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中國高等職業技術教育研究會推薦
內容簡介
《高職高專電子、通信類專業“十二五”規劃教材:通信原理》是按高職“通信原理”課程基本要求,並結閤當前通信技術的最新發展而組織編寫的。
《高職高專電子、通信類專業“十二五”規劃教材:通信原理》主要內容包括:通信係統概論、模擬信號的數字編碼、基帶傳輸原理、數字調製與解調技術、同步原理、差錯控製編碼技術、信息論基礎及通信網和現代通信係統簡介。
《高職高專電子、通信類專業“十二五”規劃教材:通信原理》內容涵蓋麵廣,深淺適當,關鍵技術講解透徹,可作為高職高專開設“通信原理。課程的配套教材,也可作為通信技術培訓教材,還可供通信工程技術與管理人員參考使用。
內頁插圖
目錄
第1章 通信係統概論
1.1 概述
1.2 消息、信息、信號
1.2.1 基本概念
1.2.2 數字信號與模擬信號
教學內容項目實驗1 模擬信號發生器原理與測試
1.3 通信係統
1.3.1 通信係統的構成
1.3.2 通信係統的分類
1.4 模擬通信係統
1.4.1 模擬通信係統的模型
1.4.2 模擬通信係統的特點
1.4.3 調製
1.4.4 解調
教學內容項目實驗2 話路終端信號發送電路
1.5 數字通信係統
1.6 通信方式
1.7 通信係統的主要性能指標
1.7.1 模擬通信係統的性能指標
1.7.2 數字通信係統的性能指標
習題
第2章 模擬信號的數字編碼
2.1 基本概念
2.2 抽樣定理
2.3 脈衝振幅調製(PAM)
教學內容項目實驗3 抽樣定理與PAM通信係統實驗
2.4 模擬信號的量化
2.4.1 均勻量化
2.4.2 非均勻量化
2.5 脈衝編碼調製(PCM)
教學內容項目實驗4 PCM脈衝編譯碼實驗
2.6 差分脈衝編碼調製(DPCM)
2.7 增量調製(AM或DM)
教學內容項目實驗5 數字音節壓擴增量調製(△-∑)編譯碼實驗
2.8 PCM與AM的比較
2.9 自適應差值脈碼調製(ADPCM)
2.10 綫性預測編碼
教學內容項目實驗6 通信終端編譯碼係統指標測試實驗
習題
第3章 基帶傳輸原理
3.1 數字信號基帶傳輸的基本知識
3.2 數字基帶信號的碼型
3.2.1 碼型設計原則
3.2.2 二元碼
3.2.3 三元碼
教學內容項目實驗7 AMI/HDB3編譯碼過程實驗
3.2.4 多元碼
教學內容項目實驗8 CPLD可編程數字信號發生器
3.3 無碼間乾擾的傳輸特性
3.4 無碼間乾擾的傳輸條件
3.5 眼圖
教學內容項目實驗9 眼圖觀察測量實驗
3.6 均衡
3.7 擾碼和解擾
習題
第4章 數字調製與解調技術
4.1 二進製數字調製原理
教學內容項目實驗10 2FSK調製實驗
教學內容項目實驗11 2PSK調製實驗
4.2 二進製數字解調原理
教學內容項目實驗12 2PSK解調實驗
4.3 多進製數字調製原理
4.3.1 多進製數字振幅調製(MASK)的原理及特點
4.3.2 多進製數字頻率調製(MFSK)的原理及抗噪聲性能
4.3.3 多進製相位調製(MPSK)的原理
習題
第5章 同步原理
5.1 同步技術概論
5.2 載波同步
5.2.1 插入導頻法
5.2.2 非綫性變換——濾波法
5.2.3 同相正交法(科斯塔斯環)
5.3 位同步
5.3.1 插入導頻法
5.3.2 自同步法
教學內容項目實驗13 數字同步技術實驗
5.4 幀同步
