數(shù)字通信原理

內(nèi)容概要

本書是世界通信權(quán)威、信息科學領(lǐng)域泰斗gallager 博士近年研究成果的結(jié)晶, 在數(shù)字通信原理的基礎(chǔ)上重點闡述了理論、問題和工程設(shè)計之間的關(guān)系。內(nèi)容涉及離散源編碼、量化、信道波形、向量空間和信號空間、隨機過程和噪聲、編碼、解碼等數(shù)字通信基本問題, 最后還簡要介紹了無線數(shù)字通信。　　本書既可作為通信類專業(yè)高年級本科生和研究生教材, 又可供工程技術(shù)人員參考。

作者簡介

Robert G. Gallager博士 信息理論界世界級權(quán)威，美國工程院院士，美國科學院院士，先后榮獲1990年IEEE榮譽獎?wù)隆?003年馬可尼獎、2004年Dijkstra獎等多項殊榮。師從信息論創(chuàng)始人香農(nóng)，不但自己科研成果卓著，還為通信領(lǐng)域培育了很多優(yōu)秀人才，包括華裔通信專家David Tse。

書籍目錄

第1 章數(shù)字通信概述　　 　1.1 標準化接口及分層　　 　1.2 信源　　　 　1.3 信道　　　 　1.3.1 信道編碼(調(diào)制) 　　 　1.3.2 糾錯　　　 　1.4 數(shù)字接口　　　　 　1.5 補充讀物　　　　 第2 章離散信源的編碼　　 　2.1 引言　　　　 　2.2 離散信源的等長編碼　　2.3 離散信源的變長編碼　　2.3.1 唯一可譯性　　2.3.2 離散信源的無前綴編碼　2.3.3 無前綴碼的克拉夫特不等式　2.4 離散信源的概率模型　　 　2.5 無前綴碼的最小1　　 　2.5.1 拉格朗日乘數(shù)法求解1 的最小值　　 　2.5.2 l 的熵界　　　 　2.5.3 用于最佳信源編碼的霍夫曼算法　　 　2.6 熵及等長{變長編碼　　 　2.7 漸近等同性及信源編碼定理　　 　2.7.1 弱大數(shù)定律　　 　2.7.2 漸近等同性　　 　2.7.3 信源編碼定理　　 　2.7.4 一般編碼的熵界　　　 　2.8 馬氏信源　　　　 　2.8.1 馬氏信源的編碼　　 　2.8.2 條件熵　　 　2.9 lempel-ziv 通用數(shù)據(jù)壓縮　　 　2.9.1 lz77 算法　　 　2.9.2 lz77 的原理　　 　2.9.3 討論　　 　2.10 本章小結(jié)　　　　 　2.11 習題　　　　 第3 章量化　　　　 　3.1 引言　　　　 　3.2 標量量化　　　　 　3.2.1 給定代表點時的區(qū)間設(shè)計　　 　3.2.2 給定區(qū)間時的代表點設(shè)計　　 　3.2.3 lloyd-max 算法　　 　3.3 矢量量化　　　　 　3.4 熵編碼量化　　　　 　3.5 高速率下的熵編碼量化　　 　3.6 微分熵　　　　 　3.7 高速率均勻標量量化器的性能　　 　3.8 高速率二維量化　　 　3.9 本章小結(jié)　　　　 　3.10 附錄　　　　 　3.10.1 非均勻標量量化　　 　3.10.2 非均勻二維量化　　 　3.11 習題　　　　 第4 章信源波形與信道波形　　 　4.1 引言　　　　 　4.1.1 模擬信源　　 　4.1.2 通信信道　　 　4.2 傅里葉級數(shù)　　　　 　4.3 l2 函數(shù)及[?t=2; t=2] 上的勒貝格積分　　 　4.3.1 區(qū)間并的勒貝格測度　　 　4.3.2 一般集合的測度　　 　4.3.3 區(qū)間[?t=2; t=2] 上的可測函數(shù)及積分　　 　4.3.4 由其他函數(shù)定義的函數(shù)的可測性　　 　4.3.5 區(qū)間[?t=2; t=2] 上的l1 函數(shù)及l(fā)2 函數(shù)　　4.4 l2 波形的傅里葉級數(shù)　　4.5 l2 波形的傅里葉變換　　