數位通訊:原理與應用2/E
編/著者:鍾隆宇等
出版社:培生-全華
出版日期:
ISBN:9789867491947
定價:800元   特價:9折!720
參考分類(CAT):理工專業書
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| 內容簡介 | 作者介紹 | 名人/編輯推薦 | | 目次 | 得獎作品 |
本書譯自『Digital Communications:Fundamentals and Applications』,原作者為『BERNARD SKLAR』。本書雖強調數位通訊,但也包含了類比通訊的基礎,因數位訊號的無線電傳輸所用的就是類比波形。本書的主要目標是將目前已發展出來,以及快速成長的領域賦予組織及結構,確保在讀者鑽研細節時,仍能警覺大圖示上的重點;訊號與關鍵處理步驟是從資訊來源,通過發射器、通道、接收器,最後到達資訊槽裡。本書適用於私立大學、科技大學、技術學院,電子、電機、資工、電信、通訊等科系『數位通訊』相關課程使用。

1 訊號與頻譜1

1.1 數位通訊訊號處理2

1.1.1 為什麼使用數位方式?2

1.1.2 典型的方塊圖以及轉換 4

1.1.3 基本的數位通訊術語11

1.1.4 數位性能與類比性能的準則 13

1.2 訊號的分類13

1.2.1 可性訊號與隨機訊號13

1.2.2 週期訊號與非週期訊號 13

1.2.3 類比訊號與離散訊號14

1.2.4 能量訊號與功率訊號14

1.2.5 單位脈衝函數16

1.3 頻譜密度16

1.3.1 能量頻譜密度16

1.3.2 功率頻譜密度17

1.4 自相關19

1.4.1 能量訊號的自相關19

1.4.2 週期 (功率) 訊號的自相關20

1.5 隨機訊號20

1.5.1 隨機變數 20

1.5.2 隨機過程22

1.5.3 時間平均與遍歷性25

1.5.4 隨機過程的功率頻譜密度與自相關26

1.5.5 通訊系統中的雜訊31

1.6 透過線性系統的訊號傳輸 34

1.6.1 脈衝響應34

1.6.2 頻率轉移函數35

1.6.3 無失真傳輸37

1.6.4 訊號,電路,與頻譜43

1.7 數位資料的頻寬 46

1.7.1 基帶vs.帶通46

1.7.2 頻寬的兩難 48

1.8 結論 52

2 格式化與基帶調變57

2.1 基帶系統58

2.2 將文字資料格式化 (字元編碼)60

2.3 訊息,字元與符號63

2.3.1 訊息、字元與符號的例子 63

2.4 將類比資料格式化64

2.4.1 取樣定理65

2.4.2 頻疊72

2.4.3 為何要過度取樣?75

2.4.4 數位系統的訊號介面78

2.5 訊號訛誤的來源79

2.5.1 取樣與量化的影響79

2.5.2 通道的影響80

2.5.3 已量化脈波的訊號對雜訊比81

2.6 脈波編碼調變 82

2.7 均勻與非均勻量化84

2.7.1 語音振幅的統計量84

2.7.2 非均勻量化 (Nonuniform Quantization) 86

2.7.3 壓擴特徵87

2.8 基帶傳輸88

2.8.1 二進位數字的波形表示法88

2.8.2 PCM波形的型態89

2.8.3 PCM波形所形成的頻譜93

2.8.4 每個PCM字組的位元與每個符號的位元94

2.8.5 M元脈波調變波形95

2.9 相關編碼98

2.9.1 雙二進制發訊98

2.9.2 雙二進制解碼99

2.9.3 前置編碼100

2.9.4 雙二進制等效轉移函數101

2.9.5 二元發訊與雙二進制發訊的比較103

2.9.6 多二進制發訊104

2.10 結論104

3 基帶解調/偵測111

3.1 訊號與雜訊112

3.1.1 通訊系統錯誤性能的降級112

3.1.2 解調與偵測 113

3.1.3 訊號與雜訊的向量觀點117

3.1.4 數位通訊系統的基本SNR參數124

3.1.5 何以Eb / N0是自然的優值125

3.2 GAUSS雜訊中的二元訊號偵測126

3.2.1 接收器結構的最大概似度126

3.2.2 匹配濾波器 130

3.2.3 匹配濾波器的相關實現132

3.2.4 最佳化錯誤性能135

3.2.5 二元發訊的錯誤機率表現 139

3.3 符際干擾 144

3.3.1 脈波整形減少ISI 147

3.3.2 兩種錯誤性能降級的型態150

3.3.3 整形脈波的解調/偵測154

3.4 等化處理158

3.4.1 通道特徵158

3.4.2 眼狀圖160

3.4.3 等化器濾波器型態161

