John G.Proakis Masoud Salehi 通信系统工程

第1章 绪论1．1 历史回顾1．2 电通信系统的基本组成1．2．1 数字通信系统1．2．2 数字通信的早期工作1．3 通信信道及其特征1．4 通信信道的数学模型1．5 本书的结构1．6 深入学习第2章 信号和系统的频域分析2．1 傅里叶级数2．1．1 实信号的傅里叶级数：三角傅里叶级数2．2 傅里叶变换2．2．1 实信号、偶信号和奇信号的傅里叶变换2．2．2 傅里叶变换的基本性质2．2．3 周期信号的傅里叶变换2．3 功率和能量2．3．1 能量型信号2．3．2 功率型信号2．4 带宽受限信号的抽样2．5 带通信号2．6 深入学习习题第3章 模拟信号国外电子与通信教材系列通信系统工程(第二版)Communication Systems EngineeringSecond editionJohn G. pkroads[美]Masoud salehi著叶芝慧赵新胜等译沈连丰审校子工掌出颀社Publishing House of Electronics [ndustry北京· BELJING内容简介本书以通信系统及其发展为线索,系统深入地介绍了通信技术的基本原理及其应用,者重论述了数字语信原理,但对模拟通信也进行了内容富的介绍,对有关的数学基础进行了讨论。本书内容丰富、范围广泛,并且概念清晰、事例翔实、取材新颖,既对通信系统的些卞原理做了详尽的论述,又充分反映了近年来的新技术和新理论.同时还简要叵顾∫通信系统的发展历史。书中列举了许多例题在每一章后面都给出了相关的参义献,并耐有大量富有特色的习题。本书可以作为高等院校通信类、信息类、电」类等专业高年级本科生或低年级研究生的教材,也可以作为相关技术、科研和符理人员的参考书Simplified Chinlese edition Copy Tight @20c2 by PEARSON EDUCATION NORTH ASIA LIMTTED and Publishing Houmeef electronics industrCommunication Systems Fngineering, Secend Erlitiun by Jotun G Pr akis, Masoud salehi. Cupylighi 20UAll Rights ReservedPublished by arrangement with the: original pUblisher, Pearsnn Frucat ion, Inc: Publishing as Prentice HallThis edition is authorized for sale only in the People s Republic of China(excluding the: Spe rial Administrative Region ofHiong Kog and macau)本书中文简体字翻泽版由电子T业出版社和 Pearson educ ation培生教育出版北亚洲有限公司合作出版。未经出版者预先书面许可,不得以任付方式复制域抄袭本书的任何部分。本书封闻贴 Pearson education培生教育出版集团激光防伪标签,无标肯不得销售版权留易合同登记号:图字:01-201-5088图书在版编目(CP)数据通信杀統⊥程(第版}!(美)普埃克( Phokis,,G)等著;叶芝慧等.一北京:电子工业出版社,20127〔国外电厂与通信教时系列书名原文: Cammunication Sys: ems Fngineering, Second editionSBN7-553-7663-2Ⅰ.通豆①普,②阡..