本书系统、深入地介绍了通信系统的基本概念、基本理论和基本分析方法，是通信及信息专业的专业基础课程教材。全书共9章，内容包括：绪论、信号与噪声分析、模拟调制系统、模拟信号的数字传输、数字信号的基带传输、数字信号的频带传输、扩频调制与多载波调制、信息论基础和信道编码。 本书叙述上力求概念清楚、重点突出、深入浅出、通俗易懂；内容上力求逻辑性、科学性、系统性与先进性的统一。书中列举了大量的例题和图示，各章节附有大量的习题供练习，便于教学和自学。
张祖凡，男，重庆邮电大学通信与信息工程学院教授、博士生导师，重庆市“巴渝学者”特聘教授。主要从事无线移动通信理论与技术的研究工作，先后承担国家自然科学基金、国家科技重大专项、国家重大科学仪器设备开发专项、863计划、科技部国际科技合作及省部级项目29项，在国内外期刊和会议上发表学术论文123篇，申请国家发明专利53件（授权22件），软件著作权登记14件，向国际标准化组织3GPP输出标准文稿1件，教学科研成果获重庆市技术发明一等奖1项、重庆市科技进步三等奖1项、重庆市教学成果三等奖1项。
目 录
第1章 绪论 1
1.1 通信的基本概念 1
1.2 通信系统模型 1
1.2.1 通信系统一般模型 1
1.2.2 模拟信源与数字信源 2
1.2.3 模拟通信系统模型 3
1.2.4 数字通信系统模型 3
1.2.5 数字通信的特点 4
1.2.6 广播通信与点对点通信 6
1.2.7 单工与双工通信 6
1.2.8 存储系统 7
1.3 信道 7
1.3.1 信道对信号的影响 7
1.3.2 有线信道 7
1.3.3 无线信道和电波传播 9
1.4 信息及其度量 11
1.5 通信系统的主要性能指标 13
1.5.1 数字通信系统的主要性能指标 13
1.5.2 模拟通信系统的主要性能指标 14
1.5.3 香农公式 14
1.6 通信发展简史 17
习题1 18
第2章 信号与噪声分析 20
2.1 确定信号分析 20
2.1.1 确定信号的分类 20
2.1.2 周期信号的傅里叶级数 21
2.1.3 傅里叶变换 23
2.1.4 能量谱密度和功率谱密度 25
2.1.5 确定信号的相关函数 28
2.1.6 确定信号通过线性系统 30
2.1.7 希尔伯特变换和解析信号 32
2.1.8 频带信号和带通系统的等效基带分析 34
2.2 随机变量的统计特征 37
2.2.1 单个随机变量的统计特征 37
2.2.2 多个随机变量的统计特征 38
2.3 随机过程的统计特性 39
2.3.1 随机过程的一般表述 39
2.3.2 随机过程的概率密度和数字特征 40
2.4 平稳随机过程 42
2.4.1 平稳随机过程的定义 42
2.4.2 各态历经性 43
2.4.3 平稳随机过程自相关函数的性质 43
2.4.4 平稳随机过程的功率谱密度 44
2.5 高斯随机过程 46
2.5.1 高斯过程的定义 46
2.5.2 高斯过程的性质 47
2.5.3 一维高斯分布 47
2.5.4 加性高斯白噪声（AWGN） 47
2.5.5 Q函数和互补误差函数 49
2.6 平稳随机过程通过线性系统 51
2.7 匹配滤波器 53
2.8 窄带高斯白噪声 57
2.8.1 窄带高斯白噪声的表达式 57
2.8.2 窄带高斯白噪声的统计特征 58
2.8.3 窄带高斯白噪声加正弦波的包络分布 62
2.9 循环平稳随机过程 62
2.9.1 循环平稳随机过程的定义 62
2.9.2 循环平稳随机过程的功率谱密度 63
2.9.3 平稳随机过程通过乘法器的输出 63
习题2 66
第3章 模拟调制系统 70
3.1 模拟调制系统模型 70
3.2 幅度调制系统的原理 71
3.2.1 具有离散大载波的双边带调幅（AM） 71
3.2.2 抑制载波的双边带调幅（DSB） 75
3.2.3 单边带调幅（SSB） 77
3.2.4 残留边带调幅（VSB） 80
3.3 幅度调制系统的抗噪声性能 81
3.3.1 抗噪声性能的分析模型和指标 82
3.3.2 相干解调的抗噪声性能 82
3.3.3 包络检波的抗噪声性能 86
3.4 角度调制系统的原理及抗噪声性能 88
3.4.1 角度调制信号的时域表示 88
3.4.2 角度调制信号的频谱特性 91