4.5.1 r 上的測度與積分　　 　4.5.2 l2 函數(shù)的傅里葉變換　　 　4.6 dtft 及抽樣定理　　 　4.6.1 離散時間傅里葉變換　　 　4.6.2 抽樣定理　　 　4.6.3 基于采樣波形的信源編碼　　 　4.6.4 [￠ ?w;￠ +w] 上的抽樣定理　　 　4.7 混疊及sinc 加權(quán)的復(fù)正弦展開　　 　4.7.1 t 間隔sinc 加權(quán)復(fù)正弦展開　　 　4.7.2 自由度　　 　4.7.3 混疊{時域特性　　 　4.7.4 混疊{頻域特性　　 　4.8 本章小結(jié)　　　　 　4.9 附錄：補充材料及證明　　 　4.9.1 可數(shù)集　　 　4.9.2 [?t=2; t=2] 上區(qū)間的有限并　　　 　4.9.3 區(qū)間[?t=2; t=2] 上的可數(shù)并及外測度　　 　4.9.4 區(qū)間[?t=2; t=2] 上的任意可測集　　 　4.10 習題　　　　 第5 章向量空間與信號空間　　 　5.1 向量空間的公理和基本性質(zhì)　　 　5.2 內(nèi)積空間　　　　 　5.2.1 內(nèi)積空間rn 和cn 　　5.2.2 一維投影　　 　5.2.3 l2 函數(shù)的內(nèi)積空間　　 　5.2.4 內(nèi)積空間的子空間　　 　5.3 正則基及投影定理　　 　5.3.1 有限維投影　　 　5.3.2 投影定理的推論　　 　5.3.3 格拉姆{施密特正則化　　 　5.3.4 l2 中的正則展開　　 　5.4 本章小結(jié)　　　　 　5.5 附錄：補充材料及證明　　 　5.5.1 普朗歇爾定理　　 　5.5.2 抽樣定理和混疊定理　　 　5.5.3 橢球波　　 　5.6 習題　　　　 第6 章信道、調(diào)制與解調(diào)　　 　6.1 引言　　　　 　6.2 脈幅調(diào)制(pam) 　　 　6.2.1 信號星座　　 　6.2.2 信道的不理想因素簡述　　 　6.2.3 調(diào)制脈沖設(shè)計　　 　6.2.4 pam 解調(diào)　　 　6.3 奈奎斯特準則　　 　6.3.1 頻帶邊緣對稱　　 　6.3.2 將fp(t ? kt); k 2 zg 設(shè)計為正則集　　 　6.3.3 pam 和模擬信源編碼的關(guān)系　　 　6.4 調(diào)制：基帶到頻帶、頻帶到基帶　　 　6.5 正交幅度調(diào)制(qam) 　　 　6.5.1 qam 信號集　　 　6.5.2 qam 基帶調(diào)制與解調(diào)　　 　6.5.3 qam：基帶與帶通之間的變換　　 　6.5.4 qam 的實現(xiàn)　　 　6.6 信號空間與自由度　　 　6.7 qam 系統(tǒng)中的載波恢復(fù)　　 　6.7.1 有噪聲時的相位跟蹤　　 　6.7.2 大相位誤差　　 　6.8 本章小結(jié)　　　　 　6.9 習題　　　　 第7 章隨機過程與噪聲　　7.1 引言　　　　 　7.2 隨機過程　　　　 　7.2.1 隨機過程示例　　 　7.2.2 隨機過程的均值與協(xié)方差　　 　7.2.3 加性噪聲信道　　 　7.3 高斯隨機變量、高斯隨機向量及高斯過程　　　　 　7.3.1 聯(lián)合高斯隨機向量的協(xié)方差矩陣　　 　7.3.2 聯(lián)合高斯隨機向量的概率密度　　 　7.3.3 二維零均值高斯隨機向量　　 　7.3.4 z = aw;a 是正交矩陣164 　7.3.5 高斯向量按主軸表示的概率密度　　 　7.3.6 聯(lián)合密度的傅里葉變換　　 　7.4 隨機過程的線性泛函和濾波　　 　7.4.1 按正則展開定義的高斯過程　　 　7.4.2 高斯過程的線性濾波　　 　7.4.3 線性泛函及濾波輸出的協(xié)方差　　 　7.5 平穩(wěn)性及相關(guān)概念　　 　