本書從最原始的通信系統(tǒng)談起,細致地勾勒出數(shù)字通信技術的發(fā)展脈絡;注重通信技術發(fā)展的內(nèi)在邏輯,多角度呈現(xiàn)微波通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、光纖通信系統(tǒng)的基本特征,并闡明它們的關鍵技術,最后把這些技術歸結到移動通信系統(tǒng)的討論,從而突破5G關鍵技術的學習難點。
本書采用易于動手的程序,由易到難地安排PCM技術、基帶傳輸技術、二進制數(shù)字調(diào)制技術、卷積碼編譯碼技術、高階調(diào)制技術、CDMA技術、光纖傳輸技術、OFDM技術和Polar碼編譯碼技術的仿真實驗,幫助讀者快速把握現(xiàn)代通信技術的特點,輕松理解5G關鍵技術,從而弄清現(xiàn)代通信技術的發(fā)展趨勢。
本書可作為電子信息類等專業(yè)的現(xiàn)代通信技術課程教材,也可供相關領域的興趣愛好者、工程技術人員參考。
(1) 體現(xiàn)工程教育專業(yè)認證的理念,注重培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力,將通信系統(tǒng)設計能力的培養(yǎng)常態(tài)化、課程化。
(2) 探尋現(xiàn)代通信技術的突破口,基于MATLAB進行算法仿真和系統(tǒng)仿真,讓學習真正落地。
(3) 配套63個視頻(時長500多分鐘),包括知識點講解、實驗演示、設計案例等,便于翻轉(zhuǎn)課堂和自主學習。
(4) 配套100道思考題,查漏補缺、加深知識理解。
(5) 新形態(tài)教材,配套資源豐富,包括教學大綱、PPT課件、課程案例、測試題、源代碼、微課視頻、MOOC等,可掃描書中二維碼下載或觀看。
當今世界,通信技術與各行各業(yè)深度融合,通信設備隨處可見,這些設備已成為21世紀最重要的標志,它無時無刻不提示著: 現(xiàn)代通信技術正改變著人們的生活方式和生產(chǎn)方式。
然而,現(xiàn)有的通信系統(tǒng)正變得越來越復雜,面對5G技術,即使是通信相關專業(yè)的學生也感到無所適從。我們一直在思考如何讓學生在較短的時間輕松入門現(xiàn)代通信技術。事實上,這個問題已經(jīng)引起了社會的關注,《大話通信》、《大話無線通信》和《大話移動通信》等成為暢銷書就是明證。
多年的教學實踐讓我們逐步悟出了一些道理:
(1) 回顧歷史是為了理解當下。雖然舊技術不能滿足人們的需要,已經(jīng)被新技術淘汰了,但是新技術往往是在舊技術的基礎上發(fā)展起來的,如果鄙視舊技術,就無法理解新技術。
(2) 盡量引入更多的PK,在對比中討論。通過多個維度的比較,能夠活躍思維,發(fā)現(xiàn)問題所在,很快找準切入點,甚至是創(chuàng)新點。
(3) 最直觀的教育是引導學習者自己走一遍。是不是懂了,去試一下。考試也是試,但不如自測,而虛擬的自測更舒服。
因此,我們形成了一套有效的教學方案: 從最原始的通信系統(tǒng)談起,細致地勾勒出數(shù)字通信技術的發(fā)展脈絡; 立足當前時代,多角度比較微波通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、光纖通信系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng),展示它們的各自特點; 采用易于動手的程序,由易到難地安排PCM技術、基帶傳輸技術、二進制數(shù)字調(diào)制技術、卷積碼編譯碼技術、高階調(diào)制技術、CDMA技術、光纖傳輸技術、正交頻分復用(OFDM)技術和Polar碼編譯碼技術的仿真實驗,從而直觀地討論現(xiàn)代通信的基本原理、基本方法和關鍵技術,幫助學習者快速把握現(xiàn)代通信技術的特點,輕松理解5G技術,從而弄清楚現(xiàn)代通信技術的發(fā)展趨勢。
本書在編寫過程中得到了重慶大學胡學斌、譚曉衡、曾浩、于彥濤等領導的關懷和支持,在此表示由衷的謝意。
由于我們水平有限,書中肯定存在不足之處,懇請廣大讀者批評指正。
2023年4月
劉丹平,重慶大學副教授、碩士生導師。2005年于電子科技大學獲得博士學位。長期從事衛(wèi)星激光通信、深度學習和機器視覺等方面的教學和科研工作,講授現(xiàn)代通信系統(tǒng)信息論與編碼等課程。國家科技專家?guī)鞂<摇?學位與研究生教育中心評閱專家、四川省科委評議專家、廣西省科委評議專家、中國電子學會高級會員。主持/參與完成國家863計劃、國防重點裝備基金、國防預研基金、科技部重大專項以及國家自然科學基金重點項目、面上項目、青年項目等。發(fā)表論文30多篇,授權專利20余項。
