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出版者:科学

作者:William Kleitz

出品人:

页数:531

译者:

出版时间:2008-1

价格:79.00元

装帧:

isbn号码:9787030202796

丛书系列:

图书标签:

• 电气
• 数字电子技术:从电路分析到技能实践
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现代通信系统原理与实践 一、引言：信息时代的基石 在信息爆炸的今天，从智能手机的即时通讯到全球卫星导航，再到高速互联网的数据传输，无不依赖于高效、可靠的通信系统。本书《现代通信系统原理与实践》旨在为读者系统、深入地剖析当代通信系统的核心理论基础、关键技术及其工程实现。我们跳脱出传统孤立地讲解某一调制解调技术的窠臼，而是着眼于整个通信链路的端到端设计与优化，揭示复杂系统背后的简洁规律。 二、理论基石：随机过程与信息论的深度融合 通信系统的核心挑战在于如何克服噪声和干扰，实现信息的准确传递。本书首先从概率论和随机过程的视角，对信道特性进行精确建模。 2.1 随机过程的本质在通信中的体现： 我们详细阐述了平稳随机过程、高斯过程（特别是白噪声和带限噪声）的数学特性。重点分析了噪声在通过线性时不变系统（如滤波器）后的变化规律，这是理解信噪比（SNR）和系统性能极限的基础。对于实际信道中的衰落（如多径效应），我们引入了瑞利衰落和莱斯衰落模型，并解释了这些模型在城市和室内环境下的适用性。 2.2 香农信息的度量与信道容量的极限： 信息论是通信的哲学指导。本书深入探讨了自信息、熵、互信息等基本概念。通过对离散信源编码（如霍夫曼编码）和连续信源编码（如预测编码）的对比分析，读者将清晰理解数据压缩的物理极限。至关重要的是，我们将香农-哈特利定理应用于高斯信道，明确指出在给定带宽和功率限制下，信息传输速率的理论上限，为系统设计设定了清晰的性能目标。 三、数字调制技术：将信息转化为可传输波形 数字通信的核心是将离散的二进制数据映射到连续的模拟信号空间中。本书对主流的数字调制技术进行了全面且深入的比较。 3.1 基带传输与脉冲整形： 在基带传输中，如何保证符号间无干扰（ISI）是关键。我们详细讨论了奈奎斯特准则，并着重分析了升余弦滤波器在控制码间串扰和带宽效率方面的作用。此外，基于判决反馈均衡（DFE）和迫采取均衡（ZF/MMSE）的均衡技术，在存在符号间干扰的复杂信道中，如何恢复原始数据流，将被详细阐述。 3.2 带通调制技术：振幅、频率与相位的巧妙组合： 我们系统介绍了振幅键控（ASK）、频率键控（FSK）和相移键控（PSK）的基本原理及其功率谱密度。在此基础上，本书着重探讨了正交幅度调制（QAM）——现代通信系统的绝对主力。从4QAM到256QAM，我们分析了星座图的演化，以及如何通过增加调制阶数来提升频谱效率，同时必须面对的同步难度增加和误码率（BER）急剧下降的权衡。 3.3 高级调制：多输入多输出（MIMO）与正交频分复用（OFDM）的核心视角： OFDM： 面对频率选择性衰落信道，OFDM通过将宽带信道划分为大量正交的窄带子载波来克服ISI，极大地简化了接收端的均衡过程。本书不仅讲解了IFFT/FFT的实现，更深入分析了循环前缀（CP）的作用、子载波间的正交性维护，以及在实际系统中如何处理载波间干扰（ICI）。 MIMO： 引入空间维度是提升通信容量的革命性一步。我们从信道矩阵的奇异值分解（SVD）出发，解释了空间复用（如STBC/Alamouti码）和空间复用（如SDMA）的原理，阐明了MIMO如何实现“频谱效率的平方增长”。 四、信道编码与差错控制：对抗噪声的智能策略 数字信息在传输过程中不可避免地会引入错误。信道编码的目标是以可接受的冗余代价，将传输错误率降至可接受的水平。 4.1 代数编码与循环冗余校验（CRC）： 系统介绍了分组码（如汉明码、BCH码）的代数结构，重点解析了生成矩阵和校验矩阵的设计。对于校验方面，CRC因其强大的检错能力和简单的硬件实现，在数据链路层被广泛应用，本书将展示如何高效地计算和校验CRC校验码。 4.2 图形化编码：Turbo码与LDPC码： 现代高性能通信系统（如4G/5G蜂窝网络、Wi-Fi 6）的性能突破，很大程度上归功于这些接近香农极限的编码技术。我们将详尽地剖析Turbo码的并联结构、迭代译码过程，以及LDPC码的稀疏校验矩阵特性。通过对比它们的译码复杂度与性能曲线，读者能深刻理解“逼近香农极限”的工程含义。 五、通信系统的具体实现与性能评估 本书将理论知识与实际系统设计紧密结合，关注从物理层到数据链路层的关键技术。 5.1 同步技术：系统运行的“心跳”： 准确的定时同步（位同步、码元同步、载波同步）是数字解调的前提。我们将分析基于锁相环（PLL）和基于判决反馈的同步技术，并讨论在低信噪比环境下，最大似然序列估计（MLSE）同步方法的复杂性与优势。 5.2 功率控制与能效： 在蜂窝和物联网通信中，如何优化发射功率以满足覆盖要求、最小化干扰并延长电池寿命，是系统级设计的重要课题。本书讨论了开环和闭环功率控制算法的设计原则。 5.3 链路预算分析： 通过实际的传播模型（如自由空间传播、Okumura-Hata模型），本书指导读者如何进行完整的链路预算计算，确定接收信号强度（RSL），并结合编码增益和调制阶数，精确预测系统的最终误码率（BER）性能。 六、前沿展望：面向未来的通信技术 本书最后简要探讨了当前研究的热点，如认知无线电（CR）中的频谱感知技术、毫米波通信（mmWave）面临的信道特性挑战，以及面向物联网的低功耗广域网（LPWAN）技术对调制解调复杂度的重新定义。 结语： 《现代通信系统原理与实践》的目标是培养读者从底层物理过程到顶层系统架构的全面理解能力。它不仅仅是一本理论教材，更是一本面向未来通信工程师的工程实践指南，帮助读者驾驭日益复杂的信息传输挑战。

