数字通信(第5版)

本书是数字通信领域的一本优秀教材，既论述了数字通信的基本理论，又对数字通信的新技术进行了比较深入的分析。本书采用信号空间、随机过程的级数展开和等效低通等分析方法，根据*佳接收准则，先后讨论并分析了在加性高斯白噪声（AWGN）信道、带限信道（有符号间干扰和加性噪声）和多径衰落信道三种基本的典型信道条件下的数字信号可靠高效传输及*佳接收问题；从信号传输角度介绍了通信信号、数字调制、自适应均衡、多天线系统和*佳接收等内容；从信息传输角度介绍了信息论基础、信道容量和信道编码等内容。

目　　录 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 （10） 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　随机变量总和极限定理 （47） 2．6　复随机变量和复随机矢量 （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-Loève）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Chernov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TCM （410） 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-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MSE （506） 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 （625） 13．5　频率选择性慢衰落信道中的信号传输：RAKE解调器 （629） 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） 16．3．5　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　发送信号的线性预编码 （762） 16．4．2　发送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　预编码的格型压缩技术 （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C　M相信号自适应接收的差错概率 （793） 附录D　平方根分解 （801） 参考文献与资料 （803）

John G. Proakis：美国东北大学电子与计算机工程系教授，其研究方向为数字通信与数字信号处理，主要包括自适应滤波、自适应通信系统、自适应均衡技术、多径衰落信道的通信、雷达侦测、信号参数估计、通信系统建模与仿真、*优化技术、统计分析等，已多次出版《数字通信》《数字信号处理》等经典著作。 张力军，男，1964年毕业于北京邮电大学，原南京邮电大学教授，博士生导师，长期从事数字通信的科研和教学工作。1997年起兼任上海交通大学教授及博士生导师。 目录

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