具体描述
近十年来，数字通信技术发展迅猛，已经深入人们日常生活的每个角落，如宽带上网、手机、数字电视等。受这些应用的驱使，大量人才投身数字通信行业，但他们常常被通信理论所需的数学知识吓倒。
Madhow博士拥有多年科研和教学工作经验，深知如何通过讲解实例来减轻这种恐惧。本书在保持知识严谨性的同时，通过各种方式让读者轻松掌握通信理论。书中首先建立了调制和解调的经典基础概念，接着介绍了同步、非相干通信、信道均衡、信息论、信道编码、无线通信等高级概念；此外，还涵盖了turbo码和LDPC码的相关内容，读者既可以据此实现并进行性能评估，也可以仅仅以它们为性能基准进行性能对比。
好的，这是一份基于“数字通信基础”这个书名，但内容完全聚焦于其他主题的详细图书简介： --- 《寰宇航行志：从星图到深空引擎的百年探索》 图书简介 《寰宇航行志》并非关乎信息传输的基石，而是我们文明对宇宙边疆无尽渴望的史诗性记录。本书以宏大的时间跨度，细致入微地描绘了人类从绘制第一张星图到构想星际航行技术的百年间，在天文学、材料科学、推进理论以及生命维持系统领域取得的辉煌成就与曲折历程。 我们生活在一个被引力束缚的星球上，但人类的梦想早已超越了大气层的限制。这本书的核心，是探索如何挣脱这层限制，实现真正的“出走”。 第一篇：启蒙之光与地基的建立（1900-1950年代） 本篇追溯了现代天体物理学与火箭科学的萌芽阶段。我们不再讨论信号处理的效率，而是聚焦于那些改变了我们观测宇宙方式的先驱者。从爱因斯坦的相对论如何重塑了我们对时空的理解，到哈勃对遥远星系的精确测量，奠定了我们理解宇宙尺度的基础。 重点章节将深入探讨早期的流体力学与热力学突破，这些是为未来提供动力的关键。例如，液体燃料火箭发动机的早期设计理念，如何克服了材料在极端温度和压力下的脆弱性。我们将回顾齐奥尔科夫斯基和戈达德的理论蓝图，这些思想如何在二战的背景下，意外地加速了突破性技术的诞生。 第二篇：从地月往返到深空测绘（1960-1980年代） 这个时期是人类工程学的巅峰对决。本书将详细解剖阿波罗计划中那些不为人知的工程挑战，这些挑战与通信的复杂性无关，而纯粹是关于如何在真空、辐射和零重力环境下，确保一个密封舱体能可靠地运行数日。 我们将聚焦于“极端环境材料科学”。为了应对月球表面的极端温差和微陨石撞击，新型复合材料的研发取得了哪些突破？例如，耐高温的陶瓷基复合材料如何被引入到返回舱的隔热瓦设计中。此外，本书还将分析早期深空探测器（如“旅行者号”）的“自主导航与故障恢复系统”。这些系统必须在数小时的信号延迟中独立决策，其设计哲学与我们日常讨论的实时反馈截然不同，强调的是健壮性而非速度。 第三篇：能源的悖论与推进的革命（1990-2020年代） 当人类开始严肃地考虑火星殖民时，传统的化学火箭的局限性变得不可回避。本书将深入探讨下一代推进系统的理论模型与原型测试。 核热推进（NTP）的复兴： 我们将分析为何NTP被视为跨越地火轨道障碍的最现实方案，并详述反应堆核心的材料选择、中子通量控制的复杂性，以及对行星际空间安全性的考量。 等离子体与磁帆的潜力： 书中将用大量篇幅来阐述霍尔效应推进器和磁场等离子体推进（VASIMR）的工作原理。这不是对信息携带能力的研究，而是对动量传递效率的极致追求。我们详细剖析了如何通过高能电离气体，以极低的质量流量产生可观的推力，这完全是牛顿运动定律在真空中的极致应用。 第四篇：生态圈的构建与行星改造的伦理（2020年至今及展望） 星际航行的终极目标并非抵达，而是定居。本篇将目光投向了“闭环生命支持系统”（CELSS）的演进。这不是关于如何压缩数据，而是关于如何利用生物反应器、水循环过滤和空气再生技术，在远离地球的封闭系统中模拟出一个可持续的微型生态。 我们将详细考察“气培法”在低重力下的优化，如何设计一个能够有效处理生物废弃物并回收氧气和水分的完美循环。此外，书中还收录了关于“行星环境改造”（Terraforming）的严肃科学讨论，包括引入大气增温气体、设计合适的微生物群落以固碳释氧的长期计划，以及由此引发的关于“我们是否有权改变一个世界”的深层哲学辩论。 结语：地平线之外的几何学 《寰宇航行志》描绘的旅程，是一部关于物理极限、材料韧性与人类毅力的宏伟篇章。它不涉及带宽、调制或编码，它关注的是如何将一个生命承载舱送往遥远的宜居带，确保那里的生命能够呼吸、生长并繁衍。这是对空间的征服，而非对信息的捕获。 ---