3.4.5 濾波器更新速率170

3.5 結論170

4 帶通調變與解調177

4.1 為什麼要調變?178

4.2 數位帶通調變技術178

4.2.1 弦波的相量表示法181

4.2.2 相位位移鍵控183

4.2.3 頻率平移鍵控184

4.2.4 振幅平移鍵控185

4.2.5 振幅相位鍵控185

4.2.6 波形振幅係數186

4.3 在高斯雜訊中的訊號偵測187

4.3.1 決策範圍187

4.3.2 相關接收器188

4.4 同調偵測193

4.4.1 PSK的同調偵測193

4.4.2 取樣濾波器194

4.4.3 多重相位平移鍵控的同調偵測199

4.4.4 FSK的同調偵測202

4.5 非同調偵測205

4.5.1 差動PSK的偵測205

4.5.2 二元差動PSK的例子207

4.5.3 FSK非同調偵測209

4.5.4 非同調正交FSK必須的音調空間211

4.6 複數波封216

4.6.1 調變器的正交執行法217

4.6.2 D8PSK調變器的例子218

4.6.3 D8PSK解調器的例子220

4.7 二元系統的錯誤性能221

4.7.1 同調偵測BPSK的位元錯誤機率221

4.7.2 同調偵測與差動編碼二元PSK的位元錯誤機率224

4.7.3 同調偵測二元正交FSK的位元錯誤機率225

4.7.4 非同調偵測二元正交FSK的位元錯誤機率226

4.7.5 二元DPSK的位元錯誤機率229

4.7.6 比較各種調變型態的位元錯誤機率231

4.8 M元發訊與參考232

4.8.1 理想的位元錯誤性能機率232

4.8.2 M元發訊233

4.8.3 MPSK發訊的相量觀點233

4.8.4 BPSK與QPSK具有相同的位元錯誤機率236

4.8.5 MFSK發訊的向量觀點237

4.9 M元系統的錯誤性能 (M>2) 242

4.9.1 MPSK的符號錯誤機率242

4.9.2 MFSK的符號錯誤機率243

4.9.3 正交訊號的位元錯誤機率對符號錯誤機率245

4.9.4 多重相位發訊的位元錯誤機率對符號錯誤機率247

4.9.5 符際干擾的影響249

4.10 結論249

5 通訊鏈結分析257

5.1 系統鏈結預算告訴系統工程師什麼258

5.2 通道 259

5.2.1 自由空間的概念259

5.2.2 錯誤性能的降級259

5.2.3 訊號損耗與雜訊的來源260

5.3 接收訊號的功率與雜訊的功率265

5.3.1 測距方程265

5.3.2 接收訊號功率作為頻率的函數270

5.3.3 路徑損耗與頻率有關271

5.3.4 熱雜訊功率 (Thermal Noise Power) 273

5.4 鏈結預算表分析275

5.4.1 我們關心的兩個Eb/N0值277

5.4.2 鏈結預算表通常以分貝為計算的單位279

5.4.3 需要多少鏈結邊限才足夠?279

5.4.4 鏈結可利用性281

5.5 雜訊指數、雜訊溫度、以及系統溫度286

5.5.1 雜訊指數286

5.5.2 雜訊溫度289

5.5.3 線路損耗290

5.5.4 合成雜訊指數與合成雜訊溫度292

5.5.5 系統有效溫度295

5.5.6 天空雜訊溫度300

5.6 簡單的鏈結分析 303

5.6.1 鏈結預算表的細節303

5.6.2 接收器優質因數306

5.6.3 接收到的各向等性功率306

5.7 衛星訊號中繼器307

5.7.1 非再生訊號中繼器308

5.7.2 非線性中繼放大器312

5.8 系統的權衡取捨314

5.9 結論315

6 通道編碼:第一部份 325

6.1 波形編碼與結構序列326

6.1.1 對映與正交訊號 326

6.1.2 M元發訊328

6.1.3 波形編碼329

6.1.4 波形編碼系統的例子 333

6.2 錯誤控制的型態 335

6.2.1 終端連結335

6.2.2 自動重複請求336

6.3 結構序列338

6.3.1 通道模型338

6.3.2 編碼率與冗餘340

6.3.3 同位檢驗碼 341

6.3.4 為什麼要使用錯誤校正編碼?344

6.4 線性區塊編碼 349

6.4.1 向量空間 349

6.4.2 向量子空間350

6.4.3 (6, 3)線性區塊碼的例子351

6.4.4 生成矩陣352

6.4.5 系統線性區塊碼354

6.4.6 同位檢驗矩陣355

6.4.7 徵候測試356

6.4.8 錯誤校正358

6.4.9 解碼器實作 362

6.5 錯誤偵測與校正能力 364