7.5.1 廣義平穩(wěn)隨機過程　　 　7.5.2 隨機過程的有效平穩(wěn)及有效廣義平穩(wěn)　　 　7.5.3 有效廣義平穩(wěn)過程的線性泛函　　 　7.5.4 有效廣義平穩(wěn)過程的線性濾波　　 　7.6 頻域的平穩(wěn)性　　 　7.7 白高斯噪聲　　 　7.7.1 用sinc 展開來近似白高斯噪聲　　 　7.7.2 泊松噪聲過程　　 　7.8 疊加了噪聲的調(diào)制通信　　 　7.9 信噪比　　　　 　7.10 本章小結(jié)　　　　 　7.11 附錄：補充問題　　 　7.11.1 協(xié)方差矩陣的性質(zhì)　　 　7.11.2 截短隨機過程的傅里葉級數(shù)展開　　 　7.11.3 系數(shù)不相關(guān)的傅里葉級數(shù)　　 　7.11.4 卡亨南{洛維展開　7.12 習題　　　　 第8 章檢測及編譯碼　　　 　8.1 引言　　　　 　8.2 二元檢測　　　　 　8.3 白高斯噪聲中的二進制信號　　 　8.3.1 pam 對極信號的檢測　　 　8.3.2 二元非對極信號的檢測　　 　8.3.3 白高斯噪聲下二元實向量的檢測　　 　8.3.4 白高斯噪聲下二元復(fù)向量的檢測　　 　8.3.5 白高斯噪聲下二元對極波形的檢測　　 　8.4 m 進制檢測及序列檢測　8.4.1 m 進制檢測　　8.4.2 白高斯噪聲下qam 信號的連續(xù)傳輸　　 　8.4.3 任意調(diào)制方式下的檢測　　 　8.5 正交信號集合以及簡單的信道編碼　　　　 　8.5.1 單形信號集　　 　8.5.2 雙正交信號集　　 　8.5.3 正交信號集的錯誤概率　　 　8.6 分組碼　　　　 　8.6.1 二進制正交碼及哈達瑪矩陣　　 　8.6.2 里德穆勒碼　　 　8.7 有噪信道編碼定理　　 　8.7.1 離散無記憶信道　　 　8.7.2 容量　　 　8.7.3 有噪信道編碼定理的逆定理　　 　8.7.4 有噪信道編碼定理的正定理　　 　8.7.5 白高斯噪聲信道的有噪信道編碼定理　　 　8.8 卷積碼　　　　 　8.8.1 卷積碼的譯碼　　 　8.8.2 維特比算法　　 　8.9 本章小結(jié)　　　　 　8.10 附錄：紐曼{皮爾遜門限檢驗　　 　8.11 習題　　　　 第9 章無線數(shù)字通信　　 　9.1 引言　　　　 　9.2 無線信道的物理模型　　 　9.2.1 自由空間、固定天線　　 　9.2.2 自由空間、移動天線　　 　9.2.3 移動天線、反射墻　　 　9.2.4 地面反射　　 　9.2.5 陰影　　 　9.2.6 移動天線、多個反射　　 　9.3 無線信道的輸入輸出模型　　 　9.3.1 線性時變系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)和沖激響應(yīng)　　 　9.3.2 多普勒擴展及相干時間　　 　9.3.3 時延擴展和相干頻率　　 　9.4 基帶系統(tǒng)函數(shù)和沖激響應(yīng)　　 　9.5 統(tǒng)計信道模型　　 　9.6 數(shù)據(jù)檢測　　　　 　9.6.1 瑞利平衰落條件下的二元檢測　　 　9.6.2 已知信道幅度時的非相干檢測　　 　9.6.3 萊斯平衰落中的非相干檢測　　 　9.7 信道測量　　　　 　9.7.1 用探測序列估計信道　　 　9.7.2 瑞克接收機　　 　9.8 分集　　　　 　9.9 cdma：is95 標準　　 　9.9.1 語音壓縮　　 　9.9.2 信道編碼與譯碼　　 　9.9.3 衰落信道中的維特比譯碼　9.9.4 調(diào)制和解調(diào)　　 　9.9.5 is95 中的多址干擾　　 　9.10 本章小結(jié)　　　　 　9.11 附錄：非相干檢測的錯誤概率　　 　9.12 習題　　　　 參考文獻　　　 索引　　　　　　

