通信原理教程（第4版）

本书在简要介绍模拟通信原理的基础上，以数字通信原理为重点，讲述通信系统的组成、性能指标、工作原理、性能分析和设计方法。对于近年来新出现的通信体制和技术给予了充分的重视。 本书适用于普通高等学校工科电子类专业，作为本科3、4年级和研究生1年级的教科书或参考书，也可供从事通信专业工作的工程技术人员作为参考书或进修课程教材。

樊昌信，1952年毕业于北京大学，西安电子科技大学教授、博士生导师、中国通信学会咨询委员会委员。先后被评选为中国通信学会会士、中国电子学会会士、（美国）电气电子工程师学会终身会士(IEEE Life Fellow)。

第一篇
第1章概论
11通信的发展
12消息、信息和信号
13数字通信
131基本概念
132数字通信的优点
133数字通信系统模型
134数字通信系统的主要性能
指标
14信道
141无线信道
142有线信道
143信道模型
144信道特性对信号传输的影响
15信道中的噪声
16小结
思考题
习题
第2章信号
21信号的类型
211确知信号和随机信号
212能量信号和功率信号
22确知信号的性质
221频域性质
222时域性质
23随机信号的性质
231随机变量的概率分布
232随机变量的概率密度
24常见随机变量举例
25随机变量的数字特征
251数学期望
252方差
253矩
26随机过程
261随机过程的基本概念
262平稳随机过程
263各态历经性
264平稳随机过程的自相关函数和
功率谱密度
27高斯过程
28窄带随机过程
281窄带随机过程的基本概念
282窄带随机过程的性质
29正弦波加窄带高斯过程
210信号通过线性系统
2101线性系统的基本概念
2102确知信号通过线性系统
2103随机信号通过线性系统
211小结
思考题
习题
第3章模拟调制系统
31概述
32线性调制
321振幅调制(AM)
322双边带(DSB)调制
323单边带(SSB)调制
324残留边带(VSB)调制
33非线性调制
331基本原理
332已调信号的频谱和带宽
333角度调制信号的接收
34小结
思考题
习题
第4章模拟信号的数字化
41引言
42模拟信号的抽样
421低通模拟信号的抽样
422带通模拟信号的抽样
423模拟脉冲调制
43抽样信号的量化
431量化原理
432均匀量化
433非均匀量化
44脉冲编码调制
441脉冲编码调制（PCM）的基本
原理
442自然二进制码和折叠
二进制码
443PCM系统的量化噪声
45差分脉冲编码调制
451差分脉冲编码调制(DPCM)的
原理
452DPCM系统的量化噪声和信号
量噪比
46增量调制
461增量调制原理
462增量调制系统中的量化噪声
47小结
思考题
习题
第5章基带数字信号的表示和
传输
51概述
52字符的编码方法
53基带数字信号的波形
54基带数字信号的传输码型
55基带数字信号的频率特性
56基带数字信号传输与码间
串扰
561基带数字信号传输系统模型
562码间串扰及奈奎斯特准则
563部分响应系统
57眼图
58时域均衡器
581概述
582横向滤波器基本原理
59小结
思考题
习题
第6章基本的数字调制系统
61概述
62二进制振幅键控(2ASK)
621基本原理
622功率谱密度
623误码率
63二进制频移键控(2FSK)
631基本原理
632功率谱密度
633最小频率间隔
634误码率
64二进制相移键控(2PSK)
641基本原理
642功率谱密度
643误码率
65二进制差分相移键控
(2DPSK)
651基本原理
652功率谱密度
653误码率
66二进制数字键控传输系统
性能比较
67多进制数字键控
671多进制振幅键控(MASK)
672多进制频移键控(MFSK)
