本书是电子工程领域理想的
通信系统入门
教材。作者首先介绍了
信号与系统的
基础理论和通信的核心问题，然后给出了
设计和
分析数字通信系统的工具。内容涵盖基本的通信理论、必要的
数学基础及扩频通信等
现代通信
技术。启发性的讲解方法、精心挑选的例题和更新的MATLAB练习使本书成为易于被学生理解和接受的
通信系统理论与应用的入门教材。本书作者长期从事相关领域的科研教学工作，书中系统介绍从调制解调等通信基本理论到OFDM等现代
通信技术的内容，包含概率论和随机过程的基本知识，增加了CDMA、OFDM、均衡、软解码、Turbo码和LDPC等近年来通信技术领域的热点技术，并包含大量现实生活中的实例。
读者对象：本书涵盖
通信原理、数字通信、扩频通信等相关领域的内容。可作为高等院校通信与电子系统方面的高年级本科生或研究生的双语教材或参考书，亦可作为通信系统方面的研发人员的入门参考书。
前言：
本书第四版的主要目的是对第三版出版之后十余年内我们所目睹的通信系统领域内的大量技术进步做出回应。同时，新的软件和教学工具的出现使得为学生提供直观有效的例子及实验机会变得更加方便。结合通信领域近年来产生的技术进展，新版中做了大量改动。为了吸引学生的注意力并用通信工具把所学内容更好地与日常生活经验联系起来，我们将提供包括蜂窝系统、
无线局域网（LAN）以及有线（数字用户环路，DSL）互联网服务等通信系统的工作原理和特性的相关知识。
主要的修改
本书的一些重要修改是基于强调对我们日常生活中日益普及的数字通信系统基础知识的需要。特别是，由于扩频、正交频分复用（OFDM）等新技术在应用上的普及，本书新增两章，其中第12章介绍扩频通信技术，第13章介绍频率选择性信道和OFDM系统。作为该类系统的应用例子，本书提供了当前
无线通信标准的基础性介绍，包括蜂窝系统和采用IEEE802.11 a/b/g/n协议的
无线局域网，此外对DSL调制解调技术及服务的
最新进展也进行了说明。在原理层面，由于一些新进展，关于信息论和编码理论也有所变化，本书包含了开始彰显广泛商业应用前景的多入多出（multiple input multiple output，MIMO）技术的基本原理的讲述。我们还涵盖了纠错编码理论中的一些重要进展，包括软件解码、Turbo编码和低密度奇偶校验码（low-density parity check，LDPC）。
为了加强学习体验并为学生提供基于
计算机的实验练习，一些章节也提供了有关的MATLAB例子和简单练习，以强化知识的掌握。
本书的组织
关于本书的组织，第四版教材首先给出了对
信号与系统课程基础的回顾，之后讨论通信系统的核心主题，如模拟调制和数字编码调制。然后，给出了概率论和随机过程的基本工具，这些工具将要在教材的其他部分进行数字通信系统的设计和分析时用到。在数字通信系统的基础阐述完毕之后，最后两章概述了信息论和前向纠错编码基础。
理想情况下，与本书密切相关的内容应该在两门课程里进行讲授：一门是通信系统的基本原理，一门是在噪声和其他失真条件下的
现代通信系统分析。前者主要依赖于确定的分析工具，例如傅里叶级数、傅里叶变换和采样定理，而后者依赖概率论和随机过程的工具来处理无法预测的信息和噪声。然而在现在的学术环境下，相互竞争的课程很多，很难将两门关于通信的基础性课程压缩到一门典型的电气工程的课程中。一些大学要求预先修完一门讲述概率论和随机过程知识的课程。这种情况下，可以将这两方面内容在一学期内讲授完毕。这本教材可以同时适应这两种情况：既可以用来作为一门一学期讲授的课程，重点讲述通信系统中关于确定性的内容，对噪声和干扰的效应只有很少的涉及；也可以同时讲授通信系统中确定性和随机性两方面内容。本书内容是独立自洽的，因为它提供了所有必须的概率论和随机过程背景知识。但如前所述，如果想要在一学期之内同时讲述通信系统的确定性和不确定性方面的知识，就要求学生有良好的概率论方面的背景知识。
第1章对通信系统做了全景性的介绍。定性地解释了通信理论的重要概念。这些内容能够吸引学生关注通信方面的题目，并推动学生学习第2章和第3章中介绍的
信号分析工具，帮助他们将信号理解为矢量，并将傅里叶变换域看成用信号矢量分量来表示信号的一种方式。第4章和第5章分别讨论幅度（线性）调制和角度（非线性）调制。很多教师觉得在这个数字化的时代，调制技术应该尽量少做介绍，但是我们认为调制技术不仅是通信领域中一个基础的
