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出版者:哈尔滨工业大学出版社发行部

作者:王雨三

出品人:

页数:342

译者:

出版时间:2002-1

价格:28.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787560317663

丛书系列:

图书标签:

• 王雨三
• Physics
• Optoelectronics
• Optics
• 光电子学
• 光电器件
• 半导体光物理
• 光通信
• 激光原理
• 光探测
• 显示技术
• 太阳能电池
• 光学传感器
• 光电子材料

现代通信技术：从基础到前沿 丛书总序 信息时代的高速发展，对通信技术的深度和广度提出了前所未有的要求。本套丛书旨在系统梳理和深入剖析现代通信领域的核心原理、关键技术及其最新的发展趋势，力求为通信工程、电子信息、计算机科学等相关专业的学生、科研人员及工程技术人员提供一套全面、深入且与时俱进的学习和参考资料。我们相信，对通信系统进行深入的理解和掌握，是推动未来信息社会进步的基石。 --- 分册介绍 本套丛书共分为七卷，每一卷都聚焦于现代通信系统的一个核心层面。 第一卷：电磁波与信息传播基础 (Fundamentals of Electromagnetic Waves and Information Propagation) 本卷专注于信息传输的物理载体——电磁波的理论基础及其在各种介质中的传播特性。 内容提要： 本卷首先从麦克斯韦方程组出发，详尽阐述了电磁场的产生、传播规律，以及平面波在自由空间、理想介质和有损介质中的解析解。重点讲解了波的反射、折射、散射、绕射等现象，并结合傅里叶分析工具，建立了时域信号与频域频谱之间的深刻联系。 随后，内容深入到传输线理论，包括集总参数模型与分布参数模型。详细分析了同轴电缆、双线平行线及微带线等典型传输线上的信号传输损耗、相位延迟和阻抗匹配问题。史密斯圆图作为关键工具，将被系统地讲解其在阻抗匹配网络设计中的应用。 在波导理论部分，本卷介绍了矩形波导和圆波导的基本模式（如TE、TM模式），分析了截止频率、传输特性和模式耦合现象。最后，本卷拓展至无线信道的特性，探讨了传播损耗模型（如自由空间路径损耗、两射线模型），并引入了衰落（Fading）和多径效应的概念，为后续系统设计奠定必要的物理基础。 --- 第二卷：数字信号处理与调制技术 (Digital Signal Processing and Modulation Techniques) 本卷聚焦于如何有效地将信息转化为适合数字传输的信号，并进行高效的编码和调制。 内容提要： 本卷从离散时间信号与系统入手，详细介绍Z变换、离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT）。数字滤波器的设计是本卷的重要组成部分，涵盖了FIR和IIR滤波器的时域和频域设计方法，特别是窗函数法、频率采样法和双线性变换法。 在信号的采样与量化方面，本卷严格遵循奈奎斯特采样定理，并讨论了量化噪声和非均匀量化在高保真音频和数据采集中的应用。 调制技术是本卷的核心。从基带信号的整形（如滚降滤波器、码型选择）开始，讲解了无记忆调制技术，包括ASK、FSK、PSK（BPSK, QPSK, MPSK）和QAM（16QAM, 64QAM）。详细分析了这些调制方式的星座图、功率谱密度、误码率（BER）性能（在高斯白噪声信道下），并探讨了最佳接收器的原理。同时，对利用相位和幅度联合调制的效率优势进行了深入论证。 --- 第三卷：信道编码与数据存储 (Channel Coding and Data Storage) 本卷关注如何增强数字信号抵抗传输中噪声和干扰的能力，以及数据在存储介质上的可靠性。 内容提要： 本卷首先阐述了信息论中的信道容量概念，并引入了纠错编码的基本原理——冗余和代数结构。 详细介绍了分组码，包括线性分组码的生成矩阵、校验矩阵、伴随式译码等核心概念。重点分析了Hamming码和循环码（如CRC校验码）的构造与译码过程。 卷积码是本卷的另一重点，涵盖了对它们的状态图、树状图的构建，以及Viterbi译码算法的实现细节，包括其在实时系统中的应用优势。 随着编码理论的发展，本卷还引入了现代的强纠错码，如Turbo码和低密度奇偶校验码（LDPC），讨论了它们接近香农极限的性能，并简要介绍了它们在3G/4G/5G标准中的应用。 在数据存储方面，本卷探讨了磁记录、光盘记录等存储介质的物理限制，以及如何在这些介质上应用专门的编码技术（如RLL编码）来提高记录密度和可靠性。 --- 第四卷：多址接入与蜂窝移动通信 (Multiple Access and Cellular Mobile Communications) 本卷专注于允许多个用户共享有限的无线频谱资源，并构建可靠的移动通信网络。 内容提要： 本卷的起点是多址接入技术。详细对比了频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）的原理、优缺点和系统容量。重点分析了扩频通信技术（Spread Spectrum），包括直接序列扩频（DSSS）和跳频扩频（FHSS）的原理、抗干扰能力和功率谱特性。 随后，深入研究了蜂窝移动通信系统的基本架构，包括小区间划分、邻区规划、频率复用、小区间干扰控制（如功率控制、扇区分组）。 针对2G（GSM）和3G（WCDMA/CDMA2000）网络中的多址和切换机制进行了详细剖析。 在高层，本卷讨论了移动性管理，如位置登记、寻呼流程、硬切换和软切换技术的实现机制及其对系统性能的影响。本卷也为理解后续的宽带无线接入技术奠定了必要的多址基础。 --- 第五卷：现代无线信道与MIMO技术 (Modern Wireless Channels and MIMO Technology) 本卷深入探讨了复杂的无线信道模型，并介绍了当前高速移动通信的核心技术——多输入多输出（MIMO）系统。 内容提要： 本卷首先细化了无线信道的建模。对大尺度衰落（阴影衰落）和多径引起的快衰落（瑞利分布、莱斯分布）进行了深入的统计分析。讲解了信道冲激响应、相干时间和相干带宽的概念。 在数字通信的抗衰落措施方面，本卷详细介绍了时域（如跳频）、频域（如扩频）和空域（如分集技术）的对抗衰落方案。 MIMO技术是本卷的核心。通过引入空间复用（Spatial Multiplexing）和空间分集（Spatial Diversity）的概念，阐述了MIMO如何通过增加天线数量来显著提高信道容量和可靠性。详细分析了预编码、迫击量化（ZF/MMSE）等空间处理技术。 此外，还讨论了大规模MIMO（Massive MIMO）系统在基站侧引入大量天线的优势，以及其在信道估计、波束赋形（Beamforming）等方面的技术挑战和解决方案。 --- 第六卷：正交频分复用与5G接入技术 (Orthogonal Frequency Division Multiplexing and 5G Access Technologies) 本卷聚焦于当前高速数据传输的基石——OFDM技术，并将其置于5G新空口（NR）的背景下进行阐述。 内容提要： 本卷从傅里叶级数理论出发，严谨地推导了OFDM的基本原理，解释了其如何通过将宽带信道分解为大量正交的窄带子载波来对抗信道引起的符号间干扰（ISI）。详细讲解了循环前缀（CP）的作用、IFFT/FFT在收发机中的实现，以及频率同步和相位噪声对OFDM性能的影响。 随后，内容扩展到OFDM的关键性能指标：峰均功率比（PAPR）问题，并介绍了抑制PAPR的各种技术（如DFT-Spread-OFDM, Clipping/Filtering）。 本卷将OFDM技术置于5G新空口（NR）的框架下进行分析。探讨了5G NR的帧结构、时频资源分配，以及其在Sub-6GHz和毫米波频段的独特挑战。重点分析了5G中引入的先进技术，如灵活的子载波间隔、波束管理、以及面向特定业务的灵活双工方案（TDD/FDD）。 --- 第七卷：网络架构、协议与服务质量 (Network Architecture, Protocols, and Quality of Service) 本卷将视角从物理层和接入层提升到系统和网络层面，探讨现代通信网络的服务架构和管理。 内容提要： 本卷首先介绍现代移动通信网络（如EPC和5G Core）的演进，包括服务控制平面（控制面）和用户数据平面（用户面）分离的架构（SDN/NFV概念的应用）。 详细分析了IP层和传输层协议，包括TCP/IP协议族的详细结构、拥塞控制算法（如TCP Reno/Cubic）及其在无线环境下的局限性。 网络服务质量（QoS）是本卷的重点。讲解了延迟、抖动、吞吐量和丢包率等关键指标的定义。讨论了在不同网络层次上实现QoS保障的机制，包括资源预留协议（RSVP）、流量整形和调度算法。 最后，本卷探讨了新兴的通信服务需求，如低延迟高可靠通信（URLLC）和海量机器类通信（mMTC）对网络架构提出的新要求，以及边缘计算（MEC）在满足这些需求中的作用。 --- 本套丛书力求在理论深度和工程实践之间找到最佳平衡点，是通信领域专业人士不可或缺的参考宝典。

