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内容简介
《高职高专电子、通信类专业“十二五”规划教材:通信原理》是按高职“通信原理”课程基本要求,并结合当前通信技术的最新发展而组织编写的。
《高职高专电子、通信类专业“十二五”规划教材:通信原理》主要内容包括:通信系统概论、模拟信号的数字编码、基带传输原理、数字调制与解调技术、同步原理、差错控制编码技术、信息论基础及通信网和现代通信系统简介。
《高职高专电子、通信类专业“十二五”规划教材:通信原理》内容涵盖面广,深浅适当,关键技术讲解透彻,可作为高职高专开设“通信原理。课程的配套教材,也可作为通信技术培训教材,还可供通信工程技术与管理人员参考使用。
内页插图
目录
第1章 通信系统概论
1.1 概述
1.2 消息、信息、信号
1.2.1 基本概念
1.2.2 数字信号与模拟信号
教学内容项目实验1 模拟信号发生器原理与测试
1.3 通信系统
1.3.1 通信系统的构成
1.3.2 通信系统的分类
1.4 模拟通信系统
1.4.1 模拟通信系统的模型
1.4.2 模拟通信系统的特点
1.4.3 调制
1.4.4 解调
教学内容项目实验2 话路终端信号发送电路
1.5 数字通信系统
1.6 通信方式
1.7 通信系统的主要性能指标
1.7.1 模拟通信系统的性能指标
1.7.2 数字通信系统的性能指标
习题
第2章 模拟信号的数字编码
2.1 基本概念
2.2 抽样定理
2.3 脉冲振幅调制(PAM)
教学内容项目实验3 抽样定理与PAM通信系统实验
2.4 模拟信号的量化
2.4.1 均匀量化
2.4.2 非均匀量化
2.5 脉冲编码调制(PCM)
教学内容项目实验4 PCM脉冲编译码实验
2.6 差分脉冲编码调制(DPCM)
2.7 增量调制(AM或DM)
教学内容项目实验5 数字音节压扩增量调制(△-∑)编译码实验
2.8 PCM与AM的比较
2.9 自适应差值脉码调制(ADPCM)
2.10 线性预测编码
教学内容项目实验6 通信终端编译码系统指标测试实验
习题
第3章 基带传输原理
3.1 数字信号基带传输的基本知识
3.2 数字基带信号的码型
3.2.1 码型设计原则
3.2.2 二元码
3.2.3 三元码
教学内容项目实验7 AMI/HDB3编译码过程实验
3.2.4 多元码
教学内容项目实验8 CPLD可编程数字信号发生器
3.3 无码间干扰的传输特性
3.4 无码间干扰的传输条件
3.5 眼图
教学内容项目实验9 眼图观察测量实验
3.6 均衡
3.7 扰码和解扰
习题
第4章 数字调制与解调技术
4.1 二进制数字调制原理
教学内容项目实验10 2FSK调制实验
教学内容项目实验11 2PSK调制实验
4.2 二进制数字解调原理
教学内容项目实验12 2PSK解调实验
4.3 多进制数字调制原理
4.3.1 多进制数字振幅调制(MASK)的原理及特点
4.3.2 多进制数字频率调制(MFSK)的原理及抗噪声性能
4.3.3 多进制相位调制(MPSK)的原理
习题
第5章 同步原理
5.1 同步技术概论
5.2 载波同步
5.2.1 插入导频法
5.2.2 非线性变换——滤波法
5.2.3 同相正交法(科斯塔斯环)
5.3 位同步
5.3.1 插入导频法
5.3.2 自同步法
教学内容项目实验13 数字同步技术实验
5.4 帧同步
5.4.1 帧标记同步法
5.4.2 对帧同步系统的要求
5.5 网同步
习题
第6章 差错控制编码
第7章 信息论基础
第8章 通信网与现代通信系统简介
参考文献
前言/序言
根据当前我国高等职业教育的发展情况和教学需求,结合现代通信技术的发展和应用现状,我们组织编写了本书。
现代通信技术发展非常迅速,实用的通信网络遍及世界各地,通信技术所涵盖的科技领域越来越广泛。作为大学生,要掌握现代较为复杂的通信技术就必须打好坚实的专业基础。“通信原理”可以说是通信专业的基础和灵魂。因此,使读者获得足够的通信技术基础知识是本教材的编写宗旨。
教育部明确指出,高职教育是高等教育的一个门类,这就充分说明高职教育所具有的地位和价值。当然,高职教育必须与工程应用实际相结合。因此,本教材在编写的过程中,充分考虑到了我国高职教育所面临的改革与创新,为“基于项目式的、源于工作过程的”课程教学建立基础平台,以适应未来高职通信类学科的教学要求。
为了达到讲述内容深浅适当,与“信号与系统”课程有良好衔接,对高职通信专业的专业课有良好的支撑作用,尽快使高职院通信专业都能开好“通信原理”这门课程,经过认真调研和广泛征求意见,并结合编者多年的教学实践,本书确立了编写纲目。