亚通信系统ⅳ.TN914中国版本图书馆CIP数据核字(2002)第051758号责任编辑:冯小贝印刷者:北京市增富印刷有限任公司出版发行:屯子工业出版社tilLp/www.plfi.con,en北京市海淀区万寿路173信箱邮编:10005经销;各地新华丨芹开本:787x1092116印张:40字数:1024千字版次:2002年7月第1版202年7月第1次印刷定价:5900元凡购买电子工业出版社的图书,如有缺损问题,请向购买书店两换。若书店售缺,请与本社发行部联系。联系电话:(010)68279077序2〔01年7月间,电子业出版衬的领导同志邀请各高恔十几位通信领或方面的老师,商量引进外教材冋题。与会同志对出版社提出的计划十分鐵同,人家认为,这对我国通信事业、特别是对高等院校通信学科的教学工作会很有好处。教材建设是亮校教学建设的主要内容之一编写、虫版一本好的教材,意味着开设了一门好的课程,甚至可能预示着一个崭新学科的诞生。20世纪40年代MT林肯实验室出版的一套28本宙达丛书,对迈代电子学婵、特别是对雷达技术的推动作用,就是一个很好的例于。我国领导部门对教才建设→直非常重视。20世纪80年代,在原教委教材编审委员会的额导下,汇集了高等院校儿百位富有教学经验的专家,编写、出版了一人批教材;很多院校还根据学校的特点和需要,陆续编写了大量的讲义和参考书。这些教对高校的教学工作发挥了极好的作用。近年米,随着敕学攻革不断深人和科学技术的飞速进步,有的教材内容匚比较陈旧、落后,难以适应教学的要求,特别是在电子学和通信术发展神速、可以讲是日新月异的今天,如何适应这种情况,更是一个必须认真考总的问题:解决这个何题,除∫依靠高校的老师和专家撰写新的符合要求的教科书外,引进和出版一些国外优秀电子与通信教材,尤其是有选择地引进一批英文原版教材,是会有好处的年多釆,电子工业出版社为此做了很多工作。他们成立了一个“倒外电子与通信教材系外项目组,选派了富有经骑的业务骨鱼责有关工作,收集了23余种通信教材和参考书的详细资料,调来了i00余种原版教材样书,依靠出跏余位专家组成的出版委员会,从中精选了40多种,内容丰富,覆盖∫电路埋论与应用、信号与系统、数字信号处理、微电子、通信系统、电磁场与微波等方面,既可作为通信专业4科生和研究左的教学用书,也可作为有关专业人员的参考材料。此外,这批教材,有的翻晔为中文,还有部分蜕树直接影印出版,以供教师用英语直接授课。希望这些教材的引进和出版对高校通信教学和教材改能起-定作用。在这里,我还要感谢参加工作的各位教授、专家、老师与参加翻译、编辑和出版的同志们。各位专家认真负贲、严墐细钕、不辞辛劳、不怕琐碎和精益求精的态度,充分体现了小国教育工作者和出版工作者的良好美德。随者我国经济建设的发展和科学技术的不断进步,对高校教学工作会不断提出新的要求和希望。我想,无论如何,要做好引进国外教材的工作,一定要联系我国的实际。教材和学术专著不同,既要注意科学性、学术性,也要重视可读性,要深人浅出,便子读者自学:列进的教材要适应高校救学收革的需要,针对目前一些教材内容较为陈旧的问题,有日的地引进一些先进的和正在发展中的交又学科的参考书;要与国内出版的教材相配,安排好出版文原版教材和翻译教材的比例。我们努力使这套教材能尽量满足上述要求,希望它仍能放在学生们的课桌上,发挥一定的作用最后,预祝“国外电子与通信教材系列”顶日取得成功,为我国电子与通信教学和通信产业的发展培土施肥。也恳切希望读者能对这些书籍的不足之处、特别是翻译中存在的问题,提出意见和建议,以便冉版时史正。妥中国工程院院、清华大学教授“国外电子与通信教材系刘出版委员会主任出版说明进人21世纪以来,我国信息产业在生产和科研方面都大大加快了发展速度,并已成为国民经济发展的支柱产业之一。但是、与世界上其他信息产业发达的国家相比,我国在技术开发、教育培训等方面都还存在着较大的差距。特别是在加入WTO后的今天,我国信息产业面临着国外竞争对手的严峻挑战。作为我国信息产业的专业科技出版社,我们始终关注着全球电子信息技术的发展方向,始终把引进国外优秀电子与通信信息技术教材和专业书籍放在我们工作的重要位置上。