 |
-- 會員 / 註冊 --
|
 |
|
|
|
深入淺出通信原理 ( 簡體 字) |
| 作者：陳愛軍 | 類別：1. -> 電子工程 -> 電子電氣 |
| 譯者： |
| 出版社：清華大學出版社 |  3dWoo書號： 48355
詢問書籍請說出此書號！【缺書】
NT售價： 445 元 |
| 出版日：2/1/2018 |
| 頁數：350 |
| 光碟數：0 |
|
站長推薦：  |
| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
| |
加入購物車  │加到我的最愛
(請先登入會員) |
| ISBN：9787302483861 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
| (簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證) |
| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：前言
隨著電話和互聯網的普及，特別是手機和移動互聯網的普及，越來越多的人接觸到通信，不少人都想搞清楚通信的基本原理，找一些通信原理方面的書來看，但很多書中充斥的大量繁雜的數學公式讓很多人望而卻步。
和大家一樣，我在學習通信原理的過程中也遇到了同樣的困難，大家一定很好奇我是如何克服這些困難的，下面我就對自己學習通信原理的經歷和體會做一個介紹，希望對大家學好通信原理有所啟發。
一、通信原理學習經歷
說起通信，作為一名“70后”，我接觸通信的時間最早可以追溯到小學的時候。家里有一臺熊貓牌電子管收音機，后來又新買了一臺紅燈牌電子管收音機，如圖1所示。
圖1 熊貓牌和紅燈牌電子管收音機
低年級時我特別喜歡收聽小喇叭節目，聽孫敬修老爺爺講故事，“嗒嘀嗒，嗒嘀嗒，小喇叭開始廣播了”至今還在耳邊回響。到了高年級之后，收聽最多的節目就是單田芳老師講的評書，每次還沒聽夠呢，一句“欲知后事如何，且聽下回分解”就結束了。
我的父親是一名復員軍人，在部隊當兵時自學了無線電技術，經常為鄰居修理收音機等家用電器。家里常年訂閱《無線電》和《家用電器》雜志，如圖2所示。
圖2 《無線電》和《家用電器》雜志
受父親影響，我從小就對無線電產生了濃厚的興趣，很想搞清楚聲音是怎么從廣播臺傳到收音機并通過喇叭播放出來的。雖然通過初中和高中物理課學了一些電壓、電流、電阻、電容、電感等電路知識和電磁學方面的知識，但我的疑惑還是沒能完全解開。于是高考填報志愿時幾個志愿全部填了與無線電技術相關的專業，最終如愿考入西安交大信息與控制工程系無線電專業。
當時對無線電的認識也就是無線電廣播和電視，想著大學畢業后回家搞家電維修去。正是因為這個想法，我參加了學校的電子學會，把大學期間的大部分課余時間都花在幫同學和老師修單放機、電視機方面了。當時大家都是使用單放機來聽音樂和學英語，最常見的單放機牌子要數索尼和愛華，如圖3所示。
圖3 索尼和愛華單放機
大二時一次偶然的機會，從即將畢業的學長擺的舊書攤上買到了一本《電子世界》的創刊號，發現這本雜志對三極管等電子技術知識講得通俗易懂，我如饑似渴地把從創刊號開始的每一期雜志全部搜集齊了來看，如圖4所示。
圖4 《電子世界》雜志
也正是通過《電子世界》這本雜志，我第一次接觸到了四位單片機，搞清楚了單片機的工作原理，后來一鼓作氣把大四才學的8031單片機原理給學完了。這為我后來畢業被華為錄取埋下了伏筆——畫出8031最小系統并講清楚工作原理就是1997年應聘華為時面試官楚慶給我出的一道題。當然單放機和電視維修所展現的動手能力也為我應聘進華為起了很大作用。
