前言
2020年距离《通信原理(第2版)》正式出版整整12年了。12年间,通信技术得到了飞速发展,各种新技术层出不穷,如大规模多输入/输出技术、非正交多址接入技术、同时同频全双工技术、毫米波技术、Turbo信道编码技术、LDPC信道编码技术等,同时也涌现出了令人眼花缭乱的各种应用。2019年,是第五代蜂窝移动通信元年,以大带宽、超低时延、高可靠、超大规模连接为主要特征的第五代蜂窝移动通信系统开始在全球部署,2020年中国及全世界已踏入5G移动通信和人工智能时代,基于5G应用的物联网、车联网将极大改变人类社会的生存、生产及生活方式。今后,5G还会发展到6G甚至7G,然而不论通信技术如何日新月异,它仍然是建立在通信的基本原理之上的,扎实掌握通信系统的基本原理是进一步学习研究进而提出通信新技术的坚实基础。
编者长期从事“通信原理”课程的本科、硕士及博士教学,我们通过多年的教学,认为对于这门课程,本科层次的教学定位是在回答“是什么”的基础上,适当回答“为什么”的问题;硕士研究生层次的教学定位是回答“为什么”的问题;博士生层次的教学定位是要在了解前人解决问题的基础上,提出新问题和解决新问题,培养他们创新能力的过程。共性是都要培养学生建立通信系统整体框架的概念,在系统级、模块级层次上去研究、分析和设计通信系统的能力。
本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材和教育部普通高等教育国家级精品教材《通信原理(第2版)》的改版。第3版教材在保持第2版基本框架、水准和难度的基础上,结合多年来教学实践中发现的问题及读者的反馈建议,对教材进行了修订。本次修订着眼以下几个原则。
(1)理论严谨。通信原理是对所有实际通信系统工作原理的抽象和概括,有其严格的数学基础,涉及概率论、随机过程、信号与系统、信号检测理论、数字信号处理等相关理论基础,主要体现在教材的第2章和第5章。本次改版在第2章信号分析基础中增加了概率论和信号系统中与通信原理直接相关的内容,按照其内在逻辑关系进行了梳理。第5章“最佳接收”部分是对信号检测、信号估计理论的应用,主要参考了John G P roakis的《数字通信》(第5版)(英文版)严谨的理论思路,改版时用通俗易懂的方式对推导过程加以改造。
(2)内容准确。重点对第1、2、5、10等章的内容进行了改写,提高了前后章节符号的一致性、语言描述的准确性、公式写法的规范性,误码性能分析过程更详细,条件更清楚,结论更具体,波形均用MATLAB仿真,结果更准确。
(3)框架合理。根据内在逻辑关系调整了部分内容的顺序及描述,更加强调与通信系统各模块之间的关系,强调与通信信号流程之间的关系,强调从模块级、系统级上理解各部分内容之间的关系。
(4)通俗易懂。增加了例题,精选并改编了部分习题(删除了一些需要烦琐计算的习题,如卷积、复杂函数的变换分析等);更加注重概念的理解和重要结论的灵活运用;注重对数学公式物理含义的解释,使得重、难点内容更加直观易懂。
(5)方便使用。针对各章节的重、难点内容,在相应位置给出了二维码,读者可通过二维码扫码直接观看由编者对相应内容的PPT录屏讲解,方便读者自学。附录中还增加了常用傅里叶变换公式及傅里叶变换性质列表,增加了帕塞瓦尔定理证明、互补误差函数和Q函数的数值表、符号表、缩略词表、常用三角公式、常用积分公式和级数公式等,方便查询使用。
本教材的参考学时是80学时,全书共分11章。第1章介绍通信基本概念,通信原理的研究对象,给出了通信系统的组成框图及评价指标。第2章介绍了分析设计通信系统所用的数学工具。第3章介绍了常用信道,信号通过信道后产生各种失真及信道中噪声的特点,并建立信道的数学模型,为后续各章节分析通信系统性能打下基础。第4章介绍了模拟通信系统中的关键模块——调制解调器的工作原理,并在通信系统模型的基础上,利用统计理论的方法分析了各种调制解调制度的性能。第5章介绍了数字基带信号传输,尽管这是一种最简单的数字传输系统,但通过本章的学习使读者了解如何利用数学模型来分析和设计数字通信系统,并建立数字通信系统整体概念,其分析方法和结论可以直接用于频带传输系统。第6章阐述了最基本的数字调制技术、解调方法及其抗白噪声性能,为学习现代数字调制技术奠定了基础。第7章介绍了现代通信系统中的调制技术。第8章介绍了抽样定理、PCM(脉冲编码调制)、增量调制等模拟信号数字化的方法及其性能。第9章介绍了差错控制的一般原理、常用线性码、循环码、卷积码及现代编码技术,是一类通过降低通信的有效性换取通信可靠性的具体方法。第10章介绍了数字通信系统正常工作时,必须建立的位同步、载波同步和帧同步的工作原理与性能。第11章简单介绍了现代数字通信理论与技术,该章内容作为本科学生的选学内容。附录给出了帕塞瓦尔定理证明、互补误差函数和Q函数的数值表、符号表、缩略词表、常用三角公式、常用积分公式和级数公式、CCK64_QPSK扩频补码集、部分习题参考答案、二进制随机脉冲序列功率谱密度推导。
本书由高媛媛编写第4~6章、第7章的7.1~7.3节以及附录I,修订第1章和第5章;魏以民编写第8~10章及附录C、D、E、F,修订第10章;沈越泓编写第1~3章、第7章的7.4节和7.5节、第11章以及附录G;郭明喜修订第2章,编写附录A和附录B;沙楠参与了第5章习题和第7章的7.3节的部分整理工作;书稿中的图、习题的制作和录入得到了研究生王世界、刘笑辰、张广娜、王小雨、黄晟、奚晨婧等的帮助。高媛媛对全书进行了初稿修改和定稿,并统编全书。
为方便广大读者自学,针对重、难点内容进行了视频讲解,并用二维码形式标注在书中相应位置,读者通过扫描二维码可直接在线观看讲解或下载学习。
囿于编者学识,书中一定存在表述不准确之处,恳切欢迎读者对书中的缺点和错误给予批评指正。
本书配套的教学资源可通过登录www.cmpedu.com或联系编辑获取(电话:010-88379753,QQ:1009180632)。
编者的联系方式:高媛媛njyygao@vip.sina.com;魏以民weiym73@qq.com;郭明喜gogomx@vip.163.com。
编者
2020年6月