5.4.1 幀標記同步法
5.4.2 對幀同步係統的要求
5.5 網同步
習題
第6章 差錯控製編碼
第7章 信息論基礎
第8章 通信網與現代通信係統簡介
參考文獻
前言/序言
根據當前我國高等職業教育的發展情況和教學需求,結閤現代通信技術的發展和應用現狀,我們組織編寫瞭本書。
現代通信技術發展非常迅速,實用的通信網絡遍及世界各地,通信技術所涵蓋的科技領域越來越廣泛。作為大學生,要掌握現代較為復雜的通信技術就必須打好堅實的專業基礎。“通信原理”可以說是通信專業的基礎和靈魂。因此,使讀者獲得足夠的通信技術基礎知識是本教材的編寫宗旨。
教育部明確指齣,高職教育是高等教育的一個門類,這就充分說明高職教育所具有的地位和價值。當然,高職教育必須與工程應用實際相結閤。因此,本教材在編寫的過程中,充分考慮到瞭我國高職教育所麵臨的改革與創新,為“基於項目式的、源於工作過程的”課程教學建立基礎平颱,以適應未來高職通信類學科的教學要求。
為瞭達到講述內容深淺適當,與“信號與係統”課程有良好銜接,對高職通信專業的專業課有良好的支撐作用,盡快使高職院通信專業都能開好“通信原理”這門課程,經過認真調研和廣泛徵求意見,並結閤編者多年的教學實踐,本書確立瞭編寫綱目。
通信原理:穿越信息洪流的奧秘 在信息爆炸的時代,通信無處不在,深刻地影響著我們的生活、工作乃至整個社會。從遠古的烽火狼煙到如今的5G網絡,通信技術的發展史就是一部人類文明進步的宏偉篇章。而隱藏在這背後,支撐起這一切的,正是通信原理這門學科。本書將帶您深入探尋通信的奧秘,理解信息如何得以準確、高效地從一方傳遞到另一方,揭示信息傳輸的底層邏輯與技術支撐。 一、 聲音的旅程:從模擬到數字的蛻變 人類的語言、音樂,這些美好的聲音,是如何穿越時空,抵達我們的耳畔的?本書將首先從模擬通信的基石講起。我們將一同探索聲音信號的特性,瞭解它如何在空氣中振動,又如何通過物理介質傳遞。在這個過程中,你會接觸到諸如幅度調製(AM)、頻率調製(FM)等經典的調製技術。想象一下,就像給一封信加上不同的郵戳,調製就是將原始信息“打扮”一番,使其能夠更好地在信道中“旅行”。我們將詳細解析這些調製方式的工作原理,理解它們如何利用載波信號來承載信息,以及它們各自的優缺點。 然而,模擬信號在傳輸過程中容易受到噪聲的乾擾,信息失真難以避免。於是,數字通信應運而生,它標誌著通信技術的一次革命。本書將詳細闡述模擬信號的數字化過程,這包括: 采樣: 如何在時間上對模擬信號進行離散化,捕捉其在不同時刻的“錶情”。我們會深入探討采樣定理,理解奈奎斯特定理為何是保證信息不丟失的關鍵。 量化: 如何將連續的幅度值轉化為有限的離散數值。我們將介紹均勻量化和非均勻量化,以及它們如何影響量化噪聲的産生。 編碼: 如何將量化後的數值轉化為二進製碼元,為數字傳輸奠定基礎。 數字信號的齣現,極大地提高瞭通信的可靠性和靈活性。本書將重點介紹數字調製技術,如幅度鍵控(ASK)、頻率鍵控(FSK)、相位鍵控(PSK)以及它們的組閤形式,如正交幅度調製(QAM)。你將瞭解這些技術如何利用不同的碼元來錶示二進製比特流,以及它們在信息傳輸效率和抗噪聲能力上的權衡。 二、 信息的“保鏢”:糾錯與信道編碼 即使是數字信號,在傳輸過程中也難免會遇到乾擾,産生錯誤。如何讓接收端準確地還原齣發送端的信息?這就需要通信的“保鏢”——糾錯編碼(Error Correction Coding)。 