在2000年至200年间,我社先后从世界著名出版公司引进出版了40余种教材,形成了一套“国外计算机科学教材系列”、在全国高校以及科研部门中受到了欢迎和好评,得到了计算机领域的广大教师与科研工作者的充分肯定。引进和出版一些国外优秀电子与通信教材,尤其是有选择地引进一批英文原版教材,将有助于我国信息产业培养具有国际竞争能力的技术入才,也将有助于我国国内在电子与通信教学工作中掌握和跟踪国际发展水平。根据医内信息产业的现状、教育部《关于“十五”期间普通髙等教育教材建设与改革的意见》的指示精神以及高等院校老师们反映的各种意见,我们决定弓进“国外电子与通信教材系列”,并随后开展∫大量准备工作。此次引进的国外电子与通信教材均来自国际著名出版商,其中影印教材约占一半。教材内容涉及的学科方向包括电路理论与应用、信号与系统、数字信号处理、微电子、通信系统、电磁场与徽波等,其中既有本科专业课程教材,也有研究生课程教材,以适应不同院系、不同专业、不同层次的师生对教材的需求,广大师生可自由选择和自由组合使用。我们还将与国外出版商一起,陆续推出些教材的教学文持资料,为授课教师握供帮助。此外,“国外电子与通信教材系列”的引进和出版工作得到了教育部髙等教育司的大力支持和帮助,其中的部分引进教材已通过“教育部高等学校电子信息和学与工程类专业教学指导委员会”的审核,并得列教育部高教育司的批准,纳入了“教育部高等教育司推荐国外优秀信息科学与技术系列教学用书”。为做好该系列教材的翻译工作,我们聘请了清华大学、北京大学、北京邮电大学、东南大学、西安交通大学、天津大学、西安电子科技大学,电子科技大学等著名高校的教授和骨千教师参与教材的翻泽和市校工作许多教授在国内电子与通信专业领域享有较高的声望具有丰富的教学经验,他们的渊博学以从根本上保证了教材的翻译质量和专业学术方面的严格与准确。我们在此对他们的辛勤工作与贡献表示衷心的感谢。此外,刘于编辑的选择,我们达到了专业对口;对子从英文原书中发现的误,我们通过与作者联络、从网上下截勘误表等方式,逐一进行了修订;同时,我们对审校、排版、印制质量进行了严格把关。今后,我们将进一步加强同各高校教师的密切关系努力引进更多的外优秀教材和数学参考书,为我国电子与通信教材达到世界先进水平而努力。于我们对国内外电了与画信教育的发展仍存在一些认识上的足,在选题、翻评、出版等方面的⊥作中还有许多需要改进的地方,恳请广大师生和读者提出批评及建议电子工业出版社教材出版委员会主任吴佑寿中国工程院院上,清华大学教授剛主任林金桐北京邮电大学校长、教授、博士生导师杨千里总参通信鄙副部长、中国电了学会会士、副理事长中国通信学会常务理事委员林孝康清华大学教授、博士生导师、电子工程系副主任、通信与微波研究所所长教育鄙电子信息科学与⊥程类专业教学指导委员会委员徐安土北京大学教授、博土生导师、电子学系副主任教育部电子伟息与电气学科教学指导委员会委员樊昌信西安丐子科技大学教授、博士生导师中国通信学会理事、IEEE会士程时昕东南大学教授、博土生导师移动通信国家重点实验空主任郁道银天津人学副校长、教授、博士生导帅教育部电子信息科学与程类专业教学指导委员会委员阮秋琦北方交通大学教授、博土生导师计算机与信息技术学院院长、信息科学研究所所长张晓林北京航空航天大学教授、博士生导师、电子工程系主任教育部电子信息科学与电气信息类基础课程教学指导委员会委员郑宝玉南京邮电学院剧院长、教授、博土生导师教育部电子信息与电气学科教学指导委员会委员宋世华西安交通大学教授、博土生导师、电子与信总⊥程学院院长教育部电子信息科学与⊥程类专业教学指导委员会委员彭启琮电子科技大学教授、博士生导师、通倌与信息工程学院院长教育部电子信息科学与电气信息类基础课程教学指导委员会委员徐重阳华中科技大学教授、博士生导师、电子科学与技不系主任教育部电子信息科学与工程类专业教学指钟委员会委员毛军发上海交通大学教授、博土生导师、电子信息学院剧院长教育部电子信息与电气学科教学指导委员会委员赵尔沅北京邮电大学教授、教材建设委员会丰狂钟允若原邮电科学研究院剧院长、总工程师刘彩中国通信学会副理事长、秘书长杜振民电子工业出版社副社长译者序随看科学技术的发展和工艺水平的提高,无线通信尤其是移动通信技术取得了令人瞩目的成就,而因特网也逐渐成为全球信息传输的崭新平台,二者的结合构成了无线因特网,使人们随时随地遊行信息交换的夙愿正在得以实现,而这一切都建立在信息传输的基础上。