而生畏的公式矩阵，而是像一位经验丰富的老船长，耐心地带领初学者登上甲板。我尤其欣赏作者在讲解基尔霍夫定律时的那种循序渐进。他并没有直接给出“KCL、KVL”的死板定义，而是通过描绘水流在岔路口的分合、想象能量在回路中的守恒，让这些定律不再是教科书上的冰冷条文，而成为了生活中触手可及的物理直觉。书中对节点和回路的划分，那份细致入微的处理，简直是教科书级别的示范。当我第一次面对一个复杂的网络结构感到无从下手时，作者提供的“标记与追踪”策略，就像一把精准的尺子，瞬间理清了所有的杂乱无章。特别是关于叠加定理的阐述，那种将复杂问题拆解为若干简单子问题的哲学思想，被解释得淋漓尽致，避免了新手在处理多源电路时的那种恐慌感，让人感觉原来电路分析并非遥不可及的玄学，而是一门可以被系统掌握的艺术。作者的笔触中流露出的那种对教学的热情，使得原本枯燥的理论学习变成了一次富有启发性的思维探险。

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