3.4.3 调频信号的产生 93
3.4.4 调频信号的解调 94
3.4.5 调频系统的抗噪声性能 95
3.4.6 模拟调制系统的性能比较 99
3.4.7 调频系统的门限效应 100
3.4.8 调频系统的加重技术 101
3.5 频分复用 101
习题3 103
第4章 模拟信号的数字化 108
4.1 PCM通信系统 108
4.1.1 PCM通信系统模型 108
4.1.2 PCM通信系统的信息速率 109
4.2 抽样 109
4.2.1 理想抽样 110
4.2.2 自然抽样 113
4.3 量化 114
4.3.1 均匀量化 114
4.3.2 非均匀量化 116
4.4 PCM编码 119
4.4.1 常用的二进制码型 119
4.4.2 A律13折线编码 120
4.5 PCM系统的信噪比 124
4.6 差值脉冲编码调制和增量调制 125
4.6.1 差值脉冲编码调制 126
4.6.2 增量调制 127
4.7 时分复用 129
4.7.1 时分复用的基本原理 129
4.7.2 TDM-PCM系统的信息速率 131
4.7.3 PCM 30/32路系统的帧结构 131
4.7.4 数字复接系列 133
习题4 133
第5章 数字信号的基带传输 137
5.1 数字基带传输系统模型 137
5.2 数字基带PAM信号波形及其功率谱密度 139
5.2.1 常用的数字PAM信号 139
5.2.2 数字PAM信号的功率谱密度 141
5.2.3 线路码型 147
5.2.4 脉冲波形 150
5.3 AWGN信道条件下的2PAM数字基带系统的抗噪声性能 150
5.3.1 双极性2PAM数字基带系统误比特率分析 151
5.3.2 单极性2PAM数字基带系统误比特率分析 153
5.3.3 利用匹配滤波器进行最佳接收的误比特率 154
5.3.4 2PAM数字基带系统误比特率比较 157
5.4 限带信道中数字PAM信号的无码间干扰基带传输 159
5.4.1 基带传输特性的分析模型 159
5.4.2 无码间干扰的基带传输特性满足的条件 160
5.4.3 无码间干扰的传输特性实例 163
5.4.4 理想限带AWGN信道条件下的数字PAM信号的最佳基带传输 167
5.4.5 信道均衡 169
5.5 眼图 171
5.6 部分响应系统 172
5.6.1 第Ⅰ类部分响应系统 172
5.6.2 一般部分响应系统 176
习题5 177
第6章 数字信号的频带传输 182
6.1 数字频带传输系统模型 182
6.2 二进制数字信号的正弦型载波调制原理 183
6.2.1 二进制数字调制信号的时域表示 183
6.2.2 二进制数字调制信号的产生 185
6.2.3 二进制数字调制信号的功率谱及带宽 187
6.3 多进制数字信号的正弦型载波调制原理 189
6.3.1 M进制幅移键控 189
6.3.2 M进制相移键控 191
6.3.3 M进制频移键控 195
6.4 数字信号的矢量空间分析和最佳接收理论 196
6.4.1 数字信号的矢量空间分析 196
6.4.2 数字信号的星座图 201
6.4.3 接收信号的矢量空间分析 205
6.4.4 AWGN信道条件下的最佳接收理论 208
6.5 AWGN信道条件下二进制数字调制系统的抗噪声性能 217
6.5.1 采用最佳接收的误比特率分析 217
6.5.2 采用其他接收方式的误比特率分析 223
6.6 AWGN信道条件下多进制数字调制系统的抗噪声性能 231
6.6.1 MASK的最佳接收及其误符号率分析 231
6.6.2 MPSK的最佳接收及其误符号率分析 233
6.6.3 正交MFSK的最佳接收及其误符号率分析 238
6.6.4 多进制数字调制系统的误比特率 240
6.7 差分相移键控 241
6.7.1 二进制相对相移键控（2DPSK） 241
6.7.2 四进制相对相移键控（4DPSK） 244
6.8 正交幅度调制 245
6.8.1 MQAM信号的时域表示 245
6.8.2 MQAM信号的星座图 245
6.8.3 方型星座MQAM信号的产生 247
6.8.4 方型星座MQAM信号的频带利用率 248
6.8.5 AWGN信道条件下MQAM信号的最佳接收和抗噪声性能 248