目前,个人通信系统和超高速通信网络迅猛发展,推动了信息科学的进一步发展,并成为2世纪国际社会和全球经济的强大推动力。通信技术日新月异,学通信专业知识不但需要扎笑的基础,而且需要学和∫解更多的现代通信技术和理论,特别是数字通信方面的原理以及通信系统工程方面的知识。从有线通信到无线通信,从固定设备间的通信到移动通信,从移动通信到无线因特网,随着新一代通信系统的推出,无线数据传输速率将越来越膏,未来的通信将为人们提供全方位以及无缝的移动性接人,最终实现任何人在任何地方任何时间进行任何方式的通信使得通信技术持续发展并呈现经久不衰的势头John G.Pkis和 Masoud salehi所著的《通信系统工程(第二版)》是作者多年教学和科研的总结,本书全面深入、系统地论述了通信系统T程的基本理论,分析和讨沦了现代通信领域的新技术和新成果,列举了许多通信系统工程的应用实例。书中的内容包括通信系统的基本概念、信号和系统的频域分析、模拟信号的发送和接收、模拟调制、模拟通信系统中的噪声影响随机过程信源与信源编码加性高斯白噪声信道上的数字传输、带限加性高斯白噪声信道上的数字传输信道容量及编码、哀落多径信道上的数字通信、载波相位连续调制、扩频通倍系统、数字蜂窝通信系统等。本书的覆盖面广,对间题的论述系统全面,内容深人浅出概念清晰、逻辑严谨,理论分析推导过程严格应用举例题材新颗,习题内容丰富,并且给出了许多参考文献。这是一本优秀的教材,国外的许多高等院校采用它作为电子、信息通信等专业的高年级本科生或低年级研究生相关课程的教材通过学习读者可以掌握通信系统分析和设计中的基本原理。本书是一本通信系统工程方面的理论著作,在学术界较有影响曾被许多学术论文引用,因此,对通信技术人员、科研人员以及相关专业的教师和学生而言,称得上是一本很好的参考书。我们乐意接受译的任务并将其视为学习的过程,现将译著推荐给广大读者,相信本书对教学…定会起到积极作用。我们也注意到,使用本书的学生对线性系统理论应有基本的了解,对傅里叶级数和傅里叶变换的知识应有所掌捏,并月应该已学习过概率论的入门课程。本书从前言至第7章由叶芝意负贲翻译及初校,其余由赵新胜负责翻译及初校,全书由沈连主负责协调和审校杨茂彬鲍淑娣朱慧芬张宏泽吴浩周玮宁周行江等分别协助翻译了相关章节徐平平、宋铁成沈克勤高严、刘彤沈忠良钱小勇也为本书的翻译做出了贡献因此,本书的翻评出版是集体智的结品,在此,对所有为这本书的出版提供了帮助的人制夜示诚挚约感谢由于译者水平有限,加之时间仓促译文中难免有不妥之处敬请读者不吝指正本书的目的是介绍通信系统分析和设计中的基本原理,可以将其作为通信人门课程的教材,也可以作为本科高年级和研究生一年级的教材。论述范围广泛虽然我们十分强调数字通信,但是对重要的数学基本课匙也进行了概括,并对模拟通信进行了内容丰富的介绍。涵盖的主要论题有:对信号和系统的频域分析及随机过程的特征进行了复习概述(第t章和第4章)介绍模拟信号的发送和接收(第3章和第5章)●介绍数字通信(第6章到第10章)着重强调数字通信我们强调数子通信的原因是基于过去五【年来技术的发展历程。如今,数字通信系统已经为使用,并且在各种通信媒介中如有线电话信道微波无线电、光纤信道和卫星信道上承袒着大量的日常信息传输的任务。正如我们亲眼所见当前个人通信系统和超高速通信网络迅猛发展这些都是基于信息的数字传輪,而无论这些信息是语音图像还是视频信号。我们期望在不久的将米能够亲眼见证,现在的模拟AM和FM无线电以及电视广播被数宇传输系统所取代。