作者简介
Upamanyu Madhow博士 IEEE会士，无线通信和通信网领域知名学者。曾任职于贝尔通信实验室，现任加州大学圣巴巴拉分校电气与计算机工程系教授，致力于无线通信新技术的产业化。他拥有8项美国专利，并著有多篇颇有影响力的论文，被业内人士广泛引用。
目录信息
第1章 绪论 1
1.1 数字通信系统的组成 1
1.2 本书结构 3
1.3 深入阅读 3
第2章 调制 5
2.1 预备知识 5
2.2 复基带表示 12
2.3 随机过程的频谱描述 21
2.4 调制自由度 27
2.5 线性调制 29
2.5.1 线性调制的例子 29
2.5.2 线性调制信号占用的频谱 31
2.5.3 奈奎斯特准则：带宽与符号率的关系 33
2.5.4 以线性调制为基本模块 36
2.6 正交调制和双正交调制 37
2.7 差分调制 39
2.8 深入阅读 40
2.9 习题 41
2.9.1 信号与系统 41
2.9.2 复基带表示 42
2.9.3 随机过程 44
2.9.4 调制 45
第3章 解调 51
3.1 高斯基础 52
3.2 假设检验基础 60
3.3 信号空间概念 64
3.4 AWGN下的最佳接收 70
3.4.1 ML判决准则的几何结构 72
3.4.2 软判决 73
3.5 ML接收的性能分析 75
3.5.1 二进制信号的性能 75
3.5.2 M进制信号的性能 78
3.6 比特级解调 88
3.7 链路预算分析元素 92
3.8 深入阅读 94
3.9 习题 94
3.9.1 高斯基础 94
3.9.2 假设检验基础 96
3.9.3 AWGN信道的接收机设计和性能分析 97
3.9.4 链路预算分析 105
3.9.5 一些数学推导 105
第4章 同步与非相干通信 108
4.1 接收机设计需求 109
4.2 参数估计基础 111
4.3 同步参数估计 115
4.4 非相干通信 119
4.4.1 复合假设检验 119
4.4.2 最优非相干解调 120
4.4.3 差分调制和解调 121
4.5 非相干通信的性能 122
4.5.1 正则复高斯 123
4.5.2 二进制非相干通信的性能 126
4.5.3 M进制非相干正交信号的性能 130
4.5.4 DPSK的性能 131
4.5.5 分组非相干解调 131
4.6 深入阅读 132
4.7 习题 133
第5章 信道均衡 140
5.1 信道模型 140
5.2 接收机前端 141
5.3 眼图 143
5.4 MLSE 143
5.5 次优均衡器设计的几何模型 149
5.6 线性均衡 151
5.6.1 自适应实现 157
5.6.2 性能分析 159
5.7 判决反馈均衡 160
5.8 MLSE的性能分析 163
5.8.1 联合界 163
5.8.2 转移函数界 166
5.9 均衡技术的数值比较 169
5.10 深入阅读 170
5.11 习题 170
第6章 信息论极限及其计算 178
6.1 AWGN信道的容量：建模与几何 178
6.1.1 从连续时间到离散时间 180
6.1.2 离散时间AWGN信道的容量 181
6.1.3 从离散时间到连续时间 183
6.1.4 离散时间AWGN模型的总结 184
6.2 香农理论基础 185
6.2.1 熵、互信息和散度 186
6.2.2 信道编码理论 190
6.3 一些容量计算 191
6.3.1 标准星座的容量 191
6.3.2 并行高斯信道和注水原理 195
6.4 输入分布优化 197
6.4.1 凸优化 198
6.4.2 最优输入分布的表征 199
6.4.3 计算最优输入分布 200
