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出版者:Mcgraw-Hill (Tx)

作者:Regis J. Bates

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1997-12-03

价格:USD 65.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780070063969

丛书系列:

图书标签:

• 通信
• 数据通信
• 语音通信
• 网络技术
• 通信工程
• 电信
• 网络协议
• 无线通信
• 光纤通信
• VoIP

穿越数字洪流：现代通信系统架构与实践 本书旨在深入剖析驱动当代信息社会运转的核心技术——通信系统。它并非专注于某一特定领域或单一设备，而是提供一个宏大而精密的视角，审视从基础物理层到复杂应用层的整个通信生态。本书是为那些渴望理解信息如何在广阔的时空尺度上被高效、可靠地编码、传输和解码的工程师、研究人员和高级技术爱好者所准备的权威指南。 第一部分：通信系统的基石与理论框架 本部分奠定了理解现代通信所必需的数学和信息论基础，确保读者能够掌握衡量系统性能和设计优化策略的关键工具。 第一章：信息论的量化边界 本章首先回归香农的信息论核心。我们探讨信息的熵如何定义不确定性，以及互信息如何量化两个随机变量之间的依赖关系。重点分析了信道容量的概念，特别是连续信道和离散信道的极限，强调了信道编码和调制技术的目标——无限逼近香农极限。我们深入研究了信源编码（如霍夫曼编码、算术编码）在数据压缩中的作用，以及这些理论如何指导我们设定实际通信系统的性能基准。 第二章：信号表示与频谱分析 通信的本质是将信息转化为可传输的物理信号。本章详细考察了连续时间和离散时间信号的表示方法。傅里叶变换（FT）是理解信号在频域特性的核心工具，因此，我们用大量篇幅讨论了快速傅里叶变换（FFT）在实际处理中的应用，包括频谱泄漏和栅栏效应的缓解策略。此外，本章还引入了随机过程理论，解释了噪声和干扰的统计特性如何影响信号的检测和恢复，并探讨了功率谱密度（PSD）的计算及其在系统设计中的重要性。 第三章：调制与编码的交织艺术 本章是系统性能优化的核心。我们详细区分了模拟调制（如AM、FM）和数字调制技术。在数字领域，重点解析了幅度、频率和相位调制（ASK, FSK, PSK）的原理，并深入研究了多维度调制，特别是正交幅度调制（QAM）在高频谱效率下的优势与挑战。随后的章节转向纠错码。我们系统地介绍了代数编码（如循环冗余校验（CRC）、汉明码）和图译码算法（如Turbo码和低密度奇偶校验码LDPC），分析了它们如何在有限的冗余信息下，有效抵抗信道噪声的侵袭。 第二部分：物理层传输机制与介质特性 本部分将理论知识转化为实际的物理传输过程，关注信号在不同传输介质中的行为及其对系统设计的影响。 第四章：有线传输介质的精细测量 本章聚焦于传统和现代有线通信的基础。对于双绞线（UTP/STP），我们分析了串扰（NEXT/FPNEXT）的产生机理及其对高速以太网性能的限制。在光纤通信领域，重点讲解了模间串扰、色散（材料色散与波导色散）对脉冲展宽的影响，并阐述了如何通过零色散波长匹配和色散补偿模块来维持信号完整性。我们还探讨了同轴电缆在有线电视和早期宽带接入中的应用局限。 第五章：无线信道传播模型与衰落分析 无线通信的复杂性主要源于不可控的传播环境。本章详细阐述了自由空间传播模型，并过渡到更为现实的场景。我们深入分析了多径效应（Multipath Effect）导致的衰落（Fading）现象，包括平坦衰落和频率选择性衰落。本章介绍了瑞利分布和莱斯分布，并解释了路径损耗（Path Loss）与距离、频率和环境（如城市、郊区）之间的经验关系。针对这些挑战，我们讨论了分集技术（如时域、频域、空域分集）在减轻衰落影响中的作用。 第六章：时钟恢复与同步技术 在高速数字传输中，准确的同步是数据恢复的前提。