基本介绍

内容简介

本书继承了第一版~第七版的风格，在此新版中为读者介绍了数字通信系统的最新技术发展成果。本书既可作为一学期课程的教材使用，也可作为两学期课程的教材使用。本书着重阐述了能在一学期课程内讲述的通信系统理论和应用的基本内容，也介绍了可在两学期课程时间内进行深入讨论的必要内容。

作者简介

Leon W.Couch.II教授出生于美国北卡罗来纳州的达累姆，他从小就对电子工程感兴趣，在高中时，他就是一名广播工程师。Leon W.Couch.II教授1963年毕业于杜克大学，获学士学位，以后又在佛罗里达大学分别获得电子工程硕士及博士学位。他分别于1968年及1984年担任佛罗里达大学助理教授及教授职务。从1990年至2004年，Leon W.Couch.II教授担任佛罗里达大学电子与计算机协会副主席。

图书目录

1INTRODUCTION 1—1 Historical Perspective 1—2 Digital and Analog Sources and Systems 1—3 Deterministic and Random Waveforms 1—4 Organization of the Book 1—5 Use of a Personal Computer and MATLAB 1—6 Block Diagram of a Communication System 1—7 Frequency Allocations 1—8 Propagation of Electromagnetic Waves 1—9 Information Measure 1—10 Channel Capacity and Ideal Communication Systems 1—11 Coding 1—12 Preview 1—13 Study—Aid Examples Problems 2SIGNALS AND SPECTRA 2—1 Properties of Signals and Noise 2—2 Fourier Transform and Spectra 2—3 Power Spectral Density and Autocorrelation Function 2—4 Orthogonal Series Representation of Signals and Noise 2—5 Fourier Series 2—6 Review of Linear Systems 2—7 Bandlimited Signals and Noise 2—8 Discrete Fourier Transform 2—9 Bandwidth of Signals 2—10 Summary 2—11 Study—Aid Examples Problems 3BASEBAND PULSE AND DIGITAL SIGNALING 3—1 Introduction 3—2 Pulse Amplitude Modulation 3—3 Pulse Code Modulation 3—4 Digital Signaling 3—5 Line Codes and Spectra 3—6 Intersymbol Interference 3—7 Differential Pulse Code Modulation 3—8 Delta Modulation 3—9 Time—Division Multiplexing 3—10 Packet Transmission System 3—11 Pulse Time Modulation： Pulse Width Modulation and Pulse Position Modulation 3—12 Summary 3—13 Study—Aid Examples Problems 4BANDPASS SIGNALING PRINCIPLES AND CIRCUITS 4—1 Complex Envelope Representation of Bandpass Waveforms 4—2 Representation of Modulated Signals 4—3 Spectrum of Bandpass Signals 4—4 Evaluation of Power 4—5 Bandpass Filtering and Linear Distortion 4—6 Bandpass Sampling Theorem 4—7 Received Signal Plus Noise 4—8 Classification of Filters and Amplifiers 4—9 Nonlinear Distortion 4—10 Limiters 4—11 Mixers， Up Converters， and Down Converters 4—12 Frequency 4—19 Study—Aid Examples Problems 5AM， FM， AND DIGITAL MODULATED SYSTEMS 5—1 Amplitude Modulation 5—2 AM Broadcast Technical Standards and Digital AM Broadcasting 5—3 Double—Sideband Suppressed Carrier 5—4 Costas Loop and Squaring Loop 5—5 Asymmetric Sideband Signals 5—6 Phase Modulation and Frequency Modulation 5—7 Frequency—Division Multiplexing and FM Stereo 5—8 FM Broadcast