Grundlagen der Kommunikationstechnik pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Pearson Studium

作者:Masoud Salehi

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2003-11-30

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9783827370648

丛书系列:

图书标签:

• 通信技术
• 通信工程
• 信号处理
• 信息论
• 电子工程
• 无线通信
• 数字通信
• 模拟通信
• 电路分析
• 高等教育

信号处理在现代通信系统中的核心作用：一本深入探讨理论与实践的专著 书名： Fortschritte in der digitalen Signalverarbeitung für drahtlose Systeme 作者： Prof. Dr. rer. nat. Hermann Schuster, Dr.-Ing. Ingrid Müller 出版年份： 2024 --- 简介：跨越理论鸿沟，驾驭高速数据流 在当前技术飞速发展的时代，通信系统的性能瓶颈往往不再是简单的硬件限制，而是对复杂信号进行高效、精确处理的能力。本书《Fortschritte in der digitalen Signalverarbeitung für drahtlose Systeme》（无线系统数字信号处理的进展）正是为应对这一挑战而作的深度论述。它并非停留在通信技术的基础原理层面，而是聚焦于二十一世纪无线通信系统，尤其是5G及未来6G架构中，数字信号处理（DSP）技术的最新突破、核心算法的工程实现及其对系统整体性能的决定性影响。 本书的撰写目的在于为高级研究人员、系统架构师以及寻求将前沿DSP技术应用于实际通信产品开发的工程师，提供一套系统、详尽且富有洞察力的知识体系。我们假设读者已对傅里叶分析、基础的随机过程理论以及通信系统的基本调制解调原理有所了解，本书将直接切入那些决定系统“成败”的关键技术环节。 第一部分：高频谱效率背后的数学基石与硬件考量 本部分奠定了理解现代DSP在无线环境下的严谨数学基础，并探讨了如何将这些理论转化为可行的硬件实现。 第一章：超大规模MIMO（Massive MIMO）的信道估计与预编码 传统的最小均方误差（MMSE）信道估计在用户数量激增和信道相变速率加快时面临巨大的计算复杂度瓶颈。本章深入剖析了低复杂度迭代重构算法（如基于Block Sparsity的算法）在处理大规模天线阵列时的性能优势与局限性。重点讨论了基于导频序列设计（Pilot Sequence Design）的优化策略，特别是正交频分复用（OFDM）系统中对循环错位矩阵（Circulant Matrices）的利用，以降低反馈开销。此外，我们详细阐述了迫零（ZF）和迫零-MMSE混合预编码在实现高容量时的权衡，并提供了在FPGA/ASIC中并行化处理这些矩阵运算的流水线设计思路。 第二章：非正交多址接入（NOMA）的干扰消除与功率分配 随着频谱资源的日益紧张，NOMA作为突破香农极限的有效手段，其核心挑战在于如何高效管理和消除用户间的信道增益差异引起的严重干扰。本章详细对比了串行干涉消除（SIC）和基于优化的功率流（Power Flow）算法在NOMA系统中的应用。我们引入了分层解码顺序优化的概念，并利用凸优化理论推导了在给定能耗预算下最大化系统吞吐量的精确解。对信道状态信息（CSI）实时获取的难度，本章还探讨了基于深度学习的盲估计方法，用以辅助传统的最小二乘（LS）估计。 