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isbn号码:9787301130759

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• 通信原理
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• 微电子学

现代通信系统中的信号处理技术 书籍简介 本书深入探讨了现代通信系统中至关重要的信号处理技术，旨在为读者提供一个全面、深入且具有前沿视角的学习资源。我们聚焦于如何高效、可靠地在噪声和干扰环境中对信息进行编码、调制、传输和解码，以实现高质量的通信。全书结构严谨，内容涵盖理论基础、关键算法以及实际应用案例，适合电子工程、通信工程、信息科学及相关领域的研究人员、工程师和高年级学生阅读。 第一部分：通信系统与信号基础回顾 本部分首先对通信系统的基本结构和工作原理进行回顾与强化。我们从信息论的视角出发，探讨了信源编码（如熵的概念、无损与有损压缩的原理）和信道容量的极限。随后，详细阐述了模拟信号与数字信号的表示方法，重点讲解了傅里叶分析、拉普拉斯变换以及Z变换在离散时间系统分析中的核心作用。 针对数字通信，本书着重于基带信号表示和脉冲成形技术。我们详细分析了码间串扰（ISI）的成因、对系统性能的影响，并深入介绍了奈奎斯特准则，以及如何利用升余弦滤波器和其它先进的成形技术来优化信号在信道中的传输。 第二部分：数字调制与解调技术 本部分是全书的核心之一，系统地介绍了各种数字调制技术及其性能分析。 2.1 线性调制技术： 我们从最基础的幅移键控（ASK）出发，详细推导了频移键控（FSK）和相移键控（PSK）的星座图、传输效率和误码率（BER）性能。重点分析了正交幅度调制（QAM）的原理，包括M进制QAM的功率效率和带宽效率的权衡，并给出了在高斯白噪声（AWGN）信道下的精确性能公式推导。 2.2 非线性调制技术： 对连续相位调制（CPM）技术，特别是高斯频移键控（GFSK）和最小频移键控（MSK）进行了深入讲解。分析了CPM相比传统线性调制的优势，例如恒定包络特性，这使其在非线性功率放大器（PA）驱动下具有更优异的性能。 2.3 接收机设计与最优解调： 本部分详述了最佳接收机的设计原理，即基于最大似然准则的相干解调和非相干解调。详细分析了同步技术的重要性，包括载波恢复（如Costas环）和时钟同步（如Gardner定时提取算法）。对于非相干解调，重点讨论了能量检测和微分检测的优缺点。 第三部分：信道编码与纠错理论 为了对抗信道噪声和干扰，有效的信道编码至关重要。本部分系统介绍了信道编码的理论基础和先进的编码方案。 3.1 基础编码理论： 从代数理论角度引入线性分组码，包括汉明码、循环冗余校验码（CRC）的编码与译码过程。随后，深入探讨了卷积码的结构、状态图、树图，以及维特比（Viterbi）译码算法的详细实现步骤和性能优势。 3.2 现代高性能编码技术： 重点介绍能够接近香农限的现代编码技术。包括 Turbo 码的迭代译码原理、交织器的作用以及其在3G/4G标准中的应用。此外，对低密度奇偶校验码（LDPC）的稀疏校验矩阵结构、概率消息传递算法（如BP译码）的运行机制进行了详尽阐述，展现了其在5G及未来通信中的统治地位。 第四部分：多用户与多载波技术 现代通信系统，特别是蜂窝移动通信，必须高效地服务于多个用户，并利用带宽资源。 4.1 多址接入技术： 详细比较了频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）的原理和局限性。重点分析了扩频通信的原理，包括伪随机序列的生成、直接序列扩频（DSSS）和跳频扩频（FHSS）的抗干扰能力。对于正交频分多址（OFDMA），本书深入讲解了其在多径信道下的优势，以及如何通过子载波分配实现灵活的资源管理。 4.2 OFDM系统中的关键信号处理： 正交频分复用（OFDM）是无线宽带通信的基石。本书深入分析了OFDM的收发机结构，包括循环前缀（CP）的作用、对定时偏移和频率偏移的敏感性。随后，详细探讨了抑制峰均功率比（PAPR）的技术，如选择性映射（SLM）和部分响应预失真（PRP）等关键信号处理技术。 第五部分：信道估计与均衡 在真实的无线环境中，信道具有时变性和频率选择性衰落特性，这要求接收端必须精确估计信道状态信息（CSI）并进行均衡处理。 5.1 信道建模与估计： 本部分介绍了多径信道的统计模型，如瑞利衰落和莱斯衰落。重点讲解了基于训练序列的信道估计方法，包括最小均方误差（MMSE）准则和迫零（ZF）准则的对比。对于盲信道估计，简要介绍了盲源分离和子空间方法的基本思想。 5.2 信道均衡技术： 详细阐述了如何利用估计的CSI来消除或减轻ISI的影响。均衡器类型包括迫零均衡器、MMSE均衡器，以及在OFDM系统中至关重要的迫零和MMSE解调器。对于时域均衡，介绍了自适应均衡器（如LMS和RLS算法）的工作原理及其收敛性分析。 本书力求理论与实践相结合，通过大量的数学推导和仿真验证，帮助读者真正掌握数字信号处理在现代通信系统中的核心技术，为未来系统设计打下坚实的基础。

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