通信原理:穿越信息洪流的奥秘 在信息爆炸的时代,通信无处不在,深刻地影响着我们的生活、工作乃至整个社会。从远古的烽火狼烟到如今的5G网络,通信技术的发展史就是一部人类文明进步的宏伟篇章。而隐藏在这背后,支撑起这一切的,正是通信原理这门学科。本书将带您深入探寻通信的奥秘,理解信息如何得以准确、高效地从一方传递到另一方,揭示信息传输的底层逻辑与技术支撑。 一、 声音的旅程:从模拟到数字的蜕变 人类的语言、音乐,这些美好的声音,是如何穿越时空,抵达我们的耳畔的?本书将首先从模拟通信的基石讲起。我们将一同探索声音信号的特性,了解它如何在空气中振动,又如何通过物理介质传递。在这个过程中,你会接触到诸如幅度调制(AM)、频率调制(FM)等经典的调制技术。想象一下,就像给一封信加上不同的邮戳,调制就是将原始信息“打扮”一番,使其能够更好地在信道中“旅行”。我们将详细解析这些调制方式的工作原理,理解它们如何利用载波信号来承载信息,以及它们各自的优缺点。 然而,模拟信号在传输过程中容易受到噪声的干扰,信息失真难以避免。于是,数字通信应运而生,它标志着通信技术的一次革命。本书将详细阐述模拟信号的数字化过程,这包括: 采样: 如何在时间上对模拟信号进行离散化,捕捉其在不同时刻的“表情”。我们会深入探讨采样定理,理解奈奎斯特定理为何是保证信息不丢失的关键。 量化: 如何将连续的幅度值转化为有限的离散数值。我们将介绍均匀量化和非均匀量化,以及它们如何影响量化噪声的产生。 编码: 如何将量化后的数值转化为二进制码元,为数字传输奠定基础。 数字信号的出现,极大地提高了通信的可靠性和灵活性。本书将重点介绍数字调制技术,如幅度键控(ASK)、频率键控(FSK)、相位键控(PSK)以及它们的组合形式,如正交幅度调制(QAM)。你将了解这些技术如何利用不同的码元来表示二进制比特流,以及它们在信息传输效率和抗噪声能力上的权衡。 二、 信息的“保镖”:纠错与信道编码 即使是数字信号,在传输过程中也难免会遇到干扰,产生错误。如何让接收端准确地还原出发送端的信息?这就需要通信的“保镖”——纠错编码(Error Correction Coding)。 本书将深入浅出地介绍几种重要的纠错编码体制: 线性分组码: 如汉明码,它在信息码元中加入冗余位,从而能够检测并纠正一定数量的错误。你将理解校验矩阵和生成矩阵的作用,以及如何通过译码过程来恢复原始信息。 卷积码: 这种编码将当前输入的信息比特与之前输入的信息比特结合起来进行编码,形成一个“记忆”过程。我们将介绍卷积码的编码器结构(移位寄存器和加法器)以及常用的译码算法,如维特比算法,它是理解高效译码的关键。 更高级的编码: 还会触及LDPC码和Turbo码等现代通信系统中广泛应用的高性能编码,它们在接近香农极限的信道容量下仍能实现极低的误码率,是现代通信系统的核心技术之一。 通过学习纠错编码,你将理解通信系统是如何在不可靠的信道上实现可靠通信的,这对于构建稳定高效的通信网络至关重要。 三、 信息的“搬运工”:信道与噪声 信息在传输过程中,需要借助各种各样的“搬运工”——通信信道。本书将详细分析不同类型的通信信道及其特性,包括: 传输线: 如同架设在城市间的电话线、网线,它们在物理上的特性会影响信号的传播。 自由空间: 无线通信所依赖的广阔空间,信号会受到传播衰减、多径效应等影响。 光纤: 现代高速通信的“高速公路”,我们将探讨光的传输原理和光纤的特性。 在信息传输的旅途中,总会有一些“不速之客”——噪声。噪声是通信系统中最大的敌人之一,它会干扰原始信号,导致信息失真。本书将深入剖析各种噪声的来源和特性,例如: 热噪声: 由电子在导体中的无规则热运动产生。 散弹噪声: 在电子器件中,载流子数量的不均匀性导致的噪声。 冲击噪声: 由瞬时性的干扰源引起。 相干噪声: 与信号同时存在,且具有一定规律性的干扰。 理解噪声的性质,是设计出能够有效抵抗噪声的通信系统的第一步。我们将探讨如何通过抗噪声技术,如优化信号的波形设计、选择合适的调制解调方式、采用纠错编码等,来最大限度地降低噪声对通信质量的影响。 四、 信号的“归宿”:解调与检测 信息经过调制、在信道中传输、并遭受噪声的侵扰后,接收端需要将其“还原”回原始信息。这个过程就是解调和检测。 本书将详细介绍各种解调器的工作原理: 相干解调: 需要本地振荡器产生与载波信号严格同步的本地载波,以实现精确的信号恢复。 非相干解调: 不需要本地载波同步,适用于一些对同步要求不高的场景。 我们将深入理解最佳接收机的概念,了解最大似然检测和最大后验概率检测等判决准则,它们是在噪声干扰下做出最准确的判决,将接收到的信号转化为原始的数字比特流。 五、 时代的脉搏:现代通信系统概览 在掌握了通信原理的基本概念后,本书还将带领读者将目光投向现代通信系统。我们将简要介绍: 移动通信系统: 从早期的1G到如今的5G,蜂窝网络的演进历程,多址技术(FDMA, TDMA, CDMA, OFDMA)的演变,以及频谱利用的效率提升。 卫星通信: 如何利用人造卫星进行远距离通信,以及其在广播、导航等领域的应用。 光通信: 光纤通信的原理、器件(激光器、光探测器)以及其在互联网骨干网中的核心作用。 信息论基础: 简要介绍信息熵、信道容量等概念,理解通信系统的理论极限,以及信息论在通信设计中的指导意义。 结语 通信原理是一门融汇了数学、物理、工程技术的综合性学科。它不仅能帮助我们理解当今世界为何能够如此便捷地互联互通,更能为我们探索未来通信技术的发展指明方向。本书力求以清晰的逻辑、生动的语言、严谨的论证,帮助读者构建起坚实的通信原理知识体系,为从事通信技术的学习、研究和工程实践奠定坚实的基础,使您能够更好地理解信息时代的脉搏,并为信息技术的进步贡献力量。