進入華為后，最初在無線業務部從事GSM硬件開發工作，開發基站控制器BSC上的單板。當時的BSC是基于C&C08交換機開發的，主管尹志剛給我安排了一項任務：給1998年報到的無線新員工講C&C08交換機工作原理。說老實話，雖然大學時學過程控交換原理，但當時真沒理解，以七號信令系統為例，只知道它是通信系統的神經系統，由于根本沒接觸過實際的通信設備，根本不知道說的是啥，為了準備那次培訓，我找了大量培訓咨料來學習，包括C&C08硬件總體架構，主控板、時鐘板、信令板、中繼板、用戶板、交換網板等各種單板（如圖5所示）的功能介紹和配置方法，電話網組網，電話區號編碼，打通電話的流程等。結合大學學過的理論知識，我終于把程控交換原理徹底搞清楚了。
至今我還記得那次培訓，培訓時間為1998年9月22日。我清楚地記得，那次培訓的結尾我講了一個例子，從我的老家吉林延邊撥打深圳的電話，中間途經了哪些設備，電話是如何一步一步接續成功的。培訓結束時我說：今天正好是我進無線業務部滿一年的日子，很高興有這樣一個機會給大家分享我對C&C08交換機的理解，你們在這么短的時間內就掌握了我花了半年時間才搞清楚的知識，相信你們在無線業務部工作滿一年時會有更大收獲！令我沒有想到的是，多年以后還有人記得那次培訓。一次偶遇同事謝壽波，他說，“我參加過1998年的那次培訓，那是我加入華為進入無線業務部參加的第一個培訓，至今仍記憶猶新，通過那次培訓我真正搞明白了程控交換原理，受益匪淺！”聽了他的話我非常感動。
圖5 C&C08交換機機柜和單板配置
后來隨著計算機和互聯網的普及，開始接觸到上網。當時想上網，除了要有計算機以外，還要買一個貓(MODEM)接到計算機的串口上，再買一張上網卡，憑卡上的賬號和密碼撥號上網，如圖6所示。
圖6 撥號上網示意圖
當時的上網速率一般只有33.6kbit/s，后來出現一種56k MODEM，最高速率可以達到56kbit/s。我特別想搞清楚為什么一般MODEM上網速率最高只能達到33.6kbit/s，而56k MODEM最高能達到56kbit/s。可惜由于當時掌握的知識太有限，沒能搞明白這些問題，直到去年處理一個機頂盒通過MODEM與服務器通信的問題時才徹底弄明白了這些問題。
2003年我轉入新成立的CDMA解決方案測試部，負責終端兼容性測試。讓我感到郁悶的是，每次發現異常都要找同事來幫忙分析跟蹤到的信令信息，定位問題出在哪兒了，麻煩別人次數多了，自己都覺得不好意思了。為了系統地熟悉信令流程，部門領導鄧泰華安排我到CBSC產品測試部做了半年的產品測試，在凌湘壽的指導下，我把CDMA標準信令流程（如圖7所示）和CBSC內部各模塊的信令處理流程都搞得一清二楚，從那之后我終于可以做到對信令流程問題不求人了！
圖7 移動臺發起呼叫信令流程圖
再后來我轉入CDMA性能測試組，做性能算法測試，開始定位一些數據傳輸速率方面的問題。速率低時首先看的就是Ec/Io，但Ec/Io到底是什么一直沒搞清楚。另外，碼分多址是什么？碼分多址是利用擴頻通信實現的，擴頻通信的原理是什么？為什么CDMA頻譜占用的帶寬是1.23MHz？為什么CDMA 1X的速率可以達到153.6kbit/s？等等，有太多的問題沒弄明白。