章節(jié)摘錄

　　自有文字記載以來，通信一直是人類最重要的需求之一。形成社會團體、教育年輕人、表達情感、表述愿望都離不開通信。通信交流的順暢是文明社會的核心。工程中的各種通信方式是對人類通信交流的技術(shù)支持，古代的烽火信號、擂鼓正是如此。本書所說的通信技術(shù)是指以電報的誕生為標志的通信技術(shù)，包括后來出現(xiàn)的電話通信、視頻通信、計算機通信，以及時下在各種廉價便攜式設(shè)備上使用的通信方式。這些技術(shù)最初是按各自不同的網(wǎng)絡(luò)單獨發(fā)展的，彼此沒有多少相同之處。隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷擴張，網(wǎng)絡(luò)的各個部分勢必需要協(xié)調(diào)工作，而不同的部件又是在不同的年代按照不同的設(shè)計思路開發(fā)的。為此，出于網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)發(fā)展的目的，人們開始關(guān)注它背后的基本原理。最早意識到這一點的是美國電報電話公司（AT&T）。AT&T成立了貝爾實驗室這樣一個研發(fā)部門。貝爾實驗室的數(shù)學中心一直主導(dǎo)著全世界的通信研究，這個地位直到最近不久才有所改變。通信原理的許多核心概念都是由貝爾實驗室數(shù)學中心提出的。貝爾實驗室數(shù)學中心最大的貢獻莫過于克勞德·香農(nóng)1948年創(chuàng)立的信息論。在信息論誕生后的最初25年，人們對它的看法是：理論上很不錯，但對實際通信系統(tǒng)的設(shè)計沒有太大的意義。后來，隨著元器件技術(shù)不斷成熟，隨著工程界對信息論有了更多的理解，信息論才成為開發(fā)通信系統(tǒng)的指導(dǎo)原則。本書將介紹信息論方面的基本概念及其對通信系統(tǒng)設(shè)計的作用。核心概念有兩點：一是認為所有通信信源，例如語音、圖像、文本等，都可以表示為二進制序列；二是通信系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)當先將信源輸出轉(zhuǎn)換為二進制序列，再將這個序列轉(zhuǎn)換為適合特定物理媒質(zhì)傳輸?shù)男问?，這些物理媒質(zhì)包括電纜、雙絞線、光纖、空間電磁波等。顧名思義，數(shù)字通信系統(tǒng)（digital communication system）就是采用這種數(shù)字序列④作為接口，連接信源輸出和信道輸入、信道輸出和信宿輸入，如圖1-1所示。

媒體關(guān)注與評論

　　“Gallager教授是一位傳奇人物……他的書見解獨到、敘述方式簡明扼要，備受學生推崇。”——童朗，康奈爾大學教授“本書必將成為業(yè)界經(jīng)典！”——今井秀樹，東京大學教授“這是一本詳盡的數(shù)字通信教材，值得每一位通信專業(yè)師生和相關(guān)工程人員擁有?！薄猅elatar，洛桑聯(lián)邦理工學院教授

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