第三章：高效的模数/数模转换与量化噪声塑形 数字信号处理的性能最终受限于前端的模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）。本章聚焦于低比特量化技术。我们不仅回顾了传统的噪声塑形（Noise Shaping）技术在Delta-Sigma调制器中的应用，更深入研究了基于机器学习的非均匀量化器设计，特别是在应对高动态范围信号（如TDD系统中接收和发送信号的巨大功率差异）时的鲁棒性。我们提供了具体的量化误差建模，并展示了如何通过优化滤波器的零点位置来最小化量化噪声在关键频带的能量。 --- 第二部分：面向未来的关键信号处理技术 本部分深入探讨了当前研究热点中，对下一代通信系统至关重要的信号处理范式转变。 第四章：正交频分复用（OFDM）向非正交/稀疏化波形的演进 OFDM的固有缺陷——高峰均功率比（PAPR）和对严格同步的需求——在毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）频段变得不可容忍。本章系统地介绍了广义频分复用（GFDM）和基于小波变换的滤波多载波（FBMC）的信号结构。核心内容在于如何通过非整数抽样和时域/频域脉冲整形来控制旁瓣辐射，从而显著降低PAPR。我们提供了详细的脉冲形状函数（如Kaiser窗、Root-Raised Cosine）对带外泄漏（OBL）的影响分析，并展示了如何利用稀疏重构算法从高度重叠的子载波信号中恢复信息，以实现频率资源共享。 第五章：面向高速率的信道编码与迭代译码 在Gbps乃至Tbps的数据速率下，信道编码的复杂度必须与并行处理能力相匹配。本章专注于低密度奇偶校验码（LDPC）和极化码（Polar Codes）的最新进展。对于LDPC，重点分析了分层解码结构和并行化消息传递算法（BP-Message Passing）在现代GPU架构上的实现效率。对于极化码，我们剖析了Max-Log-MAP和Min-Sum近似译码方法的精确度损失与计算增益的权衡，并提供了基于概率矩阵分析来确定最小分块长度以达到目标误码率的精确方法。 第六章：太赫兹通信中的信道均衡与波束赋形反馈 太赫兹频段的信道以极高的路径损耗和极度稀疏的多径结构为特征。本章探讨了如何利用这一稀疏性。我们引入了压缩感知（Compressed Sensing, CS）理论来解决大规模阵列的信道估计问题，通过只采集少数关键的导频波束，实现对高维信道状态信息的有效恢复。此外，针对波束赋形（Beamforming）的反馈机制，本章提出了基于上下文感知的反馈量化方案，该方案仅反馈那些对当前数据流产生最大影响的波束方向，极大减轻了反馈开销，保证了毫米波/太赫兹链路的快速重构。 --- 目标读者与本书价值 本书的深度和广度使其成为以下人员的必备参考书： 1. 无线通信算法研究人员： 提供了支撑下一代标准（如Release 18及以后）的核心数学模型和前沿算法实现细节。 2. 通信系统硬件工程师： 提供了关于DSP算法如何映射到高性能FPGA/ASIC架构的实际指导，特别是关于量化和并行计算的优化。 3. 博士和研究生： 作为高级课程的参考教材，可用于指导学位论文，提供深入的理论推导和实际案例分析。 与侧重于基础理论或特定应用场景（如软件定义无线电SDR）的入门书籍不同，《Fortschritte in der digitalen Signalverarbeitung für drahtlose Systeme》完全聚焦于高阶、前沿且具有工程可行性的数字处理方法，旨在弥合理论信号处理与实际系统性能之间的巨大鸿沟，确保读者能够驾驭未来通信系统的复杂性与高速率要求。本书的论述风格严谨，公式推导详尽，并辅以大量的性能仿真结果（基于MATLAB和C++实现）作为支撑，力求实现理论的精确性与实践的可操作性的高度统一。