6.5 深入阅读 202
6.6 习题 203
第7章 信道编码 207
7.1 二进制卷积码 207
7.1.1 非递归非系统编码 208
7.1.2 递归系统编码 209
7.1.3 最大似然译码 210
7.1.4 ML译码性能分析 213
7.1.5 量化观测的性能分析 217
7.2 turbo码及迭代译码 219
7.2.1 BCJR算法：软入/软出译码 219
7.2.2 对数BCJR算法 225
7.2.3 源自卷积码的turbo结构 229
7.2.4 turbo码的BER性能 231
7.2.5 外部信息转移图 232
7.2.6 turbo码码重枚举 237
7.3 LDPC码 241
7.3.1 编码理论的一些术语 242
7.3.2 规则LDPC码 243
7.3.3 非规则LDPC码 245
7.3.4 消息传递及密度进化 246
7.3.5 置信传播 248
7.3.6 高斯近似 250
7.4 带宽有效编码调制 252
7.4.1 BICM 253
7.4.2 TCM 254
7.5 代数码 257
7.6 深入阅读 259
7.7 习题 260
第8章 无线通信 267
8.1 信道建模 268
8.2 衰落与分集 272
8.2.1 瑞利衰落的影响 272
8.2.2 编码与交织实现分集 275
8.2.3 接收分集技术 276
8.3 正交频分复用 280
8.4 直接序列扩频技术 285
8.4.1 Rake接收机 287
8.4.2 扩频序列选择 290
8.4.3 CDMA系统传统接收性能 292
8.4.4 DS-CDMA系统多用户检测技术 293
8.5 跳频扩频 299
8.6 连续相位调制 300
8.6.1 GMSK 304
8.6.2 劳伦特扩展与接收机设计 305
8.7 空时通信 309
8.7.1 空时信道建模 310
8.7.2 信息论极限 312
8.7.3 空间复用 315
8.7.4 空时编码 315
8.7.5 发射波束形成 318
8.8 深入阅读 318
8.9 习题 319
附录A 概率、随机变量和随机过程 334
附录B Chernoff界 340
附录C 詹森不等式 343
参考文献 345
索引 351
· · · · · · (收起)
1.1 数字通信系统的组成 1
1.2 本书结构 3
1.3 深入阅读 3
第2章 调制 5
2.1 预备知识 5
2.2 复基带表示 12
2.3 随机过程的频谱描述 21
2.4 调制自由度 27
2.5 线性调制 29
2.5.1 线性调制的例子 29
2.5.2 线性调制信号占用的频谱 31
2.5.3 奈奎斯特准则：带宽与符号率的关系 33
2.5.4 以线性调制为基本模块 36
2.6 正交调制和双正交调制 37
2.7 差分调制 39
2.8 深入阅读 40
2.9 习题 41
2.9.1 信号与系统 41
2.9.2 复基带表示 42
2.9.3 随机过程 44
2.9.4 调制 45
第3章 解调 51
3.1 高斯基础 52
3.2 假设检验基础 60
3.3 信号空间概念 64
3.4 AWGN下的最佳接收 70
3.4.1 ML判决准则的几何结构 72
3.4.2 软判决 73
3.5 ML接收的性能分析 75
3.5.1 二进制信号的性能 75
3.5.2 M进制信号的性能 78
3.6 比特级解调 88
3.7 链路预算分析元素 92
3.8 深入阅读 94
3.9 习题 94
3.9.1 高斯基础 94
3.9.2 假设检验基础 96
3.9.3 AWGN信道的接收机设计和性能分析 97
3.9.4 链路预算分析 105
3.9.5 一些数学推导 105
第4章 同步与非相干通信 108
4.1 接收机设计需求 109
4.2 参数估计基础 111
4.3 同步参数估计 115
4.4 非相干通信 119
4.4.1 复合假设检验 119
4.4.2 最优非相干解调 120
4.4.3 差分调制和解调 121