考慮到很多問題都與頻譜有關，我決定把頻譜作為一個切入點來研究。頻譜與傅里葉系數和傅里葉變換有關。雖然大學時學過信號與系統，知道傅里葉級數展開和傅里葉變換，但說老實話，當時沒有真正學明白，例如，為什么會有負頻率？復信號是如何在通信系統中傳輸的？這些很基本的問題以前都沒搞清楚。真心感謝萬能的互聯網，讓我搜索到了西安電子科技大學陳懷琛老師的文章《負頻率頻譜究竟有沒有物理意義》和西安理工大學張華容老師的文章《為“復信號”正名之辯》，才終于弄明白了負頻率和復信號的物理意義。
但是對于復信號表達式中的虛數j，我一直耿耿于懷。虛數是高中解一元三次方程組時，為了給j的平方等于-1一個解而引入的，j的意義到底是什么壓根沒有說清楚。一次逛書店時我偶然發現了《虛數的故事》這本書。此書對虛數的來龍去脈進行了系統的介紹，我終于弄清楚了虛數j的物理意義：一個復數與j相乘就相當于這個復數對應的向量在復平面上逆時針旋轉90?。搞清楚這一點后，j2=-1就很好解釋了，如圖8所示。
圖8 為什么虛數j的平方等于-1
學習傅里葉級數展開時，我發現：兩個周期信號相乘可以轉化為兩個多項式相乘，多項式的系數就是傅里葉系數。再結合“兩個多項式乘積的系數等于這兩個多項式系數的卷積”（如圖9所示），得到：兩個周期信號相乘相當于這兩個周期信號的傅里葉系數做卷積！
圖9 兩個多項式乘積的系數等于兩個多項式系數的卷積
我以“深入淺出通信原理”為題，把這個發現分享到通信人家園論壇（http://bbs.c114.net/thread-394879-1-1.html），受到大量網友的圍觀，大家都說第一次看到這么直觀地利用多項式乘法來理解《信號與系統》中所講的“時域相乘相當于頻域卷積”，激發了很多人學習通信原理的興趣。
從那以后，每天下班回家，就算再晚我也要研究一個通信原理的小知識點并分享到通信人家園論壇，逐漸形成了一個系列連載。不斷增加的訪問量和網友的肯定與支持大大激發了我的學習熱情，我對通信原理的深入研究一發不可收拾。
數據傳輸速率問題除了涉及無線通信原理外，還涉及數據通信原理，我利用業余時間對數據通信原理進行了深入研究，包括以太網交換機、路由器等數通設備的工作原理，互聯網上廣泛使用的TCP/IP協議、HTTP協議、FTP協議等，搞清楚了客戶端、交換機、路由器、服務器的協議棧等，如圖10所示。
圖10 客戶、交換機、路由器、服務器的協議棧
由于掌握的知識比較全面，從客戶端、終端、基站、核心網到服務器，從信令面到用戶面，從物理層、鏈路層、傳輸層到應用層，出現數據傳輸速率問題時，我總能在大家走投無路時找到突破點，連公司的IT部門遇到疑難問題時都來找我幫忙解決，就這樣我逐步在公司范圍內樹立了自己的專家形象和技術影響力。
上面講了我研究通信原理的過程。下面針對很多人提的通信原理太難學、沒時間學的問題談一下我的經驗和體會。
二、通信原理的學習經驗和體會
關于通信原理難學的問題，我的建議如下所述。
（1）多問幾個為什么。一定要保持你的好奇心。天天掛在嘴邊的詞你不一定真正懂了，要多問一些為什么，要有打破砂鍋問到底的精神。例如CDMA中的Ec/Io，不要以為理解為接收信號強度就算明白了，要進一步問問：Ec是什么，Io又是什么？如圖11所示。
圖11 Ec/Io的含義是什么？
（2）透過公式看本質。非常復雜的公式背后往往隱藏了很簡單的道理。學好通信原理的關鍵就在于透過公式看本質，千萬不要被繁雜的公式蒙蔽了雙眼。
例如：傅里葉級數展開式
看著很復雜，實質上就是將周期信號分解成一系列旋轉向量之和，各旋轉向量的角速度分別為，t=0時刻的初始向量就是傅里葉系數ck，如圖12所示。
圖12 三維頻譜
（3）以不變應萬變。雖然移動通信技術的發展日新月異，從2G、3G到4G，4G還沒商用多久，5G又要來了，但是移動通信系統的端到端網絡架構變化不大，基本保持著客戶端+終端+基站+傳輸+核心網+互聯網+服務器的形態，如圖13所示。
