通信原理實用教程：使用MATLAB仿真與分析(微課視頻版)（簡體書）

本書全面介紹現代通信系統的基本組成模型和信息傳輸中的各種調制解調技術, 全書共分8章, 內容 包括通信和信息傳輸的基本概 念, 通 信 系 統 中 的 信 號、 信 道 與 噪 聲, 模 擬 調 制 傳 輸, 模 擬 信 號 的 數 字 化 傳 輸, 數字基帶傳輸, 數字調制傳輸, 現代數字調制和物聯網通信技術簡介。在相應章節後附有實例, 介紹 基於 MA T L A BR 2 0 2 0相關內容的建模與仿真, 通過上機實踐練習, 可以幫助讀者更好地理解和掌握抽象 的理論知識, 激發學習興趣。 本書主要面向高等學校電 氣 類、 電 子 信 息 工 程 類、 通 信 工 程、 計 算 機 科 學 與 計 算 等 專 業, 內 容 淺 顯 易 懂, 邏輯性強, 盡量淡化複雜的數學演算和公式推證, 注重基本概念和重要結論的理解和實際應用。本書 可作為高等學校電子電氣類各專業“ 通信原理” “ 系統建模與仿真” “ MA T L A B / S i m u l i n k信號與系統分析” 等課程教材, 也可供相關工程技術人員閱讀和參考。

向軍：西南交通大學電氣工程學院副教授。長期從事通信與信號理論、系統建模與仿真、微機和單片機應用系統開發等領域的教學和研究工作。先後為本科生和研究生開設“信號與系統”“MATLAB編程及工程應用”“系統建模與仿真”“數字信號處理”“通信原理”“隨機信號理論”等多門課程，發表學術論文20余篇，出版教材3部。

“通信原理”是電子信息類專業一門重要的專業核心課程。本書是編者結合近20年的科研和教學實踐經驗編寫而成的，編者希望給讀者提供一本淺顯易懂、內容完整、概念清楚的學習參考書，幫助讀者更好地掌握相關知識。本書具有以下特點：
? 內容精練、條理清晰、通俗易懂 全書內容主要集中在模擬和數字通信系統中的調制解調技術，刪除了與其他課程重復的內容，重點突出，邏輯性強。
? 注重概念、避免過於複雜的數學推導 盡量避免複雜的數學推導，注重解釋基本概念、公式和物理參數的實踐意義及工程應用。
? 強化實踐、注重激發讀者的學習興趣 以MATLAB R2020b為平臺，每章後都給出了仿真實踐案例，將抽象的理論學習和形象、直觀的實驗有機地結合起來，便於激發讀者的學習興趣，避免產生對複雜數學推導過程的恐懼心理。本書所有代碼和仿真模型都在平臺上反復調試通過，方便教師據此組織課程實驗教學和二次開發。

“通信原理”是電子電氣類、通信工程專業一門重要的專業核心課程，由於涉及大量的數學理論知識和抽象概念，給學生的學習和教師的授課都帶來較大困難。因此，編者結合近20年的科研和教學實踐經驗，編寫了本書，希望給讀者提供一本淺顯易懂、內容完整、概念清楚的學習參考資料，幫助讀者更好地掌握相關知識。
本書以數字通信技術為重點，介紹通信系統的基本原理、基本性能和分析方法。全書共分8章。
第1章主要介紹通信和通信系統的基本概念，包括通信系統的分類、基本組成和常用性能指標、調制和解調的基本概念。
第2章主要復習信號與系統的時域與頻域分析方法、信號的各種頻域描述方法、線性系統的頻率特性和濾波器的概念，簡要介紹通信系統中的典型信道及其特性、通信系統的噪聲及其分類和特性。
第3章主要介紹模擬通信系統中各種典型調制解調技術的基本原理和性能分析方法。
第4章介紹模擬信號的數字化傳輸方法，主要包括信號的抽樣、量化和編碼，重點介紹現代通信系統中廣泛採用的脈衝編碼調制技術。
第5章介紹數字基帶傳輸系統的基本模型，主要包括數字基帶信號及其功率譜分析、碼間干擾的概念及其對傳輸性能的影響、部分響應和均衡技術、數字基帶傳輸系統的抗噪性能分析等。
第6章介紹數字調制傳輸系統的基本組成和傳輸性能，主要介紹基本的二進制調制和解調技術的基本原理，以及數字信號的接收問題。
第7章介紹現代數字通信系統中廣泛採用的多進制調制和現代數字調制技術。
第8章簡要介紹物聯網系統中幾種典型的通信技術，作為前面各章節內容在實際系統中的應用舉例，以便為讀者指明繼續學習的方向。
與其他同類圖書相比，本書的特點如下。
(1) 內容精練，條理清晰，通俗易懂。本書將主要內容集中在模擬和數字通信系統中的關鍵技術之一——調制解調技術，而刪除了與其他課程重復的內容。例如，差錯控制編碼在《信息論與編碼》等書中都有介紹，同步技術在“高頻電子線路”“計算機網絡”等課程中有介紹，為了突出重點，本書都不再重復涉及。
(2) 注重基本概念的同時，強化實踐應用。本書在每章後都以MATLAB R2020b為平臺，介紹相關章節內容的建模和仿真實踐。各章實踐練習的內容可以獨立成體系，便於教師組織本課程實驗和實踐教學。主要內容按順序包括: MATLAB/Simulink基礎、MATLAB在信號和噪聲分析中的應用、模擬調制解調過程的MATLAB仿真、抽樣量化編碼過程的MATLAB仿真、數字基帶傳輸系統的MATLAB仿真分析、數字調制傳輸系統的MATLAB仿真分析、現代數字調制的MATLAB仿真。這些內容除了結合實際案例進行詳細介紹外，所有代碼都經編者調試通過，每章還提供了相關的實踐練習題目。
本書為西南交通大學規劃教材。本書的編寫和出版得到了四川省首批產教融合示範項目“交大九洲電子信息裝備產教融合示範”的支持。
本書的理論參考學時為32~60學時，實驗實踐學時為16學時。
由於編者水平有限，書中難免存在疏漏和不足，懇請讀者批評指正。
編者
2022年3月