Technical Standards and Digital FM Broadcasting 5—9 Binary Modulated Bandpass Signaling 5—10 Multilevel Modulated Bandpass Signaling 5—11 Minimum—Shift Keying and GMSK 5—12 Orthogonal Frequency Division Multiplexing （OFDM） 5—13 Spread Spectrum Systems 5—14 Summary 5—15 Study—Aid Examples Problems 6RANDOM PROCESSES AND SPECTRAL ANALYSIS 6—1 Some Basic Definitions 6—2 Power Spectral Density 6—3 DC and RMS Values for Ergodic Random Processes 6—4 Linear Systems 6—5 Bandwidth Measures 6—6 The Gaussian Random Process 6—7 Bandpass Processes 6—8 Matched Filters 6—9 Summary 6—10 Appendix： Proof of Schwarz’s Inequality 6—11 Study—Aid Examples Problems 7 PERFORMANCE OF COMMUNICATION SYSTEMS CORRUPTED BY NOISE 7—1 Error Probabilities for Binary Signaling 7—2 Performance of Baseband Binary Systems 7—3 Coherent Detection of Bandpass Binary Signals 7—4 Noncoherent Detection of Bandpass Binary Signals 7—5 Quadrature Phase—Shift Keying and Minimum—Shift Keying 7—6 Comparison of Digital Signaling Systems 7—7 Output Signal—to—Noise Ratio for PCM Systems 7—8 Output Signal—to—Noise Ratios for Analog Systems 7—9 Comparison of Analog Signaling Systems 7—10 Summary 7—11 Study—Aid Examples Problems 8 WIRE AND WIRELESS COMMUNICATION APPLICATIONS 8—1 The Explosive Growth of Telecommunications 8—2 Telephone Systems 8—3 Digital Subscriber Lines （DSL） 8—4 Capacities of Public Switched Telephone Networks 8—5 Satellite Communication Systems 8—6 Link Budget Analysis 8—7 Fiber—Optic Systems 8—8 Cellular Telephone Systems 8—9 Television 8—10 Cable Data Modems 8—11 Wireless Data Networks 8—12 Summary 8—13 Study—Aid Examples Problems APPENDIX A MATHEMATICAL TECHNIQUES， IDENTITIES， AND TABLES A—1 Trigonometry and Complex Numbers A—2 Differential Calculus A—3 Indeterminate Forms A—4 Integral Calculus A—5 Integral Tables A—6 Series Expansions A—7 Hilbert Transform Pairs A—8 The Dirac Delta Function A—9 Tabulation of Sa （x） = （sin x）x A—10 Tabulation of Q （z） APPENDIX BPROBABILITY AND RANDOM VARIABLES B—1 Introduction B—2 Sets B—3 Probability and Relative Frequency B—4 Random Variables B—5 Cumulative Distribution Functions and Probability Density Functions B—6 Ensemble Average and Moments B—7 Examples of Important Distributions B—8 Functional Transformations of Random Variables B—9 Multivariate Statistics Problems APPENDIX C USING MATLAB C—1 About the MATLAB M—Files C—2 Quick Start for Running M—Files C—3 Programming in MATLAB REFERENCES ANSWERS TO SELECTED PROBLEMS INDEX

