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第1章 绪论1

1.1数字通信系统的基本组成部分1

1.2通信信道及其特征2

1.3通信信道的数学模型7

1.4数字通信发展的回顾与展望8

1.5本书概貌11

1.6文献注释与参考资料11

第2章 确定信号与随机信号分析12

2.1带通信号与低通信号的表示13

2.1.1带通信号与低通信号13

2.1.2带通信号的等效低通15

2.1.3能量考虑17

2.1.4带通系统的等效低通19

2.2波形的信号空间表示19

2.2.1矢量空间概念20

2.2.2信号空间概念21

2.2.3信号的正交展开22

2.2.4格拉姆-施密特（Gram-Schmidt）过程23

2.3常用的随机变量29

2.4尾部概率的边界41

2.5随机变量和的极限定理47

2.6复随机变量47

2.7随机过程49

2.7.1广义平稳随机过程50

2.7.2循环平稳随机过程52

2.7.3本征与环随机过程53

2.7.4马尔可夫链53

2.8随机过程的级数展开55

2.8.1带限随机过程的抽样定理56

2.8.2 K-L（Karhunen-Loeve）展开式57

2.9带通和低通随机过程59

2.10文献注释与参考资料61

习题61

第3章 数字调制方法71

3.1数字调制信号的表示71

3.2无记忆调制方法73

3.2.1脉冲幅度调制（PAM）73

3.2.2相位调制76

3.2.3正交幅度调制77

3.2.4多维信号传输80

3.3有记忆信号传输方式84

3.3.1连续相位频移键控（CPFSK）86

3.3.2连续相位调制（CPM）87

3.4数字调制信号的功率谱95

3.4.1有记忆数字调制信号的功率谱密度96

3.4.2线性调制信号的功率谱密度97

3.4.3有限记忆数字调制信号的功率谱密度99

3.4.4马尔可夫结构调制方式的功率谱密度99

3.4.5 CPFSK和CPM信号的功率谱密度101

3.5文献注释与参考资料107

习题108

第4章 AWGN信道的最佳接收机116

4.1波形与矢量信道的模型116

4.2波形与矢量AWGN信道121

4.2.1矢量AWGN信道的最佳检测123

4.2.2 AWGN信道最佳接收机的实现127

4.2.3最大似然检测差错概率的一致边界131

4.3带限信号的最佳检测和差错概率135

4.3.1 ASK或PAM信号的最佳检测和差错概率135

4.3.2 PSK信号的最佳检测和差错概率136

4.3.3 QAM信号的最佳检测和差错概率140

4.3.4解调与检测144

4.4功限信号的最佳检测和差错概率146

4.4.1正交信号的最佳检测和差错概率146

4.4.2双正交信号的最佳检测和差错概率149

4.4.3单纯信号的最佳检测和差错概率150

4.5不确定情况下的最佳检测：非相干检测150

4.5.1载波调制信号的非相干检测152

4.5.2 FSK调制信号的最佳非相干检测154

4.5.3正交信号非相干检测的差错概率154

4.5.4相关二进制信号包络检测的差错概率157

4.5.5差分PSK（DPSK）158

4.6数字信号调制方法的比较161

4.7格和基于格的星座图163

4.7.1格的介绍164

4.7.2基于格的信号星座图169

4.8有记忆信号的检测172

4.9 CPM信号的最佳接收机175

4.9.1 CPM信号的最佳解调和检测175

4.9.2 CPM信号的性能178

4.9.3 CPM信号的次最佳解调和检测184

4.10有线通信系统和无线通信系统的性能分析184

4.10.1再生中继器184

4.10.2无线通信系统中链路预算分析185

4.11文献注释与参考资料188

习题188

第5章 载波和符号同步207

5.1信号参数估计207

5.1.1似然函数208

5.1.2信号解调中的载波恢复与符号同步209

5.2载波相位估计211

5.2.1最大似然载波相位估计212

5.2.2锁相环213

5.2.3加性噪声对相位估计的影响215

5.2.4面向判决环216

5.2.5非面向判决环220

5.3符号定时估计225

5.3.1最大似然定时估计226

5.3.2非面向判决定时估计227

5.4载波相位和符号定时的联合估计229

5.5最大似然估计器的性能特征231

5.6文献注释与参考资料233

习题234

第6章 信息论基础237

6.1信源的数学模型237

6.2信息的对数度量238

6.3信源的无损编码241

6.3.1无损信源编码定理241

6.3.2无损编码算法243

6.4有损数据压缩250

6.4.1连续随机变量的熵和互信息250

6.4.2率失真函数251

6.5信道模型和信道容量254

6.5.1信道模型255

6.5.2信道容量258

6.6用正交信号集获取信道容量264

6.7信道可靠性函数265

6.8信道截止速率267

6.8.1 Bhattacharyya界和Chemov界267

6.8.2随机编码269

6.9文献注释与参考资料272

习题273

第7章 线性分组码287

7.1基本定义288

7.1.1有限域的结构289

7.1.2矢量空间295

7.2线性分组码的一般性质295

7.2.1生成矩阵和校验矩阵296