圖13 移動通信系統端到端網絡架構
（4）利用工具輔助學習。在學習通信原理過程中，我發現Matlab是一個很好的工具，不但支持仿真，還可以將很多表達式以二維或三維曲線方式呈現出來，使枯燥的式子變得非常直觀而有趣，于是我自學了Matlab，并使用Matlab畫圖來輔助理解通信原理。另外，學習數據通信協議時，利用Wireshark抓包和分析也是一種效果很好的學習方法。
利用Matlab進行頻譜分析和利用Wireshark進行抓包分析的界面如圖14所示。
圖14 利用Matlab和Wireshark學習通信原理
（5）化繁為簡。把一個大目標分解成很多小目標，把復雜的通信原理知識分解成一個一個小的知識點，這樣每個知識點就沒那么難了，如圖15所示。
圖15 把一個問題層層分解成多個小知識點
（6）簡單的事情重復做。堅持每天研究一個小知識點，長年累月積累起來，最終會實現從量變到質變。關于這一點，跟著“深入淺出通信原理”系列連載（如圖16所示）學習通信原理的網友很有體會，每次發一個連載，有些網友說內容少、不過癮，堅持學下來才發現不知不覺學了很多知識。
圖16 “深入淺出通信原理”系列連載
（7）多看書。很多人說“書非借不能讀也”，我覺得此言差矣。建議大家有時間多轉轉實體書店或網上書店，發現好書之后立即買下來，否則過幾年等你想看時再買，很有可能就買不到了。網友推薦給我的好書中就有幾本買不到了，很可惜。我的部分藏書如圖17所示。
圖17 部分藏書
（8）多記筆記。好記性不如爛筆頭，注意把想明白的問題隨手記錄下來，做成筆記。一來避免自己忘記；二來便于回過頭去翻閱和查找。
（9）多總結。沒有總結就沒有提高。通過歸納總結可以發現自己還有哪些東西沒搞懂，把沒搞懂的東西弄懂，技術水平自然就提高了。
（10）多分享。總結的東西要多分享。分享的形式很多，講課、論壇發帖、寫博客等，都可以，總之不要捂在自己手里。分享之后會有很多人問你問題，可以檢驗你是否真明白了。如果答不上來，趕緊去學習。學習明白了，你就又進步了。
關于沒有時間學習通信原理的問題，我不是太認同。“時間是彈簧，你弱它就強”。當你坐公交車時，當你等電梯時，當你躺在床上睡不著覺時，你在干什么？相信很多人都在看手機！有時間刷朋友圈，沒時間學通信原理？大家相信嗎？反正我不信！建議大家把碎片化的時間利用起來學習通信原理。
上面講了我的技術成長經歷，還談了我學習通信原理的一些經驗和體會。下面對本書的成書過程做一下簡要介紹。
三、成書過程
“深入淺出通信原理”系列連載于2010年4月8日在通信人家園論壇上線，受到廣大網友的熱烈歡迎。很多網友回帖表示肯定和支持，也給了不少改進建議。例如，有網友反饋：連載講了很多通信原理的知識點，每個知識點以圖文并茂的方式講得很清楚，但這些知識點在通信系統的哪個地方會用到缺少必要的說明，希望能夠出書，對通信原理知識進行更系統、更全面的介紹。
為了將連載的內容集結成書，我利用周末和節假日的時間，以通信系統模型為主線，對連載內容進行了系統梳理和查缺補漏，補充了信源編碼、信道編碼、天線技術、復用和多址技術等方面的很多內容。
經過多年的醞釀和積累，《深入淺出通信原理》這本書終于即將出版了。2017年8月14日是我進入華為工作滿20周年的日子，《深入淺出通信原理》這本書的出版也算是我20年工作和學習的經驗總結，非常具有紀念意義。
四、致謝
最后我要向為本書出版做出貢獻的家人、朋友和同事致謝！
感謝我的父親！沒有您的潛移默化，我不可能喜歡上無線電，更不可能進入通信行業。