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读完这本书，我感觉自己仿佛打开了一扇通往全新世界的大门。以前，我只是模糊地知道数字信号和模拟信号的区别，但这本书让我真正理解了数字信号是如何被处理、被转换、被运算的。书中关于信号的时序、电平、以及它们如何编码信息的讲解，让我对我们日常生活中无处不在的数字技术有了更深入的认识。特别是关于数据传输和编码的章节，让我了解到信息是如何被安全高效地在数字世界中流通的，这对于我理解互联网和通信技术都非常有帮助。

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我特别喜欢书中关于错误检测和纠正的章节。在数字系统中，数据的可靠性至关重要，而这本书则详细介绍了如何利用奇偶校验、海明码等技术来保证数据的准确性。当我看到这些看似简单的编码如何能够检测出甚至纠正传输过程中的错误时，我感叹于人类智慧的精妙。这让我意识到，数字电子技术不仅仅是关于逻辑和计算，更是关于如何保证信息的完整性和可靠性，这在现代社会的信息安全方面具有极其重要的意义。

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在我阅读《数字电子技术》的过程中，我最大的收获之一是对于“抽象”与“具体”之间关系的深刻理解。书中对于逻辑门的工作原理，从最简单的NOT门到复杂的XOR门，都进行了细致的阐述。而当我们将这些基础的逻辑门进行组合，就可以构建出强大的计算单元，例如ALU（算术逻辑单元）。这种从微观到宏观的递进，让我深切体会到，看似简单的逻辑操作，却能够支撑起庞大而复杂的数字系统。书中对于状态机的讲解，更是让我看到了如何用有限的单元去描述和控制无限的行为，这是一种思维上的飞跃。