6.5.1 二元向量的權重與距離364

6.5.2 線性碼的最小距離364

6.5.3 錯誤偵測與校正 365

6.5.4 六值組空間的視覺化369

6.5.5 擦失校正371

6.6 用途廣泛的標準陣列372

6.6.1 估測編碼的能力372

6.6.2 (n,k) 碼的例子373

6.6.3 設計(8, 2)碼374

6.6.4 錯誤偵測對錯誤校正的取捨375

6.6.5 標準陣列所提供的深入理解378

6.7 循環碼379

6.7.1 循環碼的代數結構380

6.7.2 二元循環碼的性質381

6.7.3 以系統性的形式進行編碼382

6.7.4 多項式除法的電路384

6.7.5 以(n-k)個級的移位暫存器進行系統性編碼386

6.7.6 以(n-k)個級的移位暫存器進行錯誤偵測 388

6.8 眾所周知的區塊碼390

6.8.1 Hamming碼 390

6.8.2 擴充的Golay碼393

6.8.3 BCH碼394

6.9 結論398

7 通道編碼:第二部份 407

7.1 摺積編碼408

7.2 摺積編碼器的表示法410

7.2.1 連接表示法410

7.2.2 狀態表示與狀態圖415

7.2.3 樹狀圖417

7.2.4 籬柵圖418

7.3 摺積解碼問題的詳細說明421

7.3.1 最大概似解碼421

7.3.2 通道模型:硬體vs.軟體的決策423

7.3.3 Viterbi摺積解碼演算法則427

7.3.4 Viterbi摺積解碼器的例子428

7.3.5 解碼器的實作432

7.3.6 路徑記憶與同時性435

7.4 摺積碼的性質435

7.4.1 摺積碼的距離性質435

7.4.2 對稱與非對稱摺積碼440

7.4.3 摺積碼的災難性錯誤傳播440

7.4.4 摺積碼的性能界限442

7.4.5 編碼增益443

7.4.6 最知名的摺積碼446

7.4.7 摺積碼率的取捨446

7.4.8 軟式決策的Viterbi解碼448

7.5 其他的摺積解碼演算法則449

7.5.1 解碼449

7.5.2 Viterbi解碼與依序解碼的比較與侷限453

7.5.3 回饋解碼455

7.6 結論456

8 通道編碼:第三部份465

8.1 REED-SOLOMON碼 466

8.1.1 Reed-Solomon錯誤機率467

8.1.2 為什麼R-S碼比叢發雜訊的表現要好470

8.1.3 作為尺寸、冗餘度與碼率的函數的R-S性能470

8.1.4 有限體474

8.1.5 Reed-Solomon編碼480

8.1.6 Reed-Solomon解碼484

8.2 交錯碼與連鎖碼 491

8.2.1 區塊交錯 494

8.2.2 摺積交錯 497

8.2.3 連鎖碼499

8.3 應用於CD數位音頻系統的編碼與交錯處理500

8.3.1 CIRC編碼501

8.3.2 CIRC解碼504

8.3.3 插補與隱藏506

8.4 渦輪碼507

8.4.1 渦輪碼的概念509

8.4.2 對數概似度的代數512

8.4.3 乘積碼的範例514

8.4.4 以遞歸對稱碼進行編碼521

8.4.5 回饋解碼器527

8.4.6 MAP演算法則531

8.4.7 MAP解碼的例子539

8.5 結論 544

8.6 附錄8A 對數概似比值的和545

9 調變與編碼的取捨 559

9.1 通訊系統設計師的目標 560

9.2 錯誤機率平面560

9.3 NYQUIST最小頻寬562

9.4 SHANNON–HARTLEY容量定理564

9.4.1 Shannon極限567

9.4.2 熵568

9.4.3 條件訊息量總平均值與有效傳輸率571

9.5 頻寬-效率平面574

9.5.1 MPSK與MFSK調變的頻寬效率574

9.5.2 頻寬效率與錯誤機率平面的類似性576

9.6 調變與編碼的取捨577

9.7 數位通訊系統的定義、設計與估計578

9.7.1 M元發訊579

9.7.2 頻寬受限的系統580

9.7.3 功率受限的系統581

9.7.4 MPSK與MFSK發訊的需求582

9.7.5 頻寬受限未經編碼系統的例子583

9.7.6 功率受限未經編碼系統的例子586

9.7.7 頻寬受限與功率受限編碼系統的例子587

9.8 頻寬有效的調變596

9.8.1 QPSK與偏移QPSK發訊596

9.8.2 最小移位鍵控600

9.8.3 正交振幅調變605

9.9 頻帶受限通道的調變與編碼608

9.9.1 商業電話數據機609

