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背景与预览1

第1章 随机过程23

1.1 简介23

1.2 随机过程的数学定义23

1.3 平稳过程24

1.4 均值、相关函数和协方差函数26

1.4.1 自相关函数的特性27

1.4.2 互相关函数29

1.5 遍历过程30

1.6 随机过程通过一个线性时不变滤波器31

1.7 功率谱密度32

1.7.1 功率谱密度的特性33

1.7.2 输入和输出随机过程功率谱密度的关系36

1.7.3 样本函数的功率谱密度与幅度谱的关系36

1.7.4 互功率谱密度37

1.8 高斯过程39

1.8.1 中心极限定理40

1.8.2 高斯过程的性质40

1.9 噪声42

1.9.1 散弹噪声43

1.9.2 热噪声43

1.9.3 白噪声44

1.10 窄带噪声46

1.11 基于同相和正交分量的窄带噪声表示法47

1.12 基于包络和相位分量的窄带噪声表示法48

1.13 正弦信号加窄带噪声50

1.14 计算机实验：平衰落信道52

1.14.1 实验1：高斯分布53

1.14.2 实验2：瑞利分布53

1.15 总结与讨论55

注释与参考56

习题57

第2章 连续波调制64

2.1 引言64

2.2 幅度调制65

2.2.1 幅度调制的优缺点67

2.3 线性调制方案67

2.3.1 DSB-SC调制68

2.3.2 相干检测69

2.3.3 科斯塔接收机70

2.3.4 正交载波复用71

2.3.5 SSB调制72

2.3.6 VSB调制73

2.3.7 电视信号74

2.4 频率搬移75

2.5 频分复用76

2.6 角度调制78

2.6.1 基本定义78

2.7 频率调制79

2.7.1 窄带FM80

2.7.2 宽带FM82

2.7.3 FM信号的传输带宽85

2.7.4 FM信号的产生87

2.7.5 FM信号的解调88

2.7.6 FM立体声复用90

2.8 调频系统中的非线性影响92

2.9 超外差接收机93

2.10 连续波调制系统中的噪声94

2.10.1 信噪比：基本定义95

2.11 相干检测线性接收机中的噪声96

2.12 包络检波调幅接收机的噪声98

2.12.1 阈值效应100

2.12.2 包络检波中（SNR ）0的通式100

2.13 调频接收机中的噪声104

2.13.1 捕获效应108

2.13.2 FM阈值效应109

2.13.3 FM阈值的降低111

2.13.4 FM系统中的预加重和去加重112

2.14 计算机实验：锁相环114

2.14.1 锁相环的模型115

2.14.2 实验1：捕获模型117

2.14.3 实验2：相位平面图117

2.15 总结与讨论118

2.15.1 幅度调制118

2.15.2 角度调制119

2.15.3 噪声分析119

注释与参考120

习题121

第3章 脉冲调制134

3.1 引言134

3.2 抽样过程134

3.3 脉冲幅度调制138

3.4 其他脉冲调制形式140

3.5 带宽-噪声权衡141

3.6 量化过程142

3.6.1 量化噪声143

3.6.2 标量量化器最优化的条件145

3.7 脉冲编码调制147

3.7.1 抽样147

3.7.2 量化148

3.7.3 编码149

3.7.4 线路码150

3.7.5 差分编码152

3.7.6 再生153

3.7.7 译码153

3.7.8 滤波153

3.8 脉冲编码调制系统中的噪声153

3.8.1 差错阈值154

3.9 时分复用155

3.9.1 同步156

3.10 数字复接器157

3.11 脉冲编码调制的优点、局限性和改进160

3.12 增量调制161

3.12.1 增量-总和调制163

3.13 线性预测164

3.13.1 线性自适应预测166

3.14 差分脉冲编码调制167

3.14.1 处理增益169

3.15 自适应差分脉冲编码调制169

3.16 计算机实验：自适应增量调制171

3.17 MPEG音频编码标准173

3.18 总结与讨论175

注释与参考176

习题177

第4章 基带脉冲传输184

4.1 引言184

4.2 匹配滤波器184

4.2.1 匹配滤波器的性质187

4.3 噪声引起的差错率189

4.4 码间干扰193

4.5 无失真基带二进制传输的奈奎斯特准则195

4.5.1 理想奈奎斯特信道196

4.5.2 升余弦频谱198

4.6 相关电平编码200

4.6.1 双二进制信号200

4.6.2 改进的双二进制信号204

4.6.3 相关电平编码的一般形式（部分响应信号）206

4.7 基带M进制PAM传输207

4.8 数字用户线209

4.8.1 用于DSL的线路码211

4.8.2 非对称数字用户线212

4.9 最佳线性接收机213