信号处理工具，它还会在在通信领域（包括模拟和数字通信）和电气工程中的其他领域得到长久的应用，因此忽略调制技术很可能是短视的。第6章作为模拟与数字通信的纽带，介绍模数转换技术。这里详细讲述了采样、脉冲编码调制（包括DPCM）、增量调制、语音编码（vocoder）、图像/视频编码和压缩。第7章讨论数字调制的原理和技术。本章介绍了信道失真的概念，并提出一种补偿信道失真的有效手段——均衡技术。
第8章和第9章给出了概率论和随机过程的关键背景知识，这些知识组成了学习通信系统的第二套工具。这里尽可能提供了一些解决通信问题的实际应用例子，以激发学生的学习热情，提高学习兴趣。第10章和第11章给出了存在噪声时，模拟和数字通信系统的分析。数字通信中的最优信号检测在第11章中也有较透彻的阐述。第12章集中说明扩频技术。第13章给出了多种用来克服信道失真的
实用技术，如信道均衡技术和广泛应用的OFDM技术。第14章对信息论进行了概述。最后在第15章说明差错控制编码的原理和应用。
编写本书的目的之一是通过清晰易懂并且有逻辑、有组织的方式讲授知识，使学习变得愉悦，或至少不再令学生望而生畏。所有的努力都是为了传达对知识较为深刻的洞察（而不仅仅是理解），并且在可能的情况下都对理论结果进行启发式的解读，并举出了大量的例子为抽象的结果给出进一步的澄清。对这个既定目标，即使只是部分的成功，也使我们所付出的努力有所回报。
新世界
1998年第三版出版后，已经出现了大量的技术进步。首先，蜂窝网络已经深入了城市和农村地区，包括几乎所有的发达和发展
中国家。1998年，只有很少的在校学生有寻呼机或蜂窝电话，而现在几乎所有大学生都持有
手机。第二，1998年几乎所有室内因特网接入都是通过低速（大约28.8 kbps）语音用调制解调器。现今，大部分学生通过高速DSL或者电缆服务接入网络空间。另外，无线局域网使得那些艰深的术语例如IEEE 802.11进入了日常生活中。大部分在校学生都或多或少使用过这些技术。
大量的技术进步产生了新一代的学生，他们对学习新的技术及其应用有浓厚的兴趣。这些学生急切地想要了解在哪里、怎样才能在未来做出自己的贡献，而这种热切的愿望应该得到鼓励并加以利用。这本教材既能帮助教师讲授相关的题目，也可以帮助他们为学生提供阅读
材料，帮助学生了解相关的知识。新版通过强调课程的数字部分并结合现在被广泛了解的无线及有线数字技术来达成这些目标。
课时选择
在总共超过50年的教学经验中，我们曾在几个大学的四分之一学年和半学年的教学体系中讲授通信课程。另一方面，学生对通信系统的个人经验也在不断增加，从上世纪60年代的简单
无线电设备到21世纪能够方便地利用无线局域网、蜂窝网、
卫星通信和家庭因特网接入。因此，越来越多的学生有兴趣学习这些熟悉的电子器件的工作原理。为了满足这些要求，根据以往的经验，我们修订出版了本教材的第四版，这个版本能够适应几种不同的授课模式。但是，在所有的授课模式中，模拟和数字通信的基础都应当进行讲授（即第1章至第7章的内容）。
一学期课程（没有概率论方面知识背景）
在很多现有课程中，本科学生直到学习通信理论时才会开始接触简单的概率工具。这种情况经常是因为学生被要求学习一门与工程科学无关的介绍性的统计课程。本课程非常适合有这类背景的学生。前七章为普通的电子与计算机工程专业本科生全面讲解了现代数字和模拟通信系统的知识。这样一门课可以在一个学期（40~45个学时）内完成，前提是所有的学生在预备课程“信号与系统”中较好地掌握了傅里叶分析的知识。这样前三章的大部分可以作为复习，在一周内结束。该学期的其他时间全部用来讲授第4章至第7章，以及第12章和第13章实际系统的一部分，来增强学生的学习兴趣。
一学期课程（有较好的概率论背景）
对于已经强化过概率论背景知识的情况，一学期的教学可以覆盖更多的数字通信的内容。在信号与系统分析的基础上应讲授一门严格的概率论课程（参阅Cooper和McGillen所著的Probabilistic Methods of Signal and System Analysis，由牛津大学出版社于1999年出版，ISBN：0195123549）。这样，除了第1章至第7章以外，第11章和第13章中关于均衡的部分也可以在一学期内讲授（假设学生有坚实的概率论背景知识，可以用几个小时就讲完第8章和第9章）。完成这种课程的学生就已经做好了进入电信行业或继续研究生课程的准备。
两学期课程（没有单独开设概率论课程）
本书所有内容可以在两学期内完全讲完，即使没有任何随机理论的准备课程。换言之，这种方式可以把通信系统和基础的随机方面的知识放在一起讲授。现在ECE课程中包含如此多的竞争课程，很难用两学期的课程仅仅讲授通信知识。另一方面，很多大学都由非工程背景的老师讲授概率论课程。这种情况下，将概率论融入这种两学期的通信课程中会比较适合。这样，在两学期课程中，可以如下安排教学时间：