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我是一名刚进入光通信领域的研究生，手头上有好几本前辈推荐的教材，但坦白说，很多书的“应用”部分写得过于理想化，或者技术更新太慢，跟不上现在高速发展的产业需求。然而，《光电子学原理与应用》这本书给我的感觉完全不同。它在原理部分打磨得足够硬核，确保了理论基础的准确性，这一点毋庸置疑。更让我惊喜的是，它对当前主流光电子器件，比如高速调制器、光电探测器以及波导器件的最新进展都有所涉及。书中对特定材料体系（比如InP和Si基平台）的选择理由和各自的优缺点分析得非常到位，这种“知其然，更知其所以然”的叙述方式，极大地帮助我确定了自己未来研究的方向和技术路线。比如，书中对拉曼效应在光纤放大器中的应用讨论，不仅给出了理论模型，还详细对比了掺铒光纤放大器（EDFA）和基于半导体光放大器（SOA）的性能差异，这种实战导向的分析，对我们这些需要快速进入项目状态的学生来说，简直是雪中送炭。这本书读完一遍，我感觉自己的研究视野一下子拓宽了不止一个维度。

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这本《光电子学原理与应用》的书籍，说实话，我本来是抱着试试看的心态买的，毕竟我对这个领域的了解非常有限，更多的是想了解一些基础概念。拿到手后，我立刻被它详尽的结构吸引住了。书中对光与物质相互作用的描述非常深入，不仅仅停留在教科书那种泛泛而谈的层面，而是真正深入到了量子力学的层面去解释光子的产生、吸收和传输机制。特别是关于半导体异质结的章节，作者用非常清晰的图示和数学推导，把P-N结的形成过程和载流子迁移的物理图像描绘得淋漓尽致。我特别欣赏作者在讲解复杂物理现象时，总能找到一个非常贴合实际的应用案例来辅助理解，比如从LED的发光原理到激光器的阈值分析，每一步都逻辑严密，让人感觉像是在拆解一个精密的仪器。对于初学者来说，这本书的知识密度非常大，但得益于其良好的组织结构，即便有些地方需要反复阅读，也能逐步跟上作者的思路。我感觉这本书更像是一本精心打磨的研究工具书，而不是一本简单的入门读物，它为你构建了一个坚实的理论框架，让你有能力去探究更深层次的光电子器件设计问题。那种豁然开朗的感觉，是很多其他同类书籍无法给予的。

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这本书的排版和图例设计简直是一绝，对于我们这种视觉学习者来说，这一点太重要了。很多物理学的书，文字堆砌得让人望而生畏，但《光电子学原理与应用》的每一章都配有大量高质量的插图和示意图。例如，描述波导的模场分布时，作者用了非常精美的彩色三维图，将不同模式的电场和磁场分布清晰地展现出来，相比于仅靠公式推导，这种直观感受效率高太多了。此外，作者在概念引入上非常克制且有层次感，每一个新的术语出现时，都会立刻给出清晰的定义和简短的物理背景，确保读者不会因为一个陌生的符号而卡壳。书后的习题部分也设计得很有梯度，从基础概念的验证到需要综合运用多章知识点的复杂计算题都有涵盖。我特别喜欢那些带有“Design Consideration”标签的小节，它们通常会引导读者思考如何在不同约束条件下进行最优选择，这种引导式的学习模式极大地激发了我的主动思考能力，让我不再是被动地接受知识，而是主动地去驾驭知识。

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我曾经尝试阅读过几本声称涵盖了“全景”光电子技术的书籍，结果发现它们要么是过于偏重光学基础，对半导体器件的介绍蜻蜓点水；要么是过于侧重器件结构，对底层物理机制的探讨却浅尝辄止。《光电子学原理与应用》这本书成功地在“全”与“深”之间找到了一个绝佳的平衡点。它从光波的产生和传播（波导理论）开始，顺理成章地过渡到光与物质的相互作用（半导体发光与吸收），再深入到光信号的调制、探测和放大，最后还提到了集成光电子学的最新进展。这种从宏观到微观，再回归系统集成的完整知识链条，使得读者能够形成一个完整的知识地图。不同于那些只关注某一个细分领域的专著，这本书让我体会到光电子学作为一个交叉学科的整体美感——每一个组件都是为了实现最终的系统功能而服务。这种系统性的思维培养，对于未来从事复杂光电子系统设计和集成的人才来说，是无法替代的宝贵财富。我给这本书的评价是：结构严谨，内容全面，兼顾理论深度与工程实践的典范之作。

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说实话，我更倾向于偏向工程实践类的书籍，对纯粹的理论推导总是提不起兴趣，总觉得那些公式和积分离我手中的示波器和光谱仪太远了。《光电子学原理与应用》这本书，最妙的地方就在于它成功地架起了理论与实践之间的那座桥梁。书中关于光刻、薄膜沉积等微纳加工工艺对器件性能影响的讨论，简直是工程经验的结晶。作者没有回避实际制造过程中遇到的种种非理想因素，比如表面散射、缺陷导致的损耗，以及封装应力对激光器寿命的影响。这些细节，在很多侧重于电磁场理论的书籍中是看不到的。特别是关于光电二极管的噪声分析一章，它不仅讲解了散粒噪声和热噪声的来源，还提供了如何通过优化结电容和偏置电流来最小化这些噪声的实用建议。阅读这些内容时，我仿佛听见一位资深工程师在手把手地教导我如何去优化一个实际的、可能存在各种毛病的系统，而不是对着一个完美的、真空中的理论模型空谈。这种“接地气”的写作风格，让这本书的实用价值倍增。

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