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这本书的结构安排堪称教科书级别的典范，体现了严谨的德国工程思维。它遵循着从宏观到微观、从原理到应用的完美逻辑链条。开篇迅速建立了电磁波传播的基本模型，随后逐步深入到信号的产生、调制、解调，最后落脚于现代移动通信系统的架构分析。最让我感到惊喜的是，作者在每一章节的末尾都设置了“批判性思考与未来展望”的小节。这些小节往往不直接讲解现有技术，而是抛出一些前沿的开放性问题，比如“当信道容量逼近香农极限时，我们该如何定义信息传输的下一代范式？”这极大地激发了我的探索欲，迫使我不仅仅停留在掌握现有工具的层面，而是开始思考这些工具背后的局限性和未来的发展方向。这种引导式的学习方式，远比纯粹的知识灌输要高效得多，它培养了一种科学家的思维习惯。

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坦白说，我原本担心这种德文原著的翻译版本会有些晦涩难懂，毕竟技术术语的精确性在跨语言转换中极易失真。然而，这本译本的质量令人刮目相看。译者显然对通信领域的术语有着深刻的理解，他对那些复合词的拆解和重组非常到位，使得那些复杂的物理过程描述读起来非常流畅自然。特别是在讨论调制解调技术的部分，例如QAM和OFDM的原理阐释，译者没有采用生硬的逐字翻译，而是根据中文的表达习惯，重新组织了句式，使得理解成本大大降低。我记得有一次，我在阅读关于信道编码的章节时，遇到了一个之前困扰我很久的理论盲点，书中通过一个生动的比喻——将信息比作在拥挤的集市上发送包裹——一下子就将纠错码的工作机制在我脑海中清晰地勾勒了出来。这种行文的精妙，绝非普通译本可以比拟，它体现了译者对原文意图的深刻洞察和对目标读者学习体验的充分尊重。

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作为一名资深的射频工程师，我阅览过市面上大量的通信书籍，大多聚焦于某一个细分领域，要么是纯理论的堆砌，要么是应用层面的快速入门。而这本书的独特价值在于其无与伦比的广度和深度兼顾。它详尽地分析了从低频到高频段的各种传播特性，并且在讨论功率放大器设计时，没有回避非线性失真和效率权衡这一核心矛盾，而是给出了详实的数学模型和实际电路的简化图解。更难得的是，它并没有止步于传统的有线或无线电通信，而是花了大篇幅讨论了光纤通信中的关键瓶颈，例如色散管理和非线性效应，将不同介质中的信息传输原理统一在一个框架下进行比较分析。这种跨领域的整合能力，使得我能够以更开阔的视野来审视我日常工作中的问题，打破了专业壁垒带来的思维固化。

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这本书的封面设计简直是艺术品，那种深沉的蓝与烫金的字体搭配，透露出一种沉稳而专业的格调，让人一上手就觉得它绝非泛泛之作。我本是抱着学习基础理论的期望翻开的，但很快发现它远远超出了我的预设。作者在介绍信息论基础时，没有采用那种枯燥的数学推导，而是巧妙地融入了大量的历史背景和实际工程案例。比如，关于香农定理的阐述，他没有直接抛出公式，而是先描绘了贝尔实验室当年面临的噪声困扰，然后才引出信息熵的概念，这使得原本抽象的数学工具瞬间变得有血有肉，仿佛我能亲眼看到信息是如何在不完美的信道中被精心地编码和保护。尤其欣赏的是它对“信息”本身的哲学探讨，这让这本书超越了一本纯粹的技术手册，更像是一部关于人类如何克服距离和时间限制的宏大叙事。读完前几章，我甚至开始重新审视自己日常接收和发送的每一条信息，思考其背后的物理极限与潜在效率。

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这本书的配图质量令人叹服，如果说文字是骨架，那么这些图表就是赋予其生命的血肉。我特别留意了那些用于解释傅里叶变换和功率谱密度的插图，它们不是那种简单粗糙的线条图，而是经过精心设计的彩色图谱，通过不同的颜色渐变来区分频率分量和能量分布。这种视觉化的呈现方式，极大地降低了高阶数学工具的理解难度。例如，在解释星座图时，作者不仅展示了理想情况，还叠加了不同信噪比下的“散点云”，直观地展示了误码率是如何随噪声增加而恶化的。此外，随书附带的那些仿真代码片段，虽然只是简短的MATLAB脚本，但它们提供了理论到实践的最近距离的桥梁。我尝试运行了其中一个关于多径衰落信道的Monte Carlo仿真，亲手观察了瑞利分布的随机性，这种即时反馈的学习体验是任何纯理论书籍都无法提供的，真正做到了知行合一。

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