第一学期：第1章至第7章（信号和通信系统）
第二学期：第8章至第13章（现代数字通信系统）
四分之一学年课程（有较强的概率论知识背景）
在四分之一学年的教学体系中，学生必须已经接触过概率论和统计方法，而且掌握得很好。他们也要掌握较好的傅里叶分析的知识。在半学年内，课程可以讲授模拟和数字通信系统的基础（第3章至第7章），数字通信系统分析（第11章）和扩频通信（第12章）。
四分之一学年
教程（没有概率论方面的知识背景）
在一些很不常见的情况下，学生不具备太多的概率论知识，分离出通信系统的基础知识就很重要。最好不要试图深入分析数字通信系统，可以讲授不需要概率论方面知识的模拟和数字通信系统的工作原理（第1章至第7章）和更高级的关于无线扩频系统的讨论（第12章）。
两个四分之一学年教程（有基础的概率论知识背景）
和单个四分之一学年教程不同，一个双四分之一学年模式可以较好地讲授通信系统的大部分重要内容及其分析。只要学生学过一些关于傅里叶分析和概率论方面的预备知识，整本教材就可以延伸到两个四分之一学年当中。在讲授第1章至第3章和第8章时，有必要采用学习新知识和复习已有知识结合的方式，可以如下安排课时：
第一个四分之一学年：第1章至第10章（通信系统及其分析）
第二个四分之一学年：第11章至第15章（数字通信系统）
MATLAB和实验
由于很多学校不再设置通信系统的硬件实验室，基于通信系统的MATLAB实验将被用来加强学生的学习经验。学生可以在计算机上设计系统并调整参数，通过计算机显示和误码率来测试通信系统的整体性能，以获取关于设计和仿真通信系统的第一手知识。
感谢
首先，作者们要感谢这些年来听课的学生，没有学生的大量反馈信息和与他们之间的多次讨论，这个新版本无法出版。还要感谢所有审稿人为提高质量提供的宝贵意见。最后，作者还要感谢南非开普敦大学的Norman Morrison教授，他建议在本书中新增了
习题8-2.3。
目录：
前言
第1章 简介 1
1.1 通信系统 1
1.2 模拟和数字消息 4
1.3 信道影响、信噪比和信道容量 9
1.4 调制和检测 11
1.5 数字信源编码和纠错编码 13
1.6 现代电信历史的简短回顾 15
第2章 信号与信号空间 20
2.1 信号的度量 20
2.2 信号分类 25
2.3 一些有用的信号操作 28
2.4 单位脉冲信号 32
2.5 信号与向量 34
2.6 信号相关性 41
2.7 正交信号集 47
2.8 三角傅里叶级数 51
2.9 指数傅里叶级数 61
2.10 MATLAB练习 69
第3章 信号的分析和传输 91
3.1 非周期信号的傅里叶表示 91
3.2 一些有用函数的变换 99
3.3 傅里叶变换的性质 106
3.4 线性系统中的信号传输 123
3.5 理想的和实际的滤波器 129
3.6 通信信道上的信号失真 133
3.7 信号能量和能量谱密度 139
3.8 信号功率和功率谱密度 148
3.9 离散傅里叶变换 155
3.10 MATLAB练习 160
第4章 幅度调制与解调 178
4.1 基带和载波通信 178 4.2 双边带幅度调制 180
4.3 幅度调制（AM） 190
4.4 有效带宽幅度调制 197
4.5 幅度调制：残留边带（VSB） 206
4.6 本地载波同步 210
4.7 频分复用（FDM） 211
4.8 锁相环及其应用 212
4.9 NTSC电视广播系统 220
4.10 MATLAB练习 230
第5章 角度调制与解调 252
5.1 非线性调制 252
5.2 调角波的带宽 259
5.3 调频（FM）波的产生 272
5.4 调频信号解调 281
5.5 非线性失真和干扰的影响 284
5.6 超外差式模拟AM/FM接收机 289
5.7 调频广播系统 291
5.8 MATLAB练习 292
第6章 采样和模-数转换 302
6.1 采样定理 302
6.2 脉冲编码调制（PCM） 319
6.3 数字电话：PCM在T1载波系统中的应用 332
6.4 数字复用 336
6.5 差分脉冲编码调制（DPCM） 341
6.6 自适应差分PCM（ADPCM） 345
6.7 增量调制 346
6.8 语音编码器和视频压缩 351
6.9 MATLAB练习 361
第7章 数字传输原理 377
7.1 数字通信系统 377
7.2 线性编码 380
7.3 脉冲整形 394
7.4 扰码 406
7.5 数字接收机和再生中继器 409
7.6 眼图：一个重要工具 417