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初次接触这本书，给我最深刻的印象便是其严谨的逻辑性和循序渐进的编排。它并非简单地罗列概念，而是像一位经验丰富的老师，耐心地引导着读者一步步深入数字电子技术的殿堂。从最基础的二进制数制和逻辑门开始，书中对每一个概念的解释都力求清晰易懂，辅以大量的图例和表格，将抽象的理论具象化，使得初学者也能轻松入门。特别是关于逻辑代数和布尔表达式的部分，书中提供了非常详尽的推导过程和化简技巧，让我这个之前对此类问题感到头疼的人，也能豁然开朗，找到解决问题的思路。

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我一直对那些能够化繁为简的精妙设计感到着迷，而《数字电子技术》恰恰满足了我这份好奇心。书中关于组合逻辑电路和时序逻辑电路的讲解，简直就像是一场精密的机械解构。它不仅告诉我们这些电路是如何工作的，更深入地剖析了它们背后的设计原理和优化方法。当我看到全加器、译码器、多路选择器等基本单元的构建过程，以及如何将它们巧妙地组合成更复杂的系统时，我仿佛看到了一个个微缩的计算机器在我的脑海中运转。书中的例子往往贴近实际应用，让我能够更好地理解理论知识的价值。

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这本书最让我赞赏的一点是，它没有停留在理论的层面，而是紧密地结合了实际应用。书中不乏大量的实例分析，涵盖了微处理器、存储器、数模转换器等各种典型的数字电路模块，以及它们在通信、控制、计算机等领域的应用。当我读到关于FPGA（现场可编程门阵列）的设计流程时，我更是感到兴奋，仿佛看到了自己能够亲手设计和实现数字电路的未来。这种理论与实践相结合的模式，极大地激发了我学习的积极性，也让我对数字电子技术的前景有了更深的认识。

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让我印象深刻的是，这本书在讲解复杂概念时，总能用非常直观的比喻来辅助理解。比如，在解释触发器的工作原理时，作者将它比作一个“记忆单元”，能够记住当前的状态，并根据输入信号的变化而改变。这使得我这个初学者能够迅速抓住核心要点，而不会被过于专业的术语所困扰。书中关于时序电路的讲解，也充满了类似的智慧，例如对计数器和移位寄存器的生动描绘，让我觉得学习数字电子技术不再是枯燥的记忆，而是一种充满趣味的探索。

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一本厚重的书，封面设计简洁而又不失专业感，深邃的蓝色背景似乎预示着其中蕴含的无限可能，一本《数字电子技术》静静地躺在书架上，等待着被翻阅，被理解，被吸收。当我第一次将它从书架上取下，便被它沉甸甸的分量所吸引，这不仅仅是纸张的重量，更是知识的厚度，是无数先驱者智慧的结晶。打开扉页，娟秀的字体印着“献给所有对数字世界充满好奇的探索者”，那一刻，一种莫名的使命感油然而生，仿佛自己也成为了这趟探索之旅的一员。

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这本书的章节设置非常合理，每一章都承接上一章的知识，形成一个完整的知识体系。从最初的逻辑门，到组合逻辑电路，再到时序逻辑电路，最后深入到微处理器和数字系统设计，整个过程流畅而有条理。这种精心设计的学习路径，极大地降低了学习的门槛，也让我能够有条不紊地吸收和消化知识。当我遇到难点时，书中提供的练习题也给了我很好的巩固和检验机会，让我能够及时发现自己的不足并加以改进。

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总而言之，《数字电子技术》这本书为我提供了一个坚实的数字电子技术基础。它不仅让我掌握了相关的理论知识，更培养了我分析问题和解决问题的能力。书中对细节的关注、对原理的深入挖掘、以及对实际应用的广泛覆盖，都让这本书成为一本值得反复阅读的经典之作。我相信，凭借这本书打下的坚实基础，我在未来学习更高级的数字系统设计和微电子技术时，将会更加得心应手。

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