第1章基本概念

1．1通信及通信系統

1．1．1通信系統的基本組成模型

1．1．2通信系統的分類

1．1．3模擬通信和數字通信系統

1．2調制和解調

1．2．1調制和解調的基本概念

1．2．2調制和解調的分類

1．2．3調制的作用

1．3通信系統的質量指標

1．3．1模擬通信系統的質量指標

1．3．2數字通信系統的質量指標

1．4MATLAB/Simulink基礎

1．4．1MATLAB編程基礎

1．4．2Simulink基礎

1．4．3MATLAB的幫助系統

課程思政閱讀材料

習題1

實踐練習1

第2章信號、信道與噪聲

2．1信號和系統的基本概念

2．2傅裡葉變換與信號的頻譜

2．2．1信號的頻譜

2．2．2傅裡葉變換的常用性質

2．2．3信號的能量譜、功率譜與自相關函數

2．2．4信號的帶寬

2．3線性系統與濾波器

2．3．1線性系統及其頻率特性

2．3．2系統響應的頻域求解

2．3．3濾波器

2．4信道及其特性

2．4．1信道的分類

2．4．2信道的數學模型

2．4．3信道特性對傳輸的影響

2．5噪聲

2．5．1噪聲的來源及分類

2．5．2高斯噪聲和白噪聲

2．5．3窄帶高斯白噪聲

2．6MATLAB在信號和噪聲分析中的應用

2．6．1信號頻譜的MATLAB程序求解

2．6．2信號的時間波形和頻譜觀察

2．6．3濾波器設計

2．6．4通信工具箱及其常用模塊

2．6．5子系統及其創建方法

課程思政閱讀材料

習題2

實踐練習2

第3章模擬調制傳輸

3．1模擬幅度調制

3．1．1模擬幅度調制的基本原理

3．1．2DSBSC調制和AM調制

3．1．3SSB調制和VSB調制

3．2模擬角度調制

3．2．1角度調制的基本概念

3．2．2窄帶調頻和寬帶調頻

3．2．3調頻信號的產生方法

3．3模擬調制系統的解調

3．3．1相干解調

3．3．2非相干解調

3．4模擬調制系統的抗噪聲性能

3．4．1抗噪聲性能分析模型

3．4．2輸入信噪比的計算

3．4．3輸出信噪比和信噪比增益

3．5模擬調制應用舉例

3．5．1頻分復用

3．5．2廣播電視通信系統

3．5．3調頻立體聲廣播

3．6模擬調制解調過程的MATLAB仿真

3．6．1MATLAB編程仿真

3．6．2Simulink模型仿真

3．6．3Simulink中的調制解調模塊

課程思政閱讀材料

習題3

實踐練習3

第4章模擬信號的數字化傳輸

4．1抽樣及抽樣定理

4．1．1抽樣

4．1．2抽樣定理

4．1．3實際抽樣

4．2量化及量化信噪比

4．2．1均勻量化

4．2．2量化誤差和量化信噪比

4．2．3非均勻量化

4．3編碼

4．3．1常用的二進制碼組

4．3．2均勻量化編碼方法

4．3．3A律13折線編碼

4．4脈衝編碼調制系統

4．4．1PCM系統的碼元速率

4．4．2PCM系統的抗噪聲性能

4．5預測編碼

4．5．1差分脈衝編碼調制

4．5．2增量調制

4．6時分復用和復接

4．6．1時分復用的基本原理

4．6．2復接

4．7抽樣量化編碼過程的MATLAB仿真

4．7．1量化信噪比的測量

4．7．2PCM傳輸系統仿真

4．7．3增量調制編解碼仿真

課程思政閱讀材料

習題4

實踐練習4

第5章數字基帶傳輸

