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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6

1.4数字通信发展的回顾与展望8

1.5本书概貌10

1.6文献注释与参考资料10

第2章 确定与随机信号分析11

2.1带通与低通信号的表示12

2.1.1带通与低通信号12

2.1.2带通信号的等效低通14

2.1.3能量考虑16

2.1.4带通系统的等效低通18

2.2波形的信号空间表示18

2.2.1矢量空间概念19

2.2.2信号空间概念20

2.2.3信号的正交展开21

2.2.4格拉姆-施密特（Gram-Schmidt）过程23

2.3某些有用的随机变量28

2.4尾部概率的边界41

2.5随机变量总和极限定理45

2.6复随机变量45

2.6.1复随机矢量46

2.7随机过程48

2.7.1广义平稳随机过程48

2.7.2循环平稳随机过程50

2.7.3本征与环随机过程51

2.7.4马尔可夫链51

2.8随机过程的级数展开53

2.8.1带限随机过程的抽样定理53

2.8.2 K-L （Karhunen-Loeve）展开式55

2.9带通和低通随机过程56

2.10文献注释与参考资料59

习题59

第3章 数字调制方法68

3.1数字调制信号的表示68

3.2无记忆调制方法69

3.2.1脉冲幅度调制（PAM）70

3.2.2相位调制72

3.2.3正交幅度调制74

3.2.4多维信号传输76

3.3有记忆信号传输方式81

3.3.1连续相位频移键控（CPFSK）82

3.3.2连续相位调制（CPM）83

3.4数字调制信号的功率谱91

3.4.1有记忆数字调制信号的功率谱密度92

3.4.2线性调制信号的功率谱密度93

3.4.3有限记忆数字调制信号的功率谱密度95

3.4.4马尔可夫结构调制方式的功率谱密度95

3.4.5 CPFSK和CPM信号的功率谱密度97

3.5文献注释与参考资料103

习题104

第4章AWGN信道的最佳接收机112

4.1波形与矢量信道的模型112

4.1.1一般矢量信道的最佳检测113

4.2波形与矢量AWGN信道116

4.2.1矢量AWGN信道的最佳检测118

4.2.2 AWGN信道最佳接收机的实现123

4.2.3最大似然检测错误概率的一致边界127

4.3带限信号传输的最佳检测和错误概率130

4.3.1 ASK或PAM信号传输的最佳检测和错误概率131

4.3.2 PSK信号传输方式的最佳检测和错误概率132

4.3.3 QAM信号传输的最佳检测和错误概率135

4.3.4解调与检测138

4.4功限信号传输的最佳检测和错误概率140

4.4.1正交信号传输的最佳检测和错误概率140

4.4.2双正交信号传输的最佳检测和错误概率143

4.4.3单纯信号传输的最佳检测和错误概率144

4.5不确定情况下的最佳检测：非相干检测144

4.5.1载波调制信号的非相干检测146

4.5.2 FSK调制信号的最佳非相干检测148

4.5.3正交信号传输非相干检测的错误概率148

4.5.4相关二进制信号包络检测的错误概率151

4.5.5差分PSK （DPSK）152

4.6数字信号传输方法的比较155

4.6.1带宽与维度155

4.7格和基于格的星座图157

4.7.1格的介绍158

4.7.2基于格的信号星座图162

4.8有记忆信号传输方式的检测166

4.8.1最大似然序列检测器166

4.9 CPM信号的最佳接收机168

4.9.1 CPM的最佳解调和检测169

4.9.2 CPM信号的性能172

4.9.3 CPM信号的次最佳解调和检测176

4.10有线和无线通信系统的性能分析177

4.10.1再生中继器177

4.10.2无线通信系统中链路预算分析178

4.11文献注释与参考资料180

习题181

第5章 载波和符号同步198

5.1信号参数估计198

5.1.1似然函数199

5.1.2信号解调中的载波恢复与符号同步199

5.2载波相位估计201

5.2.1最大似然载波相位估计202