7.2.2线性分组码的重量与距离特性297

7.2.3重量分布多项式298

7.2.4线性分组码的差错概率299

7.3一些特殊的线性分组码301

7.3.1重复码301

7.3.2汉明码301

7.3.3最大长度码302

7.3.4 Reed-Muller码302

7.3.5哈达玛码303

7.3.6高莱码304

7.4线性分组码的最佳软判决译码304

7.5线性分组码的硬判决译码308

7.5.1分组码的检错和纠错能力310

7.5.2硬判决译码的码组和比特差错概率311

7.6硬判决译码与软判决译码的性能比较313

7.7线性分组码最小距离的边界316

7.7.1辛格尔顿界316

7.7.2汉明界317

7.7.3普洛特金界318

7.7.4埃利斯界318

7.7.5 McEliece-Rodemich-Rumsey-Welch（MRRW）界318

7.7.6乌沙莫夫-吉尔伯特界319

7.8修改的线性分组码320

7.8.1缩短和伸长320

7.8.2删余和扩展321

7.8.3删信和增广321

7.9循环码321

7.9.1循环码定义和基本性质321

7.9.2系统循环码326

7.9.3循环码编码器328

7.9.4循环码的译码330

7.9.5循环码实例331

7.10 BCH码334

7.10.1 BCH码的结构334

7.10.2 BCH码译码337

7.11里德-所罗门码339

7.12突发差错信道的编码342

7.13组合码343

7.13.1乘积码344

7.13.2级联码345

7.14文献注释与参考资料347

习题347

第8章 基于网格和图形的编码354

8.1卷积码的结构354

8.1.1树图、网格图和状态图357

8.1.2卷积码的转移函数360

8.1.3系统卷积码、非递归卷积码和递归卷积码363

8.1.4卷积码编码器的逆与恶性码365

8.2卷积码的译码366

8.2.1卷积码的最大似然译码——维特比算法366

8.2.2卷积码最大似然译码的差错概率368

8.3二进制卷积码的距离特性370

8.4删余卷积码373

8.5卷积码的其他译码算法377

8.6卷积码应用的实际考虑383

8.7非二进制的双k码和级联码386

8.8卷积码的最大后验概率译码——BCJR算法389

8.9 Turbo码和迭代译码394

8.9.1 Turbo码的性能边界395

8.9.2 Turbo码的迭代译码397

8.9.3迭代译码的EXIT图研究399

8.10因子图与和-积算法401

8.10.1 Tanner图401

8.10.2因子图403

8.10.3和-积算法405

8.10.4利用和-积算法的MAP译码407

8.11低密度奇偶校验码408

8.12带限信道的编码——网格编码调制TCM410

8.12.1格和网格编码调制419

8.12.2 Turbo码的高带宽效率调制421

8.13文献注释与参考资料423

习题424

第9章 通过带限信道的数字通信430

9.1带限信道的特征430

9.2带限信道的信号设计433

9.2.1无符号间干扰的带限信号的设计——奈奎斯特准则435

9.2.2具有受控ISI的带限信号设计——部分响应信号439

9.2.3受控ISI的数据检测442

9.2.4失真信道的信号设计446

9.3 ISI和AWGN信道的最佳接收机449

9.3.1最佳最大似然接收机449

9.3.2 ISI信道的离散时间模型451

9.3.3离散时间白噪声滤波器模型的维特比算法453

9.3.4 ISI信道的MLSE性能456

9.4线性均衡462

9.4.1峰值失真准则463

9.4.2均方误差（MSE）准则467

9.4.3 MSE均衡器的性能特征470

9.4.4分数间隔均衡器474

9.4.5基带和带通线性均衡器476

9.5判决反馈均衡器478

9.5.1判决反馈均衡器系数最佳化479

9.5.2判决反馈均衡器的性能特征479

9.5.3预测判决反馈均衡器482

9.5.4发送机的均衡——Tomlinson-Harashima预编码484

9.6降低复杂性的ML检测器485

9.7迭代均衡和译码——Turbo码均衡486

9.8文献注释与参考资料488

习题489

第10章 自适应均衡501

10.1自适应线性均衡501

10.1.1迫零算法501

10.1.2 LMS算法503

10.1.3 LMS算法的收敛特性505

10.1.4有噪梯度估计值引起的过剩MSE506

10.1.5加速LMS算法的初始收敛速率508

10.1.6自适应分数间隔均衡器——抽头泄漏算法510

10.1.7用于ML序列检测的自适应信道估计器511

10.2自适应判决反馈均衡器513

10.3网格编码信号的自适应均衡514

10.4自适应均衡的递推最小二乘算法516

10.4.1递推最小二乘（卡尔曼）算法517

10.4.2线性预测器和格型滤波器520

10.5自恢复（盲）均衡524

10.5.1基于最大似然准则的盲均衡524

10.5.2随机梯度算法527

10.5.3基于二阶和高阶信号统计量的盲均衡算法531

10.6文献注释与参考资料532

习题533

第11章 多信道和多载波系统536

11.1 AWGN信道中的多信道数字通信536

11.1.1二进制信号538

11.1.2 M元正交信号539