6.9 理想限带AWGN信道条件下的最佳频带传输系统 250
6.10 改进型四相相移键控 252
6.10.1 偏移四相相移键控 252
6.10.2 ?/4差分四相相移键控 254
6.11 恒包络连续相位频移键控 256
6.11.1 MSK信号 256
6.11.2 GMSK信号 261
6.12 基于性能指标要求的调制方案选择 262
6.12.1 数字调制系统的性能分析 262
6.12.2 数字调制方案的选择 264
思考题 265
习题6 265
第7章 扩频调制与多载波调制 274
7.1 扩频调制 274
7.1.1 扩频调制的概念 274
7.1.2 伪噪声序列 275
7.1.3 直接序列扩频 277
7.1.4 跳频扩频 280
7.1.5 跳时扩频 282
7.2 多载波调制 283
7.2.1 引言 283
7.2.2 正交频分复用的基本原理 285
7.2.3 循环前缀 290
7.2.4 OFDM系统发送机和接收机的结构 292
7.2.5 OFDM系统中的频率和定时同步 293
7.2.6 OFDM系统中的峰均比 294
7.2.7 OFDM技术应用实例——IEEE 802.11a 294
习题7 295
第8章 信息论基础 297
8.1 信息传输系统模型 297
8.2 离散信源及其信息度量 298
8.2.1 离散信源的分类及统计特性 298
8.2.2 单符号离散信源熵 299
8.2.3 联合熵和条件熵 301
8.2.4 多符号离散信源熵 303
8.2.5 离散信源的剩余度 305
8.3 离散信道及其信道容量 306
8.3.1 离散信道的分类及统计特性 306
8.3.2 互信息和平均互信息 308
8.3.3 信道容量的定义 311
8.3.4 典型离散信道的容量 312
8.3.5 信源与信道的匹配 313
8.4 连续信源熵与加性高斯信道容量 313
8.4.1 连续信源的分类及其统计特性 313
8.4.2 连续信源的熵 314
8.4.3 连续信道的统计特性 316
8.4.4 加性连续信道的平均互信息 316
8.4.5 加性高斯连续信道的容量 317
8.5 香农编码定理 319
8.5.1 无失真离散信源编码定理 319
8.5.2 有噪信道编码定理 323
8.5.3 限失真信源编码定理 323
思考题 325
习题8 326
第9章 信道编码 330
9.1 信道编码通信模型 330
9.2 信道编码的基本概念 331
9.2.1 信道编码的分类 331
9.2.2 简单的信道编码 332
9.2.3 信道编码的检错和纠错能力 332
9.2.4 信道编码的译码方法 334
9.2.5 差错控制的三种方式 336
9.3 线性分组码 336
9.3.1 线性分组码的编码 337
9.3.2 线性分组码的译码 342
9.3.3 完备码和汉明码 348
9.3.4 对偶码 349
9.3.5 扩展码和缩短码 349
9.4 循环码 351
9.4.1 循环码的码多项式 352
9.4.2 循环码的生成多项式和生成矩阵 353
9.4.3 循环码的监督多项式和监督矩阵 356
9.4.4 循环码的编码电路 358
9.4.5 循环码的伴随式 361
9.4.6 循环码的译码电路 363
9.4.7 CRC码 366
9.4.8 BCH码和RS码 367
9.5 卷积码 369
9.5.1 卷积码的解析表示 369
9.5.2 卷积码的图形描述 373
9.5.3 卷积码的译码方法 375
9.5.4 卷积码的特性 377
9.5.5 删余卷积码 378
9.5.6 递归型系统卷积码 379
9.6 交织码 380
9.7 级联码 382
9.8 Turbo码 383
9.9 LDPC码 384
9.10 基于性能指标要求下的信道编码方案选择 385
9.10.1 香农理论极限 385
9.10.2 编码与调制的权衡 387
9.10.3 数字调制系统中信道编码方案选择 388
习题9 391
附录A 常用三角公式 395
附录B 傅里叶变换 396
附录C Q函数和互补误差函数 398
参考文献 400
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