不再昂贵的高速集成电路(C)利可编程数字信号处理芯片的发展,加速了复杂的高速数字通信系统的发展。微电子犯制作技术的进步使得高速、高精确度的AD转换器、功能强大的纠错编码器译码器、复杂的数字调制技术等等的实现成为可能。所有这些技术的发展都体现了同一个趋势即作为信息传输的一种手段的数字通信其应用正在日益增长。本书概述我们假定使用本书的学生对线性系统理论(无论是连续的还是离散的)有一个基木的了解,并且有相当程度的傅里叶序列和傅里叶变换技术的知识。第2章对信号和系统的基本知识进行了复习,并建立起后面章节要用到的基本概念。本书还假定学生已经掌握∫概率论的人门课程。这些课程在许多电子丁程和计算机工程专业中都是必需的。第4章对通信人门课程所必需的关于概率和随机过程的知识进行了概括复习第3章讨论模拟信号的调制和解调。包括振幅调制(AM)频率调制(FM)和相位调制(PM)无线电和电视’播及移动无线蜂窝系统将作为模拟通信系统的例子予以讨论。第5章继续讨论模拟通信系统,并且分析了加性噪声对AMFM和M信号解调的影响。第5章对在模摆和数字通信系统中用做载波相位估计的锁相环进行了讨论,在这一章的结束部分讨论了通信系统中对传输损耗的影响的处理,并对噪声源的特性进行了描述。信源特性和信源编码是数字通信系统分析和设计的入门第6章即关注于这一主题。在这一章我们将为读者介绍离散和迕纹(模拟〉信源的数学模型、熵和交上信息的基本数学概念对十离散源的信源编码,本章的讨论包括蛋夫曼编妈算法和 empel-孤算法。对于模搜源,本章对标量量化和矢量量化都进行了讨论,并且描述了常用波形编码技术,即PCM、DFCM和DM。这一章还阐述了基于IP的信源建模方法。在这一章中我们引用了电话设备中的谙音传输系统、光盘(CDυ播放机的语音记录系统和JPEG图像编码标准,并将它们作为信源编码的实际例子关于数字调制和解调的插述见第7章在信号的几何描述基础上,对二进制和非二进制调制技术进行了讨论,并对其误码率性能进行了评佔和比较。本章还描述了数字通信系统中码元同步的方法第8章对带限AWCN信道上的数字传输进行分析。在这一章中推导了线性调制基带信号的功率谱密度,并分析了带限信道的倍号设计阿题。分析的结果表明,信道失真的影响是引入了码间干扰(II),而通过透当的信号设计可以消除或最小化这一影响。使用线性和非线性自适应均衡器的目的是降低II的影响,对此本章也进行了描述。第9章分析的主题是信道编码和译码。首先义了通信信道的容量并确定了高斯信道的容量。在这一章中对线性分组码和卷积码进行了介绍,并对恰当的译码算法做了描述。这一章还描述了编码处理对带宽受限信道所带来的好处。本章的最后一节插述了编码的二个实际应用。本书的最后一章讨论的主题是无线通信。本章首先考虑了衰落多径信道的特征,并讨论这种信道对无线数字通信系统的影响。信号设计能够有效地减小这种类型的信逍失真。本章随后描述了相信连续调制信号,这种信号尤其适合无线信道的数字通信。最后分析了扩频信号,这种信号适用于多用户无线通信系统例题和习题本书选用了大量经过精心挑选的例题和习题。书中包含超过18个已解答的例题和超过480道的习题。例题和习题的范围覆盖了简单的练习到富有挑战性的习题。解答手册有纸质的手册和光盘两种形式。习题解答手册不向学生出售,从邮方使教帅以适当的形式给出解答。课程选择本书听以用于一全两个学期的通倍系统课程。课程设计屮要考虑的一个重要因素是,学生是否学过概率论和施税过程等先期课程。是否涉及模我调制和解调则是另一个要考虑的重要因素。对此本书给出三种应用方式,其他的方式当然也是可行的。1.模拟与数字通信的个学期的课程:笫2章的部分概栝性章节,第3章第5章笫7章、第8章的全部第6章第9章和第10章中的部分内容。2.数字通信的一个学期的课程第2章第4章的部分概括性章节第6章到第10章。3.两↑学期的课程,模拟与数字通信(a)第2章到第6章为第学期课程;(b)第7章到第1章为第二学期课程。