本章探讨了发送端和接收端时钟必须精确对齐的需求。我们分析了载波恢复（Carrier Recovery）和位定时恢复（Bit Timing Recovery）的原理。重点讲解了基于锁相环（PLL）的同步技术，包括如何利用数据序列中的边缘信息进行时钟相位调整。此外，我们讨论了在高斯白噪声（AWGN）环境中，如何设计最优的定时误差检测器（TED）。 第三部分：网络结构与协议栈的集成 本部分将焦点从单个链路的物理传输提升到复杂网络体系结构中信息的路由和管理。 第七章：多址接入技术（MAC层） 当多个用户共享同一通信资源时，多址接入协议至关重要。本章系统梳理了频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）的理论基础及其在蜂窝网络中的演变。重点分析了随机接入技术，如ALOHA及其变体（Slotted ALOHA），并详细阐述了载波侦听多址接入/冲突检测（CSMA/CD）和载波侦听多址接入/冲突避免（CSMA/CA）在有线和无线局域网中的竞争机制。 第八章：现代蜂窝网络的演进路径 本章追踪了移动通信技术的重大飞跃。从2G（GSM/CDMA）到3G（WCDMA/TD-SCDMA），核心在于频谱效率的提升和分组数据服务的引入。我们深入剖析了4G LTE（OFDM/MIMO）如何通过正交频分复用和多输入多输出技术实现Gbps级别的吞吐量。对于5G，本章侧重于其三大场景（eMBB, URLLC, mMTC）背后的技术支撑，如毫米波（mmWave）的传播挑战与波束赋形（Beamforming）的实现，以及网络切片（Network Slicing）的概念。 第九章：网络路由与流量工程 本章聚焦于IP网络的核心——路由选择。我们详细比较了内部网关协议（IGP），如OSPF和EIGRP，的工作原理，特别是链路状态算法（Dijkstra算法的应用）。随后，我们转向外部网关协议（EGP）——BGP，分析其路径向量算法和策略性选路机制，以及如何通过AS-Path、Local Preference等属性进行复杂的流量工程。本章还讨论了服务质量（QoS）机制，包括分类、标记（DiffServ/IntServ）和拥塞控制算法。 第四部分：新兴趋势与系统性能优化 本部分展望了通信系统的前沿发展方向，并提供了系统性能评估和安全性的深入见解。 第十章：大规模MIMO与波束赋形 在超越传统MIMO的框架下，本章探讨了具有大量天线的系统（Massive MIMO）如何通过信道状态信息（CSI）的精确获取，实现极高的空间复用增益和能量效率。我们详细分析了预编码（Precoding）技术，特别是迫零（Zero-Forcing）和线性最小均方误差（LMMSE）预编码器在抑制用户间干扰中的性能差异。本章还涵盖了波束赋形的实际部署挑战，如CSI反馈的开销和训练序列的设计。 第十一章：软件定义网络（SDN）与网络功能虚拟化（NFV） 软件定义网络通过分离控制平面和数据平面，为网络带来了前所未有的灵活性。本章解释了OpenFlow协议的核心机制，以及控制器如何集中管理转发行为。紧随其后，我们探讨了网络功能虚拟化（NFV），分析了如何将传统硬件功能（如防火墙、负载均衡器）转化为可在通用硬件上运行的虚拟网络功能（VNF），以及这对运营商基础设施的敏捷性意味着什么。 第十二章：通信系统的安全与抗干扰 通信安全是系统可靠运行的基石。本章从物理层开始，分析了窃听、干扰和欺骗攻击的原理。我们讨论了在无线环境中实现物理层安全的方法，例如基于信道不确定性的保密通信。在网络层，本章回顾了加密协议（如TLS/IPsec）的机制，并重点分析了抗拒绝服务（DoS）攻击的策略，包括流量过滤、速率限制和基于AI的异常检测模型在保护通信链路完整性方面的应用潜力。 本书的价值在于其广度与深度兼备，它不仅仅是描述“什么”技术在用，更深入探究了“为什么”这些技术是当前最优解，以及它们在面对未来数据爆炸时的局限与演进方向。

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