5．1數字基帶傳輸系統的基本組成

5．2數字基帶信號及其頻域特性

5．2．1基本碼型

5．2．2常用碼型

5．2．3數字基帶信號的功率譜

5．3碼間干擾

5．3．1碼間干擾的概念

5．3．2無碼間干擾傳輸的條件

5．3．3無碼間干擾的典型傳輸波形

5．4部分響應和均衡技術

5．4．1部分響應技術

5．4．2均衡技術

5．5抗噪聲性能與眼圖

5．5．1數字基帶信號的傳輸與判決

5．5．2誤碼率分析

5．5．3眼圖

5．6數字基帶傳輸系統的MATLAB仿真分析

5．6．1碼型編碼

5．6．2發送和接收濾波器模塊

5．6．3眼圖及基帶傳輸特性觀察

5．6．4誤碼性能的仿真分析

課程思政閱讀材料

習題5

實踐練習5

第6章數字調制傳輸

6．1二進制數字調制和解調

6．1．1二進制數字調制的基本原理

6．1．2二進制數字調制信號的特性

6．1．3解調方法

6．2二進制差分相移鍵控

6．2．12PSK的倒π現象

6．2．22DPSK調制和解調

6．3二進制調制系統的抗噪聲性能

6．3．12ASK系統的抗噪聲性能

6．3．22FSK系統的抗噪聲性能

6．3．32PSK和2DPSK系統的抗噪聲性能

6．4二進制數字調制系統性能比較

6．5數字信號的接收

6．5．1匹配濾波器

6．5．2接收機

6．6數字調制傳輸系統的MATLAB仿真分析

6．6．1二進制數字調制的MATLAB/Simulink仿真

6．6．2數字基帶調制模塊

6．6．3科斯塔斯環的建模仿真

課程思政閱讀材料

習題6

實踐練習6

第7章現代數字調制

7．1多進制基帶信號

7．2多進制數字調制

7．2．1多進制調制的基本原理

7．2．2MPSK

7．3MSK

7．3．1MSK信號的表示

7．3．2MSK的相位網格圖

7．3．3MSK的產生和解調

7．4QAM

7．4．1QAM的基本原理

7．4．2QAM信號的產生和解調

7．4．3QAM信號的特性

7．5正交頻分復用

7．5．1OFDM的基本思想

7．5．2OFDM的基本原理

7．5．3基於FFT的OFDM系統組成

7．6現代數字調制的MATLAB仿真

7．6．1多進制調制傳輸的頻帶利用率

7．6．2MSK調制過程的建模仿真

7．6．3多進制調制模塊及其應用

課程思政閱讀材料

習題7

實踐練習7

第8章物聯網通信技術簡介

8．1物聯網通信技術概述

8．1．1物聯網通信的產生和發展

8．1．2物聯網體系結構和通信系統

8．2RFID技術

8．2．1RFID系統的組成

8．2．2RFID系統的工作原理

8．2．3RFID的典型應用

8．3ZigBee技術

8．3．1ZigBee技術的特點及應用

8．3．2ZigBee協議

8．3．3ZigBee網絡的拓撲結構

8．4藍牙通信技術

8．4．1藍牙協議

8．4．2藍牙網絡連接

8．4．3藍牙技術的特點及應用

8．5WiFi通信技術

8．5．1WiFi和WLAN簡介

8．5．2WLAN物理層協議

8．5．3MAC層協議

8．5．4WLAN的組成及拓撲結構

8．6物聯網通信的綜合應用

8．6．1M2M技術

8．6．2WSN技術

課程思政閱讀材料

習題8

附錄A傅裡葉變換的常用性質

附錄BQ函數表

附錄C常用三角公式

附錄D第1類n階貝塞爾函數

參考文獻