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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Rangarao, Kaluri Venkata

出品人:

页数:210

译者:

出版时间:2006-1

价格:940.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780470017692

丛书系列:

图书标签:

• 数字信号处理
• 信号处理
• DSP
• 通信
• 图像处理
• 滤波
• 傅里叶变换
• 算法
• MATLAB
• 工程

深入浅出：现代通信系统的基础原理与设计 本书旨在为工程师、研究人员以及对现代通信技术有浓厚兴趣的读者提供一个全面而深入的指南，专注于构建、优化和理解高性能通信系统的核心要素。我们避开纯粹的数学推导的泥沼，转而聚焦于实际应用中的工程决策、系统架构的权衡取舍以及关键算法的直观理解。 --- 第一部分：通信系统概述与信道建模（奠定基石） 本部分首先为读者构建一个清晰的、自顶向下的现代通信系统框架。我们将详细剖析从信息源到最终接收端经过的每一个关键阶段，强调设计目标（如频谱效率、能量效率、可靠性）是如何驱动后续技术选择的。 1.1 现代通信系统的架构演进： 从蜂窝到卫星： 探讨不同应用场景下（如移动通信、光纤、无线电波）对带宽、延迟和覆盖范围的不同需求，如何塑造了系统的整体架构。 频谱分配与共享的挑战： 分析了正交频分复用（OFDM）和载波聚合等技术在频谱资源有限背景下的重要性，以及对互操作性的要求。 1.2 信号在真实世界中的行为： 信道模型的多样性分析： 详细介绍瑞利衰落、莱斯衰落以及更复杂的非平稳信道模型。重点讨论如何通过实测数据和统计方法来准确拟合实际环境，而非仅仅依赖理论模型。 多径效应的解析与应对： 深入探讨多径传播如何导致信号展宽和干扰。我们将详细分析时延扩展、相干时间与相干带宽的概念，为后续的均衡技术打下基础。 噪声与干扰的量化： 区分热噪声、散粒噪声和人为干扰。引入信噪比（SNR）和载波到干扰加噪声比（CINR）的实际测量与计算方法，强调这些指标在系统级性能评估中的核心地位。 --- 第二部分：先进的信号表示与调制技术（信息编码的艺术） 本部分将读者带入信息如何在物理层被有效地编码和映射到电磁波上的过程。我们强调效率和鲁棒性的平衡。 2.1 功率与带宽的权衡： 香农-哈特利定理的工程解读： 不仅复述公式，更重要的是理解在给定带宽下，如何通过优化编码与调制策略来逼近信道容量。 数字调制方案的精选与对比： 对二进制、四相、MPSK、QAM 家族进行细致的性能分析。重点关注星座图的几何意义，以及它们在不同调制级别下对接收机复杂度和误码率（BER）的影响。 2.2 频谱效率的提升策略： 高阶调制的实现挑战： 探讨在非理想信道条件下（如相位噪声、非线性功率放大器），如何维持高阶QAM星座图的精确性，以及如何通过预失真技术进行补偿。 脉冲整形与滤波器的设计： 详细介绍升余弦（Root Raised Cosine, RRC）滤波器在控制带外辐射和最小化符号间干扰（ISI）中的作用。讨论采样率的选择和时钟恢复的工程实现。 --- 第三部分：信道编码与纠错机制（保障数据完整性） 错误不可避免，本部分聚焦于如何让系统在极端的信道条件下仍能可靠地传输信息。 3.1 线性分组码与卷积码的工程应用： 汉明码、BCH码与里德-所罗门码（RS码）： 分析这些经典编码在数据存储（如光盘、硬盘）和广播系统中的实际应用场景和优势。 卷积码的译码算法： 深入剖析维特比（Viterbi）译码器的结构和复杂度，以及它如何通过最大似然准则在存在噪声的信道上找到最佳的解码路径。 3.2 现代高性能编码技术： Turbo码的里程碑意义： 详细介绍双向迭代译码的原理，以及它如何首次在实际系统中逼近香农极限。探讨其在3G和早期4G系统中的部署考量。 低密度奇偶校验码（LDPC）： 分析其基于稀疏校验矩阵的译码优势——高度并行化和优异的渐近性能。重点讨论其在5G和Wi-Fi 6等新一代标准中的核心地位。 --- 第四部分：多址接入与多天线系统（空间复用与共享） 随着用户密度的增加，如何高效地共享有限的无线资源成为核心议题。本部分深入探讨空间维度的利用。 4.1 多址接入技术（MAC）： 正交多址接入（FDMA）与时分多址（TDMA）的局限性回顾： 分析其在频谱利用率上的固有瓶颈。 码分多址（CDMA）的深入解析： 探讨扩频技术如何提供抗干扰能力，并分析其在多用户干扰（MUI）下的性能下降机制。 正交频分多址（OFDMA）的系统优势： 详细解释 OFDMA 如何通过灵活的资源块分配实现高频谱效率，并成为蜂窝宽带系统的基石。 4.2 MIMO系统的物理实现与增益： 空间复用与空间分集： 清晰区分这两种主要增益的本质区别。空间复用（如STBC）如何通过多根天线提升数据速率，以及空间分集如何通过多条路径提升可靠性。 波束赋形（Beamforming）的实现： 介绍数字预编码和模拟预束的工程差异。探讨如何利用信道状态信息（CSI）进行精确的波束指向，从而极大提高链路预算和隔离度。 --- 第五部分：接收机设计与同步技术（从模拟到数字的过渡） 本部分聚焦于接收端的设计，这是决定系统整体性能和成本的关键环节。 5.1 接收机架构与非理想因素： 超外差与零中频（Zero-IF）架构对比： 详细分析两种架构在混频器、本地振荡器（LO）泄漏、镜像抑制和直流偏置问题上的工程权衡。 模数转换器（ADC）的关键参数： 讨论采样率、有效位数（ENOB）和量化噪声对解调性能的直接影响，以及如何根据调制阶数选择合适的ADC。 5.2 恢复系统时序的艺术： 载波频率与相位同步： 阐述频率失配如何导致星座旋转和“拖尾”效应。深入讲解基于锁相环（PLL）和盲同步算法（如Gardner定时提取器）在实际系统中的工程化解决方案。 信道均衡器设计： 针对多径信道，详细分析迫近均衡器（ZF）和最小均方误差（MMSE）均衡器的结构，重点讨论其在复杂度和收敛速度上的取舍。 --- 本书特色： 工程驱动： 每一个概念的引入都伴随着对实际硬件限制和功耗、成本的讨论。 算法直觉： 侧重于理解算法（如译码、均衡）背后的工程目标，而非僵硬的数学推导。 案例分析： 穿插当代通信标准（如4G/5G物理层关键特性）的实际设计参数，帮助读者将理论知识迅速转化为实践经验。 目标读者： 电子通信工程专业的学生、基带系统工程师、射频集成电路（RFIC）设计人员，以及希望系统性了解现代无线系统物理层技术的专业人士。

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