感謝我的父母、老婆和孩子！謝謝你們對我出書的大力支持、為我寫書創造的良好環境！同時也請你們原諒，我把很多本該陪伴你們的時間都用來研究通信原理了。
謝謝通信人家園論壇，特別是通信原理與基礎版的版主！謝謝你們搭建了一個很好的通信原理學習和交流的平臺，沒有這個平臺，就沒有“深入淺出通信原理”系列連載，更不會創造單帖800 萬人次的閱讀量！
感謝本書策劃編輯劉洋老師！“深入淺出通信原理”在通信人家園論壇開始連載以后，是您第一時間與我聯系出書事宜，和我一起討論本書的定位和讀者群，確定本書的主要內容和主體框架。是您作為本書的策劃和第一位讀者，提出了很多非常專業的改進建議！把連載的帖子轉化成書要補充很多新內容，由于我投入寫書的時間有限，導致書稿的交稿時間一拖再拖，有幾次我自己都想撂挑子不干了，是您一直不離不棄，動之以情、曉之以理，鼓勵我把書寫完。可以毫不夸張地說，沒有您就不會有《深入淺出通信原理》這本書！
感謝華為無線網絡業務部人力資源部部長孫承，謝謝您極力推薦我負責《無線通信原理基礎》MOOC 課程內容的開發！還要感謝MOOC課程線上培訓的助教季超老師，感謝參加MOOC課程線上培訓的所有華為同事！MOOC課程的主要內容取自本書初稿，你們反饋的建議使本書內容得以進一步完善。
感謝《大話無線通信》的作者丁奇！謝謝您為本書提出的非常有價值的改進建議！
感謝通信人家園論壇的廣大網友！沒有你們的肯定、支持和鼓勵，這本書不可能出版！
陳愛軍
2017年10月
|
內容簡介：本書的主要內容源于作者在通信人家園上的“深入淺出通信原理”系列連載，匯編成為繼承了連載圖文并茂、深入淺出、理論聯系實際的特點，并在連載內容的基礎上進行了補充和完善。從信號和頻譜講起，以通信模型為主線，對信道、信源編碼、信道編碼和交織、脈沖成形、調制、天線技術、復用和多址技術等做了系統講解。
本書針對真正希望搞清楚通信原理的讀者編寫，適用于高等院校通信專業本科生和研究生、在職的電信行業工程師，也適用于對通信原理具有濃厚興趣的非通信專業人士。 |
目錄：第1章通信原理概述 1
1.1什么是通信 1
一、廣義的通信 1
二、狹義的通信 2
1.2什么是通信系統 2
一、有線模擬通信系統 3
二、無線模擬通信系統 4
三、有線數字通信系統 5
四、無線數字通信系統 10
1.3通信系統模型 10
一、信源和信宿 11
二、信道 12
三、發信機和收信機 12
1.4信道 13
一、有線信道 13
二、無線信道 15
1.5信號變換 19
一、信源編碼 19
二、信道編碼和交織 19
三、脈沖成形 20
四、調制 21
五、天線技術 24
1.6復用和多址技術 25
一、復用技術 26
二、多址技術 26
第2章信號與頻譜 27
2.1概述 27
2.2正弦信號 28
一、正弦信號的波形 28
二、正弦信號的特性 29
2.3復指數信號 32
一、歐拉公式 32
二、如何理解復數 33
三、如何理解復信號 36
四、復指數信號的特性 41
2.4信號的相和相位 42
一、概述 42
二、什么是Phase 43
三、月亮的相和相位 43
四、什么是相 46
五、什么是相位 47
六、什么是相位差 55
七、波的干涉 61
2.5信號的分解與合成 65
一、正弦信號作為基本信號 65
二、復指數信號作為基本信號 69
2.6周期信號的傅里葉級數展開 76
一、傅里葉級數展開的定義 76
二、傅里葉級數展開的幾何意義 76
三、傅里葉系數計算公式 77
四、方波信號的傅里葉系數 77
五、周期矩形信號的傅里葉系數 79
2.7周期信號的離散譜 80
一、兩類頻譜 80