673多进制相移键控(MPSK)
674多进制差分相移键控
(MDPSK)
675振幅/相位联合键控(APK)
676多进制数字键控实用系统
举例
68小结
思考题
习题
第7章同步
71概述
72载波同步方法
721插入导频法
722直接提取法
723载波同步性能
73位同步
731外同步法
732自同步法
733位同步误差对误码率的
影响
74群同步
741概述
742集中插入法
743分散插入法
744群同步性能
75网同步
751概述
752开环法
753闭环法
76小结
思考题
习题
第二篇
第8章数字信号最佳接收原理
81数字信号的统计表述
82数字信号的最佳接收准则
83确知数字信号的最佳
接收机
84确知数字信号最佳接收机的
误码率
85随相数字信号的最佳接收
86起伏数字信号的最佳接收
87实际接收机和最佳接收机的
性能比较
88数字信号的匹配滤波接收
原理
881数字信号的匹配滤波
接收法
882数字信号的相关接收法
89最佳基带传输系统
810小结
思考题
习题
第9章多路复用和多址技术
91概述
92频分复用(FDM)
93时分复用(TDM)
931准同步数字体系(PDH)
932同步数字体系(SDH)
94码分复用(CDM)
941基本原理
942正交码
943伪随机码
95多址技术
951频分多址
952时分多址
953局域网中的多址技术
96小结
思考题
习题
第10章信道编码和差错控制
101概述
102纠错编码的基本原理
103纠错编码系统的性能
104奇偶监督码
1041一维奇偶监督码
1042二维奇偶监督码
105线性分组码
106循环码
1061循环码的概念
1062循环码的运算
1063循环码的编码方法
1064循环码的解码方法
1065截短循环码
1066BCH码
1067RS码
107卷积码
1071卷积码的编码
1072卷积码的解码
108小结
思考题
习题
第11章先进的数字带通调制和
解调
111概述
112偏置正交相移键控及π/4相移
正交相移键控
113最小频移键控及高斯最小
频移键控
1131MSK信号的基本原理
1132MSK信号的相位连续性
1133MSK信号的正交表示法
1134MSK信号的产生和解调
1135MSK信号的功率谱密度
1136MSK信号的误码率性能
1137高斯最小频移键控
114正交频分复用
1141概述
1142OFDM的基本原理
1143OFDM的实现
115网格编码调制
1151网格编码调制的基本概念
1152TCM信号的产生
1153TCM信号的解调
116扩展频谱技术
1161概述
1162直接序列扩谱
1163跳频扩谱
1164扩谱码的同步
1165分离多径技术
117小结
思考题
习题
第12章信源压缩编码
121矢量量化
122语音压缩编码
1221语音参量编码
1222混合编码
123图像压缩编码
1231静止图像压缩编码
1232动态图像压缩编码
124数字数据压缩编码
1241基本原理
1242霍夫曼码
125白色加性高斯噪声信道的
容量
126小结
思考题
习题
第13章通信安全
131概述
132单密钥加密通信系统
133分组密码和流密码
134用信息论研究密码的方法
1341完善安全性
1342唯一解距离
1343数据压缩在密码编码中的
作用
1344扩散与混淆
135数据加密标准
136公共密钥密码编码方法
137RSA算法
138小结
思考题
习题
附录A巴塞伐尔(Parseval)定理
附录B误差函数值表
附录C七位美国标准信息交换码
（ASCII）
附录DCCITT 5号码
附录E我国标准7位编码字符集
附录F贝塞尔函数值表
附录G伽罗华域GF（2m）
附录H三角函数公式
英文缩略词英汉对照表
参考文献