9.9.2 訊號群集的邊界610

9.9.3 更高維度的訊號群集 610

9.9.4 密度更高的格狀結構614

9.9.5 結合的增益:維球體映射與緊緻格狀結構614

9.10 籬柵編碼調變616

9.10.1 籬柵編碼調變的觀念 617

9.10.2 TCM編碼619

9.10.3 TCM解碼622

9.10.4 其它的籬柵碼625

9.10.5 籬柵編碼調變的例子628

9.10.6 多維度籬柵編碼調變632

9.11 結論633

10同步化643

10.1 引言 644

10.1.1 同步處理的界定644

10.1.2 成本vs.利益645

10.1.3 方法與假設 (Approach and Assumptions) 647

10.2 接收器同步647

10.2.1 頻率與相位同步 648

10.2.2 符號同步──離散符號調變671

10.2.3 連續相位調變(CPM)同步678

10.2.4 框架同步686

10.3 網路同步690

10.3.1 開迴路發射器同步692

10.3.2 閉迴路發射器同步694

10.4 結論 697

11多工與多重存取 705

11.1 通訊資能的分配 706

11.1.1 分頻多工/多重存取709

11.1.2 分時多工/多重存取713

11.1.3 通訊資能通道化716

11.1.4 FDMA與TDMA性能的比較717

11.1.5 分碼多重存取721

11.1.6 分空間與分極多重存取723

11.2 多重存取通訊系統與構造 725

11.2.1 多重存取資訊流726

11.2.2 需求分配多重存取727

11.3 存取演算法則727

11.3.1 Aloha727

11.3.2 時槽式的ALOHA730

11.3.3 保留式ALOHA732

11.3.4 S-ALOHA性能與R-ALOHA性能的比較734

11.3.5 徵詢技術736

11.4 INTELSAT所使用的多重存取技術738

11.4.1 預先分配的FDM/FM/FDMA或MCPC操作 739

11.4.2 存取INTELSAT衛星的MCPC模式740

11.4.3 SPADE的運作743

11.4.4 在INTELSAT中的TDMA748

11.4.5 在INTELSAT中的衛星交換TDMA755

11.5 區域網路的多重存取技術 758

11.5.1 載波感測多重存取網路758

11.5.2 記號環網路760

11.5.3 CSMA/CD與記號環網路性能的比較762

11.6 結論 763

12展頻技術 771

12.1 展頻概論772

12.1.1 展頻系統的益處772

12.1.2 展頻技術的分類777

12.1.3 直接序列展頻干擾拒絕的模型777

12.1.4 歷史背景779

12.2 擬雜訊序列781

12.2.1 隨機性質782

12.2.2 移位暫存器序列782

12.2.3 PN自相關函數783

12.3 直接序列展頻系統785

12.3.1 直接序列的範例787

12.3.2 處理增益與性能788

12.4 跳頻系統792

12.4.1 跳頻的例子794

12.4.2 強固性795

12.4.3 以分集執行跳頻795

12.4.4 快速跳頻與慢速跳頻796

12.4.5 FFH/MFSK解調器799

12.4.6 處理增益799

12.5 同步化799

12.5.1 擷取 800

12.5.2 追蹤806

12.6 干擾的考量809

12.6.1 干擾遊戲809

12.6.2 寬頻帶雜訊干擾815

12.6.3 部分頻帶雜訊干擾817

12.6.4 多重音調干擾818

12.6.5 脈波干擾821

12.6.6 重複返回的干擾822

12.6.7 BLADES系統825

12.7 商業應用 826

12.7.1 分碼多重存取826

12.7.2 多路徑通道828

12.7.3 FCC第15篇針對展頻系統的規定830

12.7.4 直接序列vs.跳頻831

12.8 蜂巢式系統833

12.8.1 直接序列CDMA834

12.8.2 類比式FM vs. TDMA vs. CDMA 837

12.8.3 干擾受限系統與範圍受限系統 840

12.8.4 IS-95 CDMA數位蜂巢式系統841

12.9 結論854

13訊號源編碼 865

13.1 訊號源866

13.1.1 離散訊號源866

13.1.2 波形訊號源 871

13.2 振幅的量化873

13.2.1 量化雜訊 875

13.2.2 均勻量化 879