二、常用周期信號的頻譜 82
2.8非周期信號的連續譜 90
一、非周期矩形脈沖信號的離散譜 90
二、非周期矩形脈沖信號的連續譜 92
2.9傅里葉變換 94
一、傅里葉正變換 94
二、傅里葉逆變換 95
三、傅里葉變換 96
四、非周期信號的傅里葉變換 97
五、周期信號的傅里葉變換 100
六、傅里葉變換的對稱性 105
七、延遲信號的傅里葉變換 108
八、信號乘積的傅里葉變換 110
九、信號卷積的傅里葉變換 128
2.10離散傅里葉變換 137
一、離散傅里葉正變換 137
二、離散傅里葉逆變換 148
第3章信道 153
3.1噪聲和干擾 153
3.2信道帶寬 153
3.3信道容量 154
3.4移動衰落信道 155
一、路徑損耗 155
二、大尺度衰落 156
三、小尺度衰落 156
第4章信源編碼 169
4.1模/數轉換 169
一、采樣 169
二、量化 177
三、編碼 180
四、實現 181
4.2音頻編碼 186
一、G.711PCM 186
二、RPE-LPT 186
三、AMR-NB 187
四、AMR-WB 187
4.3視頻編碼 188
一、概述 188
二、模/數轉換 190
三、視頻壓縮 194
第5章信道編碼與交織 201
5.1FEC 201
一、重復碼 201
二、分組碼 202
三、卷積碼 206
5.2交織 218
一、交織 218
二、去交織 219
5.3反饋重傳 219
一、ARQ 219
二、HARQ 220
三、HARQ+ARQ 220
第6章基帶信號的發送和接收 221
6.1脈沖成形 221
一、矩形脈沖 221
二、sinc脈沖 223
6.2基帶濾波器 224
一、理想低通濾波器 224
二、升余弦滾降濾波器 225
6.3眼圖 229
一、什么是眼圖 229
二、眼圖的生成原理 229
第7章頻帶信號的發送和接收 234
7.1模擬調制 234
一、標準幅度調制 235
二、雙邊帶調制 239
三、單邊帶調制 243
四、IQ調制 247
7.2數字調制 251
一、數字調制 251
二、PSK調制 251
三、QAM調制 253
四、數字調制的實現 254
五、星座圖 263
六、數字調制的映射關系 266
七、調制效率 269
7.3變頻技術 270
一、直接變頻 270
二、間接變頻 272
三、數字變頻 275
四、帶通采樣 276
第8章天線技術 284
8.1天線的功能 284
8.2電磁波輻射原理 284
一、輻射能力與導線形狀的關系 285
二、輻射能力與導線長度的關系 285
8.3半波對稱振子 285
8.4全向天線 286
8.5定向天線 287
8.6多天線技術 287
一、分集技術 287
二、MIMO 289
三、波束賦形 306
第9章復用和多址技術 312
9.1TDM/TDMA 312
一、概念 312
二、實現 313
三、應用 313
9.2FDM/FDMA 314
一、概念 314
二、實現 315
三、應用 316
9.3OFDM/OFDMA 316
一、概念 316
二、實現 318
三、應用 327
9.4CDM/CDMA 327
一、概念 327
二、實現 328
三、應用 338
第10章通信系統性能評估 340
10.1通信系統性能指標 340
10.2模擬通信系統 340
一、概述 341
二、有效性 341
三、可靠性 341
10.3數字通信系統 342
一、概述 342
二、有效性 345
三、可靠性 347
參考文獻 350 |
| 序： |
|