本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。
本书第1版自2004年5月发行以来，已经持续出版15年了。在此期间，经过修订出版了第2版和第3版，并对应地出版了英文版第1版和第2版。能持续出版至今，得益于它被多所大学选用作为教材，并为广大读者所喜爱。然而，最主要和最重要的原因是我国通信事业在改革开放以来的高速发展和通信网的全面普及。在这种形势下，通信专业大量新生力量的培养和在职人员的再教育迫在眉睫，相应地也需求大量通信专业的各种教材。本书第3版于2012年12月首次发行，至今又过去6年多了。在这6年间，通信和相关科学技术有了很大发展，通信网的规模和应用领域日益扩大。根据我国工业和信息化部公布的《2018年上半年通信业经济运行情况》通报显示，我国移动通信用户总数为151亿。而我国人口总数为139亿，普及率达到1086%；并且移动通信用户数在超过总人口数后，增长势头不但没有衰减，增长速度反而进一步加快，在2018年7月份一个月就增长了将近1200万户。在这种形势下，本书进行了再次修订。
本次修订，保持了第3版的章节体系，即为了适应不同院校的教学需要，将全书分为两篇，第一篇讲述通信原理的基本内容，适合教学时数较少的院校或专业（例如计算机专业等非通信工程专业）选用，第一篇的这些基本内容是入门者必学的，它使学生对通信技术的基本原理有概括的了解。第二篇的内容在第一篇的基础上，向深度和广度方向发展，并对较新发展的通信技术给予了介绍。第二篇各章的内容相对独立，可以根据不同教学要求选学其中部分章节或选用全部章节，也适合通信工程技术人员作为参考资料选读所需部分。
通信系统中信号的传输可以分为模拟信号传输和数字信号传输两大类。目前我国的通信网已经基本上实现了数字化。在我国公共通信网中传输的信号主要是数字信号，可能在绝大多数用户环路中和个别特殊通信应用中仍然传输模拟信号。因此，本书中将模拟信号传输技术的篇幅压缩到了最低程度，而将大部分章节用于讨论数字通信技术，包括数字信号的变换、编码和传输，以及模拟信号的数字化。
第1篇共有7章。第1章重点介绍通信，特别是数字通信和信道的基本概念，使读者建立初步的认识。第2章深入讨论信号的特性和信道对于信号传输的影响。第3章简要阐明模拟调制系统的原理。第4章详细讨论模拟信号的抽样、量化和编码方法。第5章对于基带传输系统设计的各个方面做了基本介绍。第6章对于几种基本的数字调制系统做了较详细和深入的讨论。第7章讨论数字通信系统中必不可少的同步，包括载波同步、位同步、群同步和网同步方法。
第2篇共有6章。第8章从数字信号最佳接收的角度讨论系统的理想性能，并和实际系统性能做比较。第9章讲述多路复用和多址接入技术；并且介绍了主要的国际标准建议和一些实用体制。第10章讨论纠错编码和差错控制技术；着重介绍了各种性能优良的纠错码原理。第11章是在第6章的基础上较全面地讨论各种先进的数字调制技术。第12章阐述信源压缩编码原理，分别介绍对语音信号、图像信号和数字数据信号压缩的基本原理，并且简要地给出理论上压缩的终极目标，即信道的理论容量。第13章为通信安全，简要介绍密码学原理。第2篇的各章都具有相对的独立性。在学习时根据需要从中选学，不会因跳过某章而影响对后续章节的理解。
本书的内容，着重讲述通信技术的基本原理，从通信的概念，通信的原理，直到通信各个环节的技术和技术的发展。纵观通信技术的发展历史，利用电信号传递信息的技术是从实践开始的，随着传输技术的发展，逐渐开展了理论研究。通信理论的研究进一步提高了通信技术的水平和促进了通信技术的发展。例如，对于信号频谱的分析，推动着提高频带利用率的各种调制方式的研究；香农信息论的伟大发明，推动了探索效率更高的编码方法的研究。因此，通信原理的学习目的，不仅要学习现有的各种通信技术的应用，更应该掌握应用理论解决新问题的能力，甚至发明新理论或提高现有理论的能力。通信原理不是一门设计课程，不是直接用于设计通信设备或通信系统的课程，而是为设计打下理论基础的课程。另一方面，为了使读者了解所学理论的实际应用，在本书中也尽量指出各种通信技术实用的例证或领域。本书各章末皆附有思考题和习题。思考题协助读者复习本章内容，可以起到由读者自己对本章内容做小结的作用；而习题则可以促使读者深入领会本章内容，将理论联系实际，提高解决实际问题的能力。
在第4版中新增加了二维码，把一些较深入或新发展的内容，以及较烦琐的计算和数学证明等，放入二维码中。在学习中可以视情况跳过这些二维码，不会影响对有关章节和后续章节内容的理解。另外，还有些二维码是为了显示彩色图形或动画而附加上的，用以提升阅读效果。采用二维码后，随之带来的好处是使本书的篇幅（厚度）可以有明显的下降。
对于普通高等学校4年制本科3～4年级学生，讲课时数可以在36～90小时（或2~5学分）之间，因专业和学校不同而异；安排成1学期或2学期的课程，并辅以相应的实验课。
学习本课程的先修课程主要有：模拟电子线路、高频电子线路、数字逻辑电路、线性代数、概率论，以及信号与系统。对于学习过“信号与系统”的学生，本书的第2章可以作为复习性的介绍或跳过。
本书由樊昌信编著，陆心如、周战琴参加编写。本书得到了西安电子科技大学通信工程学院的大力支持，在此一并致谢。限于作者水平，书中错误疏漏在所难免，殷切希望广大读者批评指正。
编著者的电子邮件地址：chxfan@xidianeducn
（来信时请务必注明真实姓名、单位、职务、电话和通信地址、邮编，否则不复。）

编著者于西安电子科技大学