唐明春,重慶大學教授、博士生導師。2013年于電子科技大學獲得博士學位,20112012年在美國亞利桑那大學進行學術訪問。長期致力于微波毫米波集成電路與系統(tǒng)、天線及相控陣技術、寬帶無線通信技術等方向的研究。國家優(yōu)秀青年基金獲得者、重慶市杰出青年基金獲得者、重慶市學術技術帶頭人、重慶市科技創(chuàng)新領軍人才、重慶市高等學校青年骨干教師、重慶大學弘深優(yōu)秀學者。主持/參與國家863計劃、國家自然科學基金、國防預研基金、航空科技基金、國家重點實驗室基金、中央高校基本科研業(yè)務費學?萍紕(chuàng)新專項重點項目等。發(fā)表論文260余篇,Google學術引用1700余次,申請專利50項,已授權16項。
賈云健,重慶大學教授、博士生導師。2006年于日本大阪大學獲得博士學位,20062012年就職于日本日立公司中央研究所,任終身制研究員,移動網(wǎng)絡先行研究組長,新一代移動通信國際標準組長。長期從事信息通信、移動網(wǎng)絡、通信與計算協(xié)同等領域研究,在4G關鍵技術、5G網(wǎng)絡智能化、車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和6G方面開展深入研究。國家萬人計劃科技創(chuàng)新領軍人才、科技部中青年科技創(chuàng)新領軍人才、重慶英才計劃創(chuàng)新領軍人才、重慶市引進海外高層次人才、重慶高校創(chuàng)新團隊帶頭人。作為國家IMT-2020(5G)工作組成員以及《5G網(wǎng)絡技術架構》白皮書主要編寫者之一,積極推動我國5G研究及國際標準化工作。承擔國家級、省部級以及頭部企業(yè)關鍵技術攻關項目20余項,發(fā)表論文100余篇,授權國內(nèi)外專利40余項。獲中國產(chǎn)學研合作創(chuàng)新獎、重慶市科技進步獎、IEEE VTS優(yōu)秀青年學者獎、IEICE期刊論文獎、亞太通信大會最佳論文獎等。
大綱 課件
源代碼 測試題
第1章現(xiàn)代通信概述
1.1通信系統(tǒng)的概念
1.2通信的歷史回顧
1.2.1遠古通信系統(tǒng)
1.2.2近代通信系統(tǒng)
1.2.3現(xiàn)代通信系統(tǒng)
1.3現(xiàn)代通信的概念
1.4現(xiàn)代通信的特點
1.5仿真實驗
1.5.1通信仿真概述
1.5.2基于頻分復用的通信系統(tǒng)仿真
習題
第2章數(shù)字通信系統(tǒng)
2.1數(shù)字通信系統(tǒng)模型
2.2模擬信號數(shù)字化
2.2.1脈沖編碼調(diào)制技術
2.2.2差值編碼調(diào)制技術
2.3信道編碼技術
2.3.1重復碼
2.3.2線性分組碼
2.3.3卷積碼
2.4數(shù)字基帶信號及其傳輸
2.4.1數(shù)字基帶信號
2.4.2數(shù)字基帶信號傳輸
2.5數(shù)字調(diào)制與解調(diào)
2.5.1二進制數(shù)字調(diào)制
2.5.2數(shù)字信號的解調(diào)
2.5.3數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能比較
2.6復接技術
2.6.1時分復用
2.6.2脈沖編碼調(diào)制基群幀
2.6.3PDH復接
2.7仿真實驗
2.7.1通信系統(tǒng)性能評價
2.7.2A律13折線的脈沖編碼調(diào)制仿真
2.7.3基帶傳輸系統(tǒng)仿真
2.7.4基于2ASK的通信系統(tǒng)仿真
2.7.5基于2FSK的通信系統(tǒng)仿真
2.7.6基于2PSK的通信系統(tǒng)仿真
2.7.7線性分組碼的標準陣列譯碼
2.7.8卷積碼和分組碼的性能比較
習題
第3章微波通信系統(tǒng)
3.1微波通信的概述
3.1.1微波通信的概念
3.1.2微波通信系統(tǒng)基本構成
3.1.3微波通信的發(fā)展歷史
3.1.4微波通信的特點
3.2微波通信中繼方式
3.2.1微波通信線路構成
3.2.2中繼方式
3.3微波天線
3.3.1天線的效率
3.3.2天線增益
3.4微波傳輸特性
3.4.1自由空間傳播