4.9.1 实际考虑216

4.10 自适应均衡217

4.10.1 LMS算法（回顾）217

4.10.2 均衡器的工作219

4.10.3 判决反馈均衡器220

4.11 计算机实验：眼图221

4.11.1 实验1：信道噪声的影响222

4.11.2 实验2：带宽限制的影响224

4.12 总结与讨论225

注释与参考226

习题228

第5章 信号空间分析235

5.1 引言235

5.2 信号的几何表示236

5.2.1 Gram-Schmidt正交过程240

5.3 连续AWGN信道到矢量信道的变换242

5.3.1 相关器输出的统计特性243

5.4 似然函数245

5.5 噪声中信号的相干检测：最大似然译码246

5.6 相干接收机248

5.6.1 相干接收机与匹配滤波接收机的等价249

5.7 差错概率250

5.7.1 差错概率的旋转不变性和平移不变性250

5.7.2 最小能量信号253

5.7.3 差错概率的联合边界253

5.7.4 误比特率与符号差错概率256

5.8 总结与讨论257

注释与参考257

习题258

第6章 通带数据传输263

6.1 引言263

6.1.1 数字调制技术系列264

6.1.2 差错概率265

6.1.3 功率谱265

6.1.4 带宽效率266

6.2 通带传输模型266

6.3 相干PSK267

6.3.1 二进制PSK267

6.3.2 二进制PSK的差错概率268

6.3.3 相干二进制PSK信号的产生和检测269

6.3.4 二进制PSK信号的功率谱270

6.3.5 QPSK271

6.3.6 QPSK的信号空间图271

6.3.7 QPSK的差错概率273

6.3.8 相干QPSK信号的产生和检测275

6.3.9 QPSK信号的功率谱密度276

6.3.10 偏移QPSK277

6.3.11 π /4移相QPSK278

6.3.12 π /4移相DQPSK信号的检测279

6.3.13 M进制PSK280

6.3.14 M进制PSK信号的功率谱密度282

6.3.15 M进制PSK信号的带宽效率282

6.4 幅度/相位混合调制方案283

6.4.1 M进制QAM283

6.4.2 QAM正方形星座图284

6.4.3 QAM十字形星座图286

6.4.4 CAP286

6.4.5 通带同相和正交脉冲的性质288

6.4.6 CAP发射机基本结构290

6.4.7 CAP接收机的数字实现291

6.4.8 CAP的一种应用292

6.5 相干FSK292

6.5.1 二进制FSK292

6.5.2 二进制FSK的差错概率293

6.5.3 相干二进制FSK信号的产生和检测295

6.5.4 二进制FSK信号的功率谱296

6.5.5 MSK297

6.5.6 相位网格图298

6.5.7 MSK的信号空间图299

6.5.8 MSK的差错概率303

6.5.9 MSK信号的产生和检测304

6.5.10 MSK信号的功率谱密度305

6.5.11 高斯滤波MSK305

6.5.12 M进制FSK308

6.5.13 M进制FSK信号的功率谱309

6.5.14 M进制FSK信号的带宽效率310

6.6 未知相位信号的检测310

6.6.1 最佳二次接收机311

6.6.2 二次接收机的两种等价形式312

6.7 非相干正交调制314

6.7.1 式（6.163）的推导316

6.8 非相干二进制FSK318

6.9 差分相移键控319

6.9.1 DPSK的产生和检测320

6.10 单载波数字调制方式的比较322

6.10.1 差错概率322

6.10.2 M进制数字调制技术的带宽效率323

6.11 语音频带调制解调器324

6.11.1 调制解调器的对称配置324

6.11.2 调制解调器的非对称配置328

6.11.3 数字调制解调器328

6.11.4 数字调制解调器的一种实现329

6.11.5 数字调制解调器的另一种实现330

6.11.6 模拟调制解调器331

6.11.7 V.90调制解调器332

6.12 多信道调制332

6.12.1 加性高斯白噪声信道的容量333

6.12.2 连续时间信道分割333

6.12.3 几何信噪比336

6.12.4 多信道传输系统的加载337

6.12.5 优化问题的注水解释337

6.13 离散多音339

6.13.1 离散傅里叶变换341

6.13.2 信道的频域描述342

6.13.3 基于DFF的DMT系统342

6.13.4 DMT的应用344

6.13.5 DSL与音频调制解调器之间的比较344

6.13.6 OFDM技术345

6.14 同步346

6.14.1 相位恢复的直接判决递归算法347

6.14.2 对载波相位进行最大似然估计的递归算法350

6.14.3 符号定时的无数据辅助递归算法351

6.15 计算机实验：载波恢复与符号定时354