11.2多载波通信541

11.2.1单载波和多载波调制541

11.2.2非理想线性滤波器信道的容量541

11.2.3正交频分复用（OFDM）542

11.2.4 OFDM系统的调制和解调544

11.2.5 OFDM系统的FFT算法实现545

11.2.6多载波信号的谱特征547

11.2.7多载波调制中的比特和功率的分配549

11.2.8多载波调制中的峰均比551

11.2.9多载波调制中的信道编码的一些思考552

11.3文献注释与参考资料553

习题553

第12章 用于数字通信的扩频信号555

12.1扩频数字通信系统的模型556

12.2直接序列扩频信号557

12.2.1译码器的差错概率性能559

12.2.2 DS扩频信号的一些应用566

12.2.3脉冲干扰对DS扩频系统的影响570

12.2.4 DS扩频系统中窄带干扰的删除574

12.2.5 PN序列的生成579

12.3跳频扩频信号582

12.3.1 AWGN信道中的FH扩频信号的性能584

12.3.2部分频带干扰下FH扩频信号的性能586

12.3.3基于FH扩频信号的CDMA系统590

12.4其他类型的扩频信号591

12.5扩频系统的同步592

12.6文献注释与参考资料598

习题598

第13章 衰落信道Ⅰ：信道特征与信号传输603

13.1多径衰落信道的特征603

13.1.1信道相关函数和功率谱605

13.1.2衰落信道的统计模型610

13.2信号特征对信道模型选择的影响612

13.3频率非选择性慢衰落信道614

13.4多径衰落信道的分集技术617

13.4.1二进制信号617

13.4.2多相信号623

13.4.3 M元正交信号624

13.5频率选择性慢衰落信道中的信号传输：RAKE解调器628

13.5.1抽头延迟线信道模型629

13.5.2 RAKE解调器630

13.5.3 RAKE解调器的性能632

13.5.4符号间干扰信道的接收机结构638

13.6多载波调制（OFDM）639

13.6.1多普勒扩展引起的OFDM系统性能的减损640

13.6.2 OFDM系统中ICI的抑制643

13.7文献注释与参考资料644

习题644

第14章 衰落信道Ⅱ：容量与编码651

14.1衰落信道的容量652

14.2遍历与中断容量655

14.2.1瑞利衰落信道的遍历容量657

14.2.2瑞利衰落信道的中断容量662

14.3衰落信道的编码664

14.4衰落信道中编码系统的性能666

14.5衰落信道的网格编码调制672

14.5.1衰落信道的TCM系统673

14.5.2多重网格编码调制（MTCM）675

14.6比特交织编码调制677

14.7频率域编码682

14.7.1线性二进制分组码软判决译码的差错概率682

14.7.2线性分组码硬判决译码的差错概率684

14.7.3用于瑞利衰落信道的卷积码性能的上边界684

14.7.4衰落信道中恒重码和级联码的应用685

14.8衰落信道的信道截止速率691

14.9文献注释与参考资料694

习题695

第15章 多天线系统698

15.1多天线系统的信道模型698

15.1.1慢衰落频率非选择性MIMO信道中的信号传输699

15.1.2 MIMO系统中数据符号检测700

15.1.3通过慢衰落频率选择性MIMO信道的信号传输704

15.2 MIMO信道的容量709

15.2.1数学准备知识709

15.2.2频率非选择性确定性MIMO信道的容量710

15.2.3频率非选择性遍历随机MIMO信道的容量711

15.2.4中断容量713

15.2.5发射机知道信道矩阵时MIMO信道的容量715

15.3扩频信号与多码传输716

15.3.1正交扩频序列717

15.3.2复用增益与分集增益719

15.3.3多码MIMO系统720

15.4 MIMO信道的编码723

15.4.1瑞利衰落信道中时间编码SISO系统的性能723

15.4.2 MIMO信道的比特交织时间编码725

15.4.3 MIMO信道的空时分组码727

15.4.4空时码的成对差错概率733

15.4.5 MIMO信道的空时网格码734

15.4.6级联空时码和Turbo码737

15.5文献注释与参考资料738

习题738

第16章 多用户通信743

16.1多址技术743

16.2多址方式的容量745

16.3 CDMA系统的多用户检测749

16.3.1 CDMA信号与信道模型749

16.3.2最佳多用户接收机750

16.3.3次最佳检测器753

16.3.4连续干扰抵消757

16.3.5其他类型的多用户检测器758

16.3.6检测器的性能特征759

16.4广播信道的多用户MIMO系统761

16.4.1发射信号的线性预编码762

16.4.2发射信号的非线性预编码——QR分解765

16.4.3非线性矢量预编码769

16.4.4预编码的格压缩技术770

16.5随机接入方式772

16.5.1 ALOHA系统和协议773

16.5.2载波侦听系统和协议776

16.6文献注释和参考资料779

习题780

附录A矩阵785

附录B多信道二进制信号的差错概率789

附录CM相信号自适应接收的差错概率793

附录D平方根分解802

参考文献与资料804