5.2.2锁相环204

5.2.3加性噪声对相位估计的影响205

5.2.4面向判决环207

5.2.5非面向判决环211

5.3符号定时估计216

5.3.1最大似然定时估计216

5.3.2非面向判决定时估计217

5.4载波相位和符号定时的联合估计220

5.5最大似然估计器的性能特征222

5.6文献注释与参考资料224

习题224

第6章 信息论基础227

6.1信源的数学模型227

6.2信息的对数度量228

6.3信源的无损编码230

6.3.1无损信源编码定理231

6.3.2无损编码算法233

6.4有损数据压缩239

6.4.1连续随机变量的熵和互信息240

6.4.2率失真函数241

6.5信道模型和信道容量244

6.5.1信道模型244

6.5.2信道容量247

6.6用正交信号集获取信道容量253

6.7信道可靠性函数254

6.8信道截止速率255

6.8.1 Bhattacharyya界和Chernov界256

6.8.2随机编码257

6.9文献注释与参考资料261

习题261

第7章 线性分组码275

7.1基本定义275

7.1.1有限域的结构277

7.1.2矢量空间282

7.2线性分组码的一般性质282

7.2.1生成矩阵和校验矩阵283

7.2.2线性分组码的重量与距离特性284

7.2.3重量分布多项式285

7.2.4线性分组码的差错概率287

7.3一些特殊的线性分组码288

7.3.1重复码289

7.3.2汉明码289

7.3.3最大长度码289

7.3.4 Reed-Muller码289

7.3.5哈达玛码290

7.3.6高莱码291

7.4线性分组码的最佳软判决译码291

7.5线性分组码的硬判决译码295

7.5.1分组码的检错和纠错能力297

7.5.2硬判决译码的码组和比特差错概率298

7.6硬判决与软判决译码的性能比较300

7.7线性分组码最小距离的边界302

7.7.1辛格尔顿界303

7.7.2汉明界303

7.7.3普洛特金界304

7.7.4埃利斯界305

7.7.5 McEliece-Rodemich-Rumsey-Welch （MRRW）界305

7.7.6乌沙莫夫-吉尔伯特界305

7.8修改的线性分组码306

7.8.1缩短和伸长306

7.8.2删余和扩展307

7.8.3删信和增广308

7.9循环码308

7.9.1循环码定义和基本性质308

7.9.2系统循环码312

7.9.3循环码编码器314

7.9.4循环码的译码315

7.9.5循环码实例317

7.10 BCH码319

7.10.1 BCH码的结构319

7.10.2 BCH码译码322

7.11里德-所罗门码324

7.12突发差错信道的编码327

7.13组合码328

7.13.1乘积码328

7.13.2级联码329

7.14文献注释与参考资料331

习题332

第8章 基于网格和图形的编码338

8.1卷积码的结构338

8.1.1树、网格和状态图341

8.1.2卷积码的转移函数344

8.1.3系统的、非递归的和递归的卷积码347

8.1.4卷积编码器的逆与恶性码348

8.2卷积码的译码350

8.2.1卷积码的最大似然译码——维特比算法350

8.2.2卷积码最大似然译码的差错概率352

8.3二进制卷积码的距离特性354

8.4删余卷积码357

8.4.1码率兼容的删余卷积码359

8.5卷积码的其他译码算法361

8.6卷积码应用的实际考虑366

8.7非二进制的双k码和级联码369

8.8卷积码的最大后验概率译码——BCJR算法372

8.9 Turbo码和迭代译码378

8.9.1 Turbo码的性能限378

8.9.2 Turbo码的迭代译码380

8.9.3迭代译码的EXIT图研究382

8.10因子图与和-积算法384

8.10.1 Tanner图384

8.10.2因子图386

8.10.3和-积算法387

8.10.4利用和-积算法的MAP译码390

8.11低密度奇偶校验码LDPC390

8.11.1 LDPC译码392

8.12带限信道的编码——网格编码调制TCM392