6.15.1 实验1：载波相位恢复354

6.15.2 实验2：符号定时恢复358

6.16 总结与讨论359

注释与参考359

习题362

第7章 扩频调制371

7.1 引言371

7.2 伪噪声序列372

7.2.1 m序列的性质373

7.2.2 选择m序列374

7.3 扩频的概念377

7.4 相干二进制PSK的直接序列扩频378

7.4.1 分析模型380

7.4.2 同步380

7.5 信号空间的维度和处理增益381

7.6 差错概率384

7.6.1 抗干扰特性384

7.7 跳频扩频385

7.7.1 慢跳频386

7.7.2 快跳频388

7.8 计算机实验：最大长度码和Gold码389

7.8.1 实验1： PN序列的相关性390

7.8.2 实验2： Gold序列的相关特性391

7.9 总结与讨论392

注释与参考393

习题393

第8章 多用户无线通信396

8.1 引言396

8.2 多址技术396

8.3 卫星通信398

8.4 无线链路分析399

8.4.1 自由空间传播模型400

8.4.2 方向增益、方向性和功率增益401

8.4.3 有效孔径402

8.4.4 Friis自由空间公式403

8.4.5 噪声系数404

8.4.6 等价噪声温度405

8.4.7 双端网络的级联406

8.5 无线通信409

8.5.1 传播影响410

8.6 多径信道的统计特性412

8.6.1 时延扩展和多普勒扩展415

8.6.2 多径信道的分类417

8.7 瑞利衰落信道上的二进制信号417

8.7.1 分集技术419

8.8 TDMA和CDMA无线通信系统421

8.8.1 RAKE接收机422

8.9 无线通信中的语音信源编码424

8.9.1 多脉冲激励LPC424

8.9.2 码激励LPC425

8.10 无线通信中的自适应天线阵列426

8.10.1 自适应天线阵列428

8.11 总结与讨论430

注释与参考431

习题432

第9章 信息论基础437

9.1 引言437

9.2 不确定性、信息和熵437

9.2.1 熵的一些性质439

9.2.2 离散无记忆信源的扩展440

9.3 信源编码定理441

9.4 无失真数据压缩442

9.4.1 前缀码442

9.4.2 霍夫曼编码444

9.4.3 Lempel-Ziv编码446

9.5 离散无记忆信道447

9.6 互信息449

9.6.1 互信息的性质449

9.7 信道容量452

9.8 信道编码定理453

9.8.1 信道编码定理在二进制对称信道中的应用454

9.9 连续信号的相对熵和互信息456

9.9.1 互信息458

9.10 信息容量定理458

9.10.1 球体打包460

9.11 信息容量定理的含义461

9.12 有色噪声信道的信息容量467

9.12.1 信息容量定理的注水解释469

9.13 率失真定理470

9.13.1 率失真函数470

9.14 数据压缩472

9.15 总结与讨论473

注释与参考474

习题475

第10章 差错控制编码481

10.1 引言481

10.1.1 自动重发请求482

10.2 离散无记忆信道483

10.2.1 信道编码定理回顾484

10.2.2 模2运算484

10.3 线性分组码485

10.3.1 校正子：定义和性质488

10.3.2 最小距离的考虑489

10.3.3 校正子译码490

10.3.4 对偶码492

10.4 循环码493

10.4.1 生成多项式494

10.4.2 奇偶校验多项式495

10.4.3 生成矩阵和奇偶校验矩阵495

10.4.4 循环码编码器496

10.4.5 校正子的计算496

10.4.6 其他循环码501

10.5 卷积码503

10.5.1 码树、网格图和状态图505

10.6 卷积码的最大似然译码508

10.6.1 维特比算法509

10.6.2 卷积码的自由距离512

10.6.3 渐近编码增益513

10.7 网格编码调制514

10.7.1 8-PSK的翁格博克码516

10.7.2 渐近编码增益517

10.8 Turbo码519

10.8.1 Turbo码的编码519

10.8.2 Turbo码的性能521

10.8.3 Turbo码的译码522

10.8.4 BCJR算法524

10.9 计算机实验：Turbo码的译码525

10.10 低密度奇偶校验码526

10.10.1 LDPC码的构造527

10.10.2 LDPC码的最小码距530

10.10.3 LDPC的概率译码531

10.11 不规则码532

10.12 总结与讨论534

注释与参考534

习题536

附录1概率论542

附录2信号与系统简述551

附录3贝塞尔函数566

附录4汇合型超几何函数570

附录5密码学572

附录6表格587

术语表593

参考文献599