4.5 非相干通信的性能 122
4.5.1 正则复高斯 123
4.5.2 二进制非相干通信的性能 126
4.5.3 M进制非相干正交信号的性能 130
4.5.4 DPSK的性能 131
4.5.5 分组非相干解调 131
4.6 深入阅读 132
4.7 习题 133
第5章 信道均衡 140
5.1 信道模型 140
5.2 接收机前端 141
5.3 眼图 143
5.4 MLSE 143
5.5 次优均衡器设计的几何模型 149
5.6 线性均衡 151
5.6.1 自适应实现 157
5.6.2 性能分析 159
5.7 判决反馈均衡 160
5.8 MLSE的性能分析 163
5.8.1 联合界 163
5.8.2 转移函数界 166
5.9 均衡技术的数值比较 169
5.10 深入阅读 170
5.11 习题 170
第6章 信息论极限及其计算 178
6.1 AWGN信道的容量：建模与几何 178
6.1.1 从连续时间到离散时间 180
6.1.2 离散时间AWGN信道的容量 181
6.1.3 从离散时间到连续时间 183
6.1.4 离散时间AWGN模型的总结 184
6.2 香农理论基础 185
6.2.1 熵、互信息和散度 186
6.2.2 信道编码理论 190
6.3 一些容量计算 191
6.3.1 标准星座的容量 191
6.3.2 并行高斯信道和注水原理 195
6.4 输入分布优化 197
6.4.1 凸优化 198
6.4.2 最优输入分布的表征 199
6.4.3 计算最优输入分布 200
6.5 深入阅读 202
6.6 习题 203
第7章 信道编码 207
7.1 二进制卷积码 207
7.1.1 非递归非系统编码 208
7.1.2 递归系统编码 209
7.1.3 最大似然译码 210
7.1.4 ML译码性能分析 213
7.1.5 量化观测的性能分析 217
7.2 turbo码及迭代译码 219
7.2.1 BCJR算法：软入/软出译码 219
7.2.2 对数BCJR算法 225
7.2.3 源自卷积码的turbo结构 229
7.2.4 turbo码的BER性能 231
7.2.5 外部信息转移图 232
7.2.6 turbo码码重枚举 237
7.3 LDPC码 241
7.3.1 编码理论的一些术语 242
7.3.2 规则LDPC码 243
7.3.3 非规则LDPC码 245
7.3.4 消息传递及密度进化 246
7.3.5 置信传播 248
7.3.6 高斯近似 250
7.4 带宽有效编码调制 252
7.4.1 BICM 253
7.4.2 TCM 254
7.5 代数码 257
7.6 深入阅读 259
7.7 习题 260
第8章 无线通信 267
8.1 信道建模 268
8.2 衰落与分集 272
8.2.1 瑞利衰落的影响 272
8.2.2 编码与交织实现分集 275
8.2.3 接收分集技术 276
8.3 正交频分复用 280
8.4 直接序列扩频技术 285
8.4.1 Rake接收机 287
8.4.2 扩频序列选择 290
8.4.3 CDMA系统传统接收性能 292
8.4.4 DS-CDMA系统多用户检测技术 293
8.5 跳频扩频 299
8.6 连续相位调制 300
8.6.1 GMSK 304
8.6.2 劳伦特扩展与接收机设计 305
8.7 空时通信 309
8.7.1 空时信道建模 310
8.7.2 信息论极限 312
8.7.3 空间复用 315
8.7.4 空时编码 315
8.7.5 发射波束形成 318
8.8 深入阅读 318
8.9 习题 319
附录A 概率、随机变量和随机过程 334
附录B Chernoff界 340
附录C 詹森不等式 343
参考文献 345
索引 351
· · · · · · (收起)
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