序言

前言 本书继承了第一版~第七版的写作风格，在此新版中为读者介绍了数字通信系统的最新技 术发展成果。本书不仅可供工科二、三年级的本科生使用，也适合作为研究生的入门课程教材，或作为电气工程师的最新技术参考书。与本书配套的还有包含100多道精选的课外习题详细解题过程的学生题解手册，以及需借助计算机求解的课外习题的MATLAB文件，都可在www. pearsonhighered.com/couch 中下载得到。 此次新版中的一个最大变化是全书新增加了100多道例题。学生们总是希望书中可以有更多的例题。大部分新增加的例题给出了问题描述，相关的MATLAB 文件（可从以上网址下载得到）包含了新增加的例题的解题过程、计算步骤及绘图结果。这样做有以下好处：首先，对每个例题的问题描述只用几行文字，因此全书不会增加太多的篇幅；其次，学生学习了使用MATLAB 编程解题的方法。还有就是得到了比用手工方法计算更清晰的绘图结果，同时学生还能发现MATLAB程序中的参数变化是如何影响计算结果的。作者相信这种方法是一种教学手段上的创新。 如果要学习通信系统，首先必须搞清楚通信系统是如何工作的。读者在掌握本书前5章介绍的通信系统基本知识（信号功率、频谱及信号的傅里叶分析等）的基础上，再通过对书中大 量的助学例题和课外习题的练习，以及对采用的通信标准的应用，将能更好地理解通信系统的 工作原理。特别值得关注的是有线及无线通信系统。另外，噪声对通信系统的影响也是很重要的。如果通信系统中没有噪声（噪声由概率论及随机过程来描述），那么用极小的发射功率就可以把信号传至无穷远。总之，本书包括了学习有线及无线通信系统所需的基本内容和通信系统中采用的技术标准，具体内容有 ●通信系统的工作原理: 第1章~ 第5 章； ●噪声对通信系统的影响:第6 章及第7 章； ●有线和无线通信系统:第8 章。 本书既可作为一学期课程的教材使用，也可作为两学期课程的教材使用。本书着重阐述了能在一学期课程内讲述的通信系统理论和应用的基本内容，也介绍了可在两学期课程时间内进行深入讨论的必要内容。这里“着重”的意思是说，全书的篇幅必须限制在750 页左右。其实更大的篇幅也不能包括新增加的内容，即便是用于两学期的课程。（目前许多学校都倾向于开设阐述基本通信理论的一学期课程。）本书介绍了编码、无线信号传播、WiMAX 及蜂窝系统的长期演进（LTE）等概念。这些概念的详细内容在专门的教材中将会讨论。 如果作为一学期课程的教材使用，建议将本书中的前5章作为讲授内容，可以介绍通信系统的基本工作原理（适当选择第8章的内容作为补充）；倘若作为两学期课程的教材来使用，那么就将全书作为讲授内容。本书涉及了通信系统中的一些实际应用问题，这些实际应用建立在通信系统坚实的理论基础之上。 通信系统的理论基础 ●数字信号与模拟信号 ●复包络 ●幅频特性和相频特性 ●调制理论 ●傅里叶分析 ●概率论与随机过程 ●正交函数理论 ●匹配滤波器 ●功率谱密度 ●SNR（信噪比）的计算 ●线性系统 ● BER（误比特率）的计算 ●非线性系统 ● 最佳系统 ●码间串扰 ● 分组码与卷积码 实际的应用 ●PAM、PCM、DPCM、DM、PWM ●数字通信系统的误比特率 及PPM等基带信号 ●光纤系统 ●OOK、BPSK、QPSK、MPSK、MSK、 ●扩频系统 OFDM及QAM等带通数字信号 ●AMPS、GSM、iDEN、TDMA及CDMA ●AM、DSB-SC、SSB、VSB、PM 蜂窝电话系统与PCS系统 及FM等带通模拟信号 ●数字与模拟电视系统 ●时分复用及其体系标准 ●AM、FM、TV、DTV及CATV系统 ●数字线路传输码及其频谱 的技术标准 ●通信系统中所用电路 ●有线数据调制解调器 ●比特同步、帧同步及载波同步电路 ●Wi-Fi及WiMax无线数据网络 ●软件无线电 ●Web页面中的MATLAB M文件 ●频分复用及其体系标准 ●电信系统 ●数学图表 ●电话系统 ●助学例题 ●数字用户环线调制解调器 ●超过100道带有求解过程的例题，其中 ●数字用户环线 大约80道例题带有MATLAB M文件 ●卫星通信系统 ●超过550道的课外习题和部分答案 ●卫星无线广播系统 ●超过60道需借助计算机求解的课外习题 ●有效输入噪声温度与噪声系数 ●大量的参考文献 ●线路预算分析 ●重视通信系统的设计 ●模拟通信系统输出端的信噪比 ●学生题解手册 本书新版的改进之处： ●增加了100 多道带有解题过程的例题。大部分增加的例题有MATLAB 解题程序文件，这些文件可以从作者的网址中下载得到。 ●增加了最新的无线通信系统、LTE 系统、WiMAX 4G 蜂窝系统、个人通信系统及其应用 等内容的介绍。 ●增加了数字电视（DTV）技术的介绍。 ●列出了最新的专业术语及标准。 ●更新了所有章节的内容。 ●增加并修订了课外习题。 ● 给出了通过设置合适的关键词，利用Google 等互联网搜索引擎获取最新标准及其应用信息的建议。 ●继续强调利用MATLAB编程的方法来解决问题，这种利用计算机编程解决问题的方法，对于训练刚进入通信行业中的工程师非常重要。本书是为数不多的几本提供了MATLAB 程序文件的教材之一。这样做省去了读者自己输入教材中所列程序的时间。 ●更新了所有MATLAB 文件，以便在R2010b 版本中运行。 ●增加了书后部分习题答案的数量，并在适当的地方给出了习题的MATLAB 解题程序 文件。 本书在许多课外习题旁标有计算机的符号，表示这些课外习题有用MATLAB 编写的仿真软件及答案。书中每章的后面都有课外习题。大约有1/3 的课外习题标有★，这些习题的完整解题过程可在学生题解手册中找到。学生题解手册可以通过以下的网址下载得到：www.pearsonhighered.com/couch①，供学生使用的M 文件也可以下载得到。教师题解手册中给出了包括计算机求解过程在内的全部课外习题答案②。题解手册为PDF文件，对需借助计算机求解的课外习题，也给出了相应的MATLAB M 文件。 ① 相关资源也可登录华信教育资源网（www.hxedu.com.cn ）下载。 ② 教师题解手册和其他教辅资源只提供给授课教师，请参见书末的“教学支持说明” 本书是我在佛罗里达大学多年从事教学工作积累的成果，后来又以我作为业余无线电接 线员（编号为K4GWQ）的经历对该书进行了补充和完善。我认为读者只有练习过书中的课外习题后，才能理解书中的技术内容。因此，本书为读者设计了550 多道习题。有些习题比较容易，这样可以使那些刚开始学习的同学不会感到吃力。对于那些学习程度更深的同学，也有难度足够大的习题让他们去练习。所有的习题都能激励学生积极思考，从而加深对通信系统的理解。 感谢在本书的编写过程中帮助过我的许多人，以及多年来对本书的编写工作提出过建设性意见的那些人。特别要感谢得克萨斯大学的K. R. Rao，奥本大学的Jitendra J. Tugnait，Rensselaer理工学院的John F. McDonald，Rose-Hulman理工学院的 Bruce A. Ferguson，Hartford大学的Ladimer S. Nagurney，波士顿大学的 Jeffrey Carruthers，加州大学Long Beach 分校的Hen-Geul Yeh。还要感谢我在佛罗里达大学的同事们的帮助。最后还要感谢我的妻子Margaret Couch博士，是她帮助我打印并校对了本书的原稿和修订稿。 Leon W. Couch II Gainesville, Florida couch@ufl.edu