8.12.1格和网格编码调制401

8.12.2 Turbo编码的高带宽效率调制402

8.13文献注释与参考资料404

习题405

第9章 通过带限信道的数字通信410

9.1带限信道的特征410

9.2带限信道的信号设计413

9.2.1无符号间干扰的带限信号的设计——奈奎斯特准则415

9.2.2具有受控ISI的带限信号设计——部分响应信号418

9.2.3对受控ISI的数据检测421

9.2.4有失真信道的信号设计425

9.3有ISI和AWGN信道的最佳接收机428

9.3.1最佳最大似然接收机428

9.3.2具有ISI信道的离散时间模型430

9.3.3离散时间白噪声滤波器模型的维特比算法432

9.3.4具有ISI信道的MLSE性能434

9.4 线性均衡441

9.4.1峰值失真准则441

9.4.2均方误差（MSE）准则445

9.4.3 MSE均衡器的性能特征448

9.4.4分数间隔均衡器451

9.4.5基带和带通线性均衡器454

9.5判决反馈均衡器455

9.5.1系数最佳化456

9.5.2 DFE的性能特征457

9.5.3预测判决反馈均衡器459

9.5.4发送机的均衡————Tomlinson-Harashima预编码461

9.6降低复杂性的ML检测器462

9.7迭代均衡和译码——Turbo均衡464

9.8文献注释与参考资料465

习题466

第10章 自适应均衡477

10.1自适应线性均衡477

10.1.1迫零算法477

10.1.2 LMS算法478

10.1.3 LMS算法的收敛特性481

10.1.4由有噪梯度估计值引起的过剩MSE482

10.1.5加速LMS算法的初始收敛速率484

10.1.6自适应分数间隔均衡器——抽头泄漏算法486

10.1.7用于ML序列检测的自适应信道估计器487

10.2自适应判决反馈均衡器489

10.3网格编码信号的自适应均衡490

10.4自适应均衡的递推最小二乘算法492

10.4.1递推最小二乘（卡尔曼）算法493

10.4.2线性预测和格型滤波器496

10.5自恢复（盲）均衡500

10.5.1基于最大似然准则的盲均衡500

10.5.2随机梯度算法503

10.5.3基于二阶和高阶信号统计量的盲均衡算法507

10.6文献注释与参考资料508

习题509

第11章 多信道和多载波系统512

11.1在AWGN信道中的多信道数字通信512

11.1.1二进制信号514

11.1.2 M元正交信号515

11.2多载波通信516

11.2.1单载波和多载波调制517

11.2.2非理想线性滤波器信道的容量517

11.2.3正交频分复用（OFDM）518

11.2.4 OFDM系统的调制和解调519

11.2.5 OFDM系统的FFT算法实现521

11.2.6 多载波信号的谱特征523

11.2.7多载波调制中的比特和功率的分配525

11.2.8多载波调制中的峰均比527

11.2.9多载波调制中的信道编码的考虑528

11.3文献注释与参考资料528

习题529

第12章 数字通信用扩频信号531

12.1扩频数字通信系统的模型532

12.2直接序列扩频信号533

12.2.1译码器的差错率性能535

12.2.2 DS扩频信号的一些应用542

12.2.3脉冲干扰对DS扩频系统的影响545

12.2.4 DS扩频系统中窄带干扰的删除550

12.2.5 PN序列的生成554

12.3跳频扩频信号558

12.3.1 AWGN信道中的FH扩频信号的性能560

12.3.2部分频带干扰下FH扩频信号的性能561

12.3.3基于FH扩频信号的CDMA系统566

12.4其他类型的扩频信号567

12.5扩频系统的同步568

12.6文献注释与参考资料572

习题574

第13章 衰落信道Ⅰ：信道特征与信号传输578

13.1多径衰落信道的特征578

13.1.1信道相关函数和功率谱580

13.1.2衰落信道的统计模型584

13.2信号特征对信道模型选择的影响587

13.3频率非选择性慢衰落信道588

13.4多径衰落信道的分集技术591

13.4.1二进制信号592

13.4.2多相信号597