本書將深入淺齣地介紹幾種重要的糾錯編碼體製: 綫性分組碼: 如漢明碼,它在信息碼元中加入冗餘位,從而能夠檢測並糾正一定數量的錯誤。你將理解校驗矩陣和生成矩陣的作用,以及如何通過譯碼過程來恢復原始信息。 捲積碼: 這種編碼將當前輸入的信息比特與之前輸入的信息比特結閤起來進行編碼,形成一個“記憶”過程。我們將介紹捲積碼的編碼器結構(移位寄存器和加法器)以及常用的譯碼算法,如維特比算法,它是理解高效譯碼的關鍵。 更高級的編碼: 還會觸及LDPC碼和Turbo碼等現代通信係統中廣泛應用的高性能編碼,它們在接近香農極限的信道容量下仍能實現極低的誤碼率,是現代通信係統的核心技術之一。 通過學習糾錯編碼,你將理解通信係統是如何在不可靠的信道上實現可靠通信的,這對於構建穩定高效的通信網絡至關重要。 三、 信息的“搬運工”:信道與噪聲 信息在傳輸過程中,需要藉助各種各樣的“搬運工”——通信信道。本書將詳細分析不同類型的通信信道及其特性,包括: 傳輸綫: 如同架設在城市間的電話綫、網綫,它們在物理上的特性會影響信號的傳播。 自由空間: 無綫通信所依賴的廣闊空間,信號會受到傳播衰減、多徑效應等影響。 光縴: 現代高速通信的“高速公路”,我們將探討光的傳輸原理和光縴的特性。 在信息傳輸的旅途中,總會有一些“不速之客”——噪聲。噪聲是通信係統中最大的敵人之一,它會乾擾原始信號,導緻信息失真。本書將深入剖析各種噪聲的來源和特性,例如: 熱噪聲: 由電子在導體中的無規則熱運動産生。 散彈噪聲: 在電子器件中,載流子數量的不均勻性導緻的噪聲。 衝擊噪聲: 由瞬時性的乾擾源引起。 相乾噪聲: 與信號同時存在,且具有一定規律性的乾擾。 理解噪聲的性質,是設計齣能夠有效抵抗噪聲的通信係統的第一步。我們將探討如何通過抗噪聲技術,如優化信號的波形設計、選擇閤適的調製解調方式、采用糾錯編碼等,來最大限度地降低噪聲對通信質量的影響。 四、 信號的“歸宿”:解調與檢測 信息經過調製、在信道中傳輸、並遭受噪聲的侵擾後,接收端需要將其“還原”迴原始信息。這個過程就是解調和檢測。 本書將詳細介紹各種解調器的工作原理: 相乾解調: 需要本地振蕩器産生與載波信號嚴格同步的本地載波,以實現精確的信號恢復。 非相乾解調: 不需要本地載波同步,適用於一些對同步要求不高的場景。 我們將深入理解最佳接收機的概念,瞭解最大似然檢測和最大後驗概率檢測等判決準則,它們是在噪聲乾擾下做齣最準確的判決,將接收到的信號轉化為原始的數字比特流。 五、 時代的脈搏:現代通信係統概覽 在掌握瞭通信原理的基本概念後,本書還將帶領讀者將目光投嚮現代通信係統。我們將簡要介紹: 移動通信係統: 從早期的1G到如今的5G,蜂窩網絡的演進曆程,多址技術(FDMA, TDMA, CDMA, OFDMA)的演變,以及頻譜利用的效率提升。 衛星通信: 如何利用人造衛星進行遠距離通信,以及其在廣播、導航等領域的應用。 光通信: 光縴通信的原理、器件(激光器、光探測器)以及其在互聯網骨乾網中的核心作用。 信息論基礎: 簡要介紹信息熵、信道容量等概念,理解通信係統的理論極限,以及信息論在通信設計中的指導意義。 結語 通信原理是一門融匯瞭數學、物理、工程技術的綜閤性學科。它不僅能幫助我們理解當今世界為何能夠如此便捷地互聯互通,更能為我們探索未來通信技術的發展指明方嚮。本書力求以清晰的邏輯、生動的語言、嚴謹的論證,幫助讀者構建起堅實的通信原理知識體係,為從事通信技術的學習、研究和工程實踐奠定堅實的基礎,使您能夠更好地理解信息時代的脈搏,並為信息技術的進步貢獻力量。