编辑推荐

本书在前七版的基础上进行了修订与更新，系统介绍了现代通信系统的基本理论和最新发展技术。新版的改进之处： ● 增加了100多道带有解题过程的例题。大部分增加的例题有MATLAB解题程序文件。 ● 增加了最新的无线通信系统、LTE（长期演进）系统、WiMax 4G蜂窝系统、个人通信系统及其应用等内容的介绍。 ● 增加了数字电视（DTV）技术的介绍。 ● 列出了最新的专业术语及标准。 ● 更新了所有章节内容。 ● 增加并修订了课外习题。 ● 给出了通过设置合适的关键词，利用Google等互联网搜索引擎获取最新标准及其应用信息的建议。 ● 继续强调利用MATLAB编程的方法来解决问题，这种利用计算机编程解决问题的方法，对于训练刚进入通信行业中的工程师非常重要。 ● 更新了所有MATLAB文件，以便在Version R2010b版本中运行。 ● 增加了书后部分习题答案的数量，并在适当的地方给出了习题的MATLAB解题程序文件。

目录

目 录 第1章 绪论 1.1 历史回顾 1.2 数字信源、模拟信源与系统 1.3 确定波形与随机波形 1.4 本书结构 1.5 个人计算机及MATLAB的使用 1.6 通信系统框图 1.7 频率分配 1.8 电波传播 1.9 信息的度量 1.10 信道容量与理想的通信系统 1.11 编码 1.12 展望 1.13 助学例题 习题 第2章 信号与频谱 2.1 信号与噪声的特性 2.2 傅里叶变换与频谱 2.3 功率谱密度与自相关函数 2.4 信号与噪声的正交级数表示 2.5 傅里叶级数 2.6 线性系统回顾 2.7 带限信号与噪声 2.8 离散傅里叶变换 2.9 信号带宽 2.10 小结 2.11 助学例题 习题 第3章 基带脉冲与数字信号 3.1 引言 3.2 脉冲幅度调制 3.3 脉冲编码调制 3.4 数字信号 3.5 线路码及其频谱 3.6 码间串扰 3.7 差分脉冲编码调制 3.8 增量调制 3.9 时分复用 3.10 分组传输系统 3.11 脉冲时间调制：脉宽调制与脉位调制 3.12 小结 3.13 助学例题 习题 第4章 带通信号传输原理及电路 4.1 带通波形的复包络表示 4.2 已调信号的表示方法 4.3 带通信号的频谱 4.4 功率的计算 4.5 带通滤波和线性失真 4.6 带通信号的抽样定理 4.7 接收信号加噪声 4.8 滤波器及放大器分类 4.9 非线性失真 4.10 限幅器 4.11 混频器、上变频器和下变频器 4.12 倍频器 4.13 检波电路 4.14 锁相环及频率合成器 4.15 直接数字合成 4.16 发射机与接收机 4.17 软件无线电 4.18 小结 4.19 助学例题 习题 第5章 调幅、调频以及数字调制系统 5.1 幅度调制 5.2 调幅广播技术标准以及数字调幅广播 5.3 抑制载波的双边带调制 5.4 科斯塔环和平方环 5.5 非对称边带信号 5.6 相位调制和频率调制 5.7 频分复用（FDM）和调频（FM）立体声 5.8 FM广播技术标准以及数字FM广播 5.9 二元已调带通信号 5.10 多电平已调带通信号 5.11 最小频移键控（MSK）和GMSK 5.12 正交频分复用（OFDM） 5.13 扩频系统 5.14 小结 5.15 助学例题 习题 第6章 随机过程和频谱分析 6.1 一些基本概念 6.2 功率谱密度 6.3 各态历经随机过程的直流和均方根值 6.4 线性系统 6.5 带宽的测量 6.6 高斯随机过程 6.7 带通随机过程 6.8 匹配滤波器 6.9 小结 6.10 附录：许瓦兹不等式的证明 6.11 助学例题 习题 第7章 噪声背景下通信系统的性能 7.1 二元信号的错误概率 7.2 基带二元系统的性能 7.3 带通二元信号的相干检测 7.4 带通二元信号的非相干检测 7.5 正交相移键控和最小频移键控 7.6 数字信号系统的比较 7.7 PCM系统的输出信噪比 7.8 模拟系统的输出信噪比 7.9 各类模拟信号系统的比较 7.10 小结 7.11 助学例题 习题 第8章 有线及无线通信系统 8.1 飞速发展的电信事业 8.2 电话系统 8.3 数字用户线（DSL） 8.4 公众交换电话网的容量 8.5 卫星通信系统 8.6 链路预算分析 8.7 光纤系统 8.8 蜂窝电话系统 8.9 电视 8.10 电缆数据调制解调器 8.11 无线数据网 8.12 小结 8.13 助学例题 习题 附录A 数学技巧、恒等式和表 附录B 概率和随机变量 附录C MATLAB的使用 参考文献 缩略词 术语表