7.7 PAM：高数据率的M相基带信号 420
7.8 数字载波系统 423
7.9 M相数字载波调制 431
7.10 MATLAB练习 437
第8章 概率论基础 447
8.1 概率的概念 447
8.2 随机变量 462
8.3 统计平均值（期望） 481
8.4 相关性 490
8.5 线性均方估计 494
8.6 随机变量的和 497
8.7 中心极限定理 500
第9章 随机过程和谱分析 511
9.1 从随机变量到随机过程 511
9.2 随机过程分类 516
9.3 功率谱密度 520
9.4 多重随机过程 534
9.5 线性系统中的随机过程 535
9.6 应用：最优滤波（Wiener-Hopf滤波器） 539
9.7 应用：基带模拟系统的性能分析 542
9.8 应用：最优预加重-去加重系统 544
9.9 带通随机过程 547
第10章 噪声环境下调制通信系统的性能分析 564
10.1 衡量标准分析 564
10.2 幅度调制系统 565
10.3 角度调制系统 574
10.4 脉冲调制系统 591
第11章 数字通信系统的性能分析 605
11.1 双极性信号的最优线性检测 605
11.2 常见的二进制信号 611
11.3 数字载波调制的相干接收机 619
11.4 最优检测的信号空间分析 624
11.5 白噪声随机过程的矢量分解 629
11.6 白高斯噪声信道的最优接收机 635
11.7 最优接收机误差概率的一般表达式 660
11.8 等价信号集 668
11.9 非白（有色）信道噪声 676
11.10 其他有用的性能指标 677
11.11 非相干检测 680
11.12 MATLAB练习 688
第12章 扩频通信 714
12.1 跳频扩频（FHSS）系统 714
12.2 多用户跳频系统及其性能 718
12.3 跳频扩频的应用 721
12.4 直接序列扩频（DSSS） 724
12.5 DSSS的弹性特征 728
12.6 DSSS的码分多址接入（CDMA） 730
12.7 多用户检测（MUD） 737
12.8 现代实用直扩 CDMA系统 743
12.9 MATLAB练习 751
第13章 线性信道失真下的数字通信 767
13.1 无线多径信道的线性失真 767
13.2 接收信道均衡 771
13.3 线性T间隔均衡（TSE） 777
13.4 线性分数间隔均衡器（FSE） 785
13.5 信道估计 789
13.6 判定反馈均衡器 790
13.7 OFDM（多载波）通信 793
13.8 离散多音频调制（DMT） 803
13.9 OFDM和DMT的现实应用 808
13.10 盲均衡和识别 812
13.11 移动性引起的时变信道失真 813
13.12 MATLAB练习 816
第14章 信息论介绍 836
14.1 信息的度量 836
14.2 信源编码 841
14.3 有噪信道上的无差错通信 847
14.4 离散无记忆信道的信道容量 850
14.5 连续无记忆信道的信道容量 858
14.6 依据香农公式的实际通信系统 875
14.7 频率选择性信道的容量 880
14.8 多入多出通信系统 884
14.9 MATLAB练习 893
第15章 纠错编码 907
15.1 概览 907
15.2 纠错冗余 908
15.3 线性分组码 911
15.4 循环码 918
15.5 纠错效果 927
15.6 卷积码 932
15.7 分组码的格型图 942
15.8 码组合并与交织 944
15.9 软解码 946
15.10 软输出维特比算法（SOVA） 949
15.11 Turbo码 951
15.12 低密度奇偶校验（LDPC）码 959
15.13 MATLAB练习 966
附录A 一些信号集的正交性 978
A.1 三角和指数信号集的正交性 978
A.2 指数信号集的正交性 979
附录B 柯西-施瓦茨不等式 980
附录C 矢量集的格拉姆-施密特正交化 982
附录D 矩阵的基本性质和运算 985
D.1 符号 985
D.2 矩阵积和性质 986
D.3 单位阵和对角阵 987
D.4 方阵的秩 987
D.5 矩阵的迹 988
D.6 特征分解 988
D.7 特殊的埃尔米特共轭方阵 989
附录E 其他 990
E.1 洛必达法则 990
E.2 泰勒和麦克劳林级数 990
E.3 功率级数 990
E.4 等比数列和 991
E.5 复数 991
E.6 三角公式 991
E.7 广义积分 992