13.4.3 M元正交信号598

13.5频率选择性慢衰落信道中的信号传输：RAKE解调器603

13.5.1抽头延迟线信道模型603

13.5.2 RAKE解调器604

13.5.3 RAKE解调器的性能606

13.5.4符号间干扰信道的接收机结构612

13.6 多载波调制（OFDM）613

13.6.1多普勒扩展引起的OFDM系统性能的减损614

13.6.2 OFDM系统中ICI的抑制617

13.7文献注释与参考资料618

习题618

第14章 衰落信道Ⅱ：容量与编码624

14.1衰落信道的容量625

14.1.1有限状态信道的容量627

14.2遍历与中断容量628

14.2.1瑞利衰落信道的遍历容量629

14.2.2瑞利衰落信道的中断容量634

14.3衰落信道的编码637

14.4衰落信道中编码系统的性能638

14.4.1全交织信道模型的编码638

14.5衰落信道的网格编码调制645

14.5.1衰落信道的TCM系统645

14.5.2多重网格编码调制（MTCM）647

14.6比特交织编码调制649

14.7频率域编码654

14.7.1线性二进制分组码软判决译码的差错概率654

14.7.2线性分组码硬判决译码的差错概率656

14.7.3用于瑞利衰落信道的卷积码性能的上边界656

14.7.4衰落信道中恒重码和级联码的应用658

14.8衰落信道的信道截止速率663

14.8.1接收机具有CSI的全交织衰落信道的信道截止速率663

14.9文献注释与参考资料665

习题666

第15章 多天线系统669

15.1多天线系统的信道模型669

15.1.1慢衰落频率非选择性MIMO信道中的信号传输670

15.1.2 MIMO系统中数据符号检测671

15.1.3通过慢衰落频率选择性MIMO信道的信号传输675

15.2 MIMO信道的容量680

15.2.1数学准备知识680

15.2.2频率非选择性确定性MIMO信道的容量681

15.2.3频率非选择性遍历随机MIMO信道的容量682

15.2.4中断容量684

15.2.5发送机知道信道时MIMO信道的容量685

15.3扩频信号与多码传输687

153.1正交扩频序列687

15.3.2复用增益与分集增益690

15.3.3多码MIMO系统691

15.4 MIMO信道的编码694

15.4.1瑞利衰落信道中时间编码SISO系统的性能694

15.4.2 MIMO信道的比特交织时间编码696

15.4.3 MIMO信道的空时分组码698

15.4.4空时码的成对差错概率704

15.4.5 MIMO信道的空时网格码705

15.4.6级联空时码和Turbo码707

15.5文献注释与参考资料708

习题709

第16章 多用户通信714

16.1多址技术714

16.2多址方式的容量716

16.3 CDMA系统的多用户检测719

16.3.1 CDMA信号与信道模型719

16.3.2最佳多用户接收机720

16.3.3次最佳检测器724

16.3.4连续干扰抵消728

16.3.5其他类型的多用户检测器729

16.3.6检测器的性能特征730

16.4广播信道的多用户MIMO系统732

16.4.1发送信号的线性预编码733

16.4.2发送信号的非线性预编码——QR分解735

16.4.3非线性矢量预编码739

16.4.4预编码的格压缩技术741

16.5随机接入方式743

16.5.1 ALOHA系统和协议743

16.5.2载波侦听系统和协议746

16.6文献注释和参考资料749

习题750

附录A矩阵755

A.1矩阵的特征值和特征矢量755

A.2奇异值分解756

A.3矩阵的范数和条件数757

A.4 Moore-Penrose伪逆758

附录B多信道二进制信号的差错概率759

附录C M相信号自适应接收的错误概率763

C.1 M相信号通信系统的数学模型763

C.2相位θ的特征函数和概率密度函数764

C.3瑞利慢衰落信道的差错概率766

C.4时不变与赖斯衰落信道的差错概率769

附录D平方根分解771

参考文献与资料773

中英文人名对照表806

词汇表812