3.4.2反射模型
3.4.3菲涅爾區(qū)概念
3.4.4大氣折射
3.4.5大氣的吸收和散射
3.5關鍵技術
3.5.1抗衰落技術
3.5.2高階調(diào)制技術
3.6跳頻技術
3.6.1跳頻概念
3.6.2幀跳頻和時隙跳頻
3.7仿真實驗
3.7.1基于多進制數(shù)字相位調(diào)制的通信系統(tǒng)仿真
3.7.2基于16 QAM的通信系統(tǒng)仿真
習題
第4章衛(wèi)星通信系統(tǒng)
4.1衛(wèi)星通信概述
4.1.1衛(wèi)星通信概念
4.1.2衛(wèi)星運行軌道
4.1.3靜止衛(wèi)星的觀察參數(shù)
4.1.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成
4.1.5衛(wèi)星通信歷史
4.1.6靜止衛(wèi)星通信特點
4.2衛(wèi)星通信系統(tǒng)的結構
4.2.1通信衛(wèi)星
4.2.2地球站
4.3衛(wèi)星通信的工作頻率
4.3.1大氣吸收的影響
4.3.2噪聲的影響
4.3.3常用工作頻段
4.3.4中國的鵲橋中繼衛(wèi)星
4.4復用和多址
4.4.1多路復用
4.4.2衛(wèi)星多址技術
4.5頻分多址
4.5.1頻分多址原理
4.5.2典型的頻分多址系統(tǒng)
4.6時分多址
4.6.1時分多址原理
4.6.2時分多址典型的制式
4.6.3時分多址的幀結構
4.7碼分多址
4.7.1碼分復用原理
4.7.2碼分多址原理
4.8仿真實驗
4.8.1基于載波調(diào)制的通信系統(tǒng)仿真
4.8.2基于CDM的通信系統(tǒng)仿真
習題
第5章光纖通信系統(tǒng)
5.1光纖通信概述
5.1.1光纖通信的概念
5.1.2光纖通信系統(tǒng)組成
5.1.3光纖通信歷史
5.1.4光纖通信特點
5.2光纖及其導光
5.2.1光纖結構
5.2.2光纖結構參數(shù)
5.2.3光纖的導光原理
5.3光纖的衰減特性
5.3.1損耗的定義
5.3.2損耗系數(shù)
5.3.3損耗機理
5.3.4吸收損耗
5.3.5散射損耗
5.3.6光纖的損耗譜
5.4光纖色散特性
5.4.1色散的定義
5.4.2模間色散
5.4.3材料色散
5.4.4波導色散
5.4.5三種色散的比較
5.4.6光纖的帶寬
5.4.7光纖的非線性特性
5.5半導體激光器和光發(fā)射機
5.5.1半導體激光原理
5.5.2LD的特性
5.5.3光調(diào)制技術
5.5.4光發(fā)射機
5.6光電探測技術
5.6.1光接收機
5.6.2光電二極管
5.6.3PIN光電二極管
5.6.4雪崩光電二極管
5.6.5光電檢測器的特性
5.7摻鉺光纖放大器
5.8光波分復用技術
5.9光纖相干通信技術
5.10仿真實驗
5.10.1光纖內(nèi)脈沖信號傳輸仿真
5.10.2光纖通信系統(tǒng)仿真
習題
第6章移動通信系統(tǒng)
6.1移動通信概述
6.1.1移動通信的概念
6.1.2移動通信系統(tǒng)結構
6.1.3移動通信的發(fā)展歷程
6.1.4移動通信的特點
6.2蜂窩技術
6.2.1蜂窩概念
6.2.2復用距離
6.2.3中心激勵和頂點激勵
6.2.4小區(qū)分裂
6.2.5信道配置
6.2.6信令
6.2.7移動性管理
6.2.8GSM系統(tǒng)的傳輸方式
6.3移動環(huán)境下的電磁信號傳播
6.3.1地形
6.3.2傳播環(huán)境
6.3.3電磁信號傳播的效應
6.4Polar碼
6.4.1Polar碼概述
6.4.2信道極化
6.4.3Polar碼編碼
6.4.4Polar碼的SC譯碼算法
6.5正交頻分復用技術
6.5.1正交頻分復用概念
6.5.2子載波的正交特性
6.5.3串行與并行
6.5.4調(diào)制與映射
6.5.5OFDM的FFT實現(xiàn)
6.5.6保護間隔和循環(huán)前綴
6.6輸入輸出技術
6.6.1單輸入單輸出技術
6.6.2單輸入多輸出技術
6.6.3多輸入單輸出技術
6.6.4多輸入多輸出技術
6.7仿真實驗
6.7.1多徑情況下的通信系統(tǒng)仿真
6.7.2基于正交頻分復用通信系統(tǒng)仿真
6.7.3基于Polar碼的通信系統(tǒng)仿真
習題
第7章現(xiàn)代通信系統(tǒng)發(fā)展趨勢
7.1引言
7.2光通信
7.3衛(wèi)星通信
7.4微波光子技術
7.5移動通信
參考文獻