13.2.3 飽和883

13.2.4 顫動885

13.2.5 非均勻量化888

13.3 差動脈波編碼調變898

13.3.1 單一分接點的預測901

13.3.2 N分接點的預測903

13.3.3 Delta調整905

13.3.4 Sigma-Delta調變906

13.3.5 Sigma-Delta AD轉換器911

13.3.6 Sigma-Delta DA轉換器912

13.4 適應性預測914

13.4.1 前向適應914

13.4.2 合成/分析編碼915

13.5 區塊編碼917

13.5.1 向量量化918

13.6 轉換編碼920

13.6.1 轉換編碼的量化921

13.6.2 子帶編碼921

13.7 數位資料的訊號源編碼923

13.7.1 編碼的性質924

13.7.2 Huffman編碼926

13.7.3 行程長度編碼930

13.8 訊號源編碼的範例934

13.8.1 音訊壓縮934

13.8.2 影像壓縮940

13.9 結論949

14加密與解密 957

14.1 模型、目標與早期的密碼系統958

14.1.1 加密過程與解密過程的模型958

14.1.2 系統的目標959

14.1.3 古典的威脅960

14.1.4 古典的密碼961

14.2 密碼系統的安全性 964

14.2.1 完美的安全性964

14.2.2 熵與含糊度966

14.2.3 語言與冗餘的比率968

14.2.4 (Unicity Distance and Ideal Secrecy) 969

14.3 實際的安全性 972

14.3.1 混淆與擴散 972

14.3.2 代換法973

14.3.3 排列974

14.3.4 乘積密碼系統974

14.3.5 資料加密標準 977

14.4 串流加密983

14.4.1 使用線性回饋暫存器所產生金鑰的例子 984

14.4.2 線性回饋移位暫存器的弱點 985

14.4.3 同步與自同步串流加密系統987

14.5 公開金鑰密碼系統 988

14.5.1 使用公開金鑰的簽章認證989

14.5.2 暗門單向函數990

14.5.3 Rivest-Shamir-Adelman方案991

14.5.4 背包問題 993

14.5.5 以暗門背包為基礎的公開金鑰密碼系統995

14.6 PGP軟體997

14.6.1 Triple-DES,CAST以IDEA演算法 1000

14.6.2 Diffie-Hellman技術 與RSA1004

14.6.3 PGP訊息加密 1006

14.6.4 PGP認證與簽章1007

14.7 結論 (CONCLUSION) 1010

15衰退通道 1015

15.1 在衰退通道上的通訊挑戰1016

15.2 行動無線電傳播的特徵1017

15.2.1 大規模衰退1022

15.2.2 小規模衰退1024

15.3 訊號時間擴展1029

15.3.1 在時間延遲域裡檢視訊號時間擴展 1029

15.3.2 在頻率裡檢視訊號時間擴展1031

15.3.3 平坦衰退與頻率選擇衰退的例子1034

15.4 由於移動造成的通道時變1037

15.4.1 在時域中檢視時變1037

15.4.2 在Doppler位移域裡檢視時間變化1039

15.4.3  在慢速衰退Rayleigh通道與快速衰退Rayleigh通道上的性能1046

15.5 緩和衰退的降級效應1049

15.5.1 抵抗頻率選擇失真的緩和方法1050

15.5.2 抵抗快速衰退失真的緩和技術1052

15.5.3 抵抗SNR損耗的緩和技術1053

15.5.4 分集技術1054

15.5.5 衰退通道的調變型態1057

15.5.6 交錯器的作用1058

15.6 描述衰退通道特徵的參數摘要1062

15.6.1 快速衰退失真:第一種情況1062

15.6.2 頻率選擇失真:第二種情況1063

15.6.3 快速衰退通道與頻率選擇衰退失真:第三種情況1063

15.7 應用:緩和頻率選擇衰退的影響1066

15.7.1 將Viterbi等化器應用到GSM1066

15.7.2 應用於直接序列展頻系統的Rake接收器1069

15.8 結論1071

附錄1083

A複習Fourier技術1085

A.1 訊號、頻譜與線性系統1085

A.2 針對線性系統分析的FOURIER技術1085

A.2.1 Fourier級數轉換1087

A.2.2 脈波串列的頻譜 1091

A.2.3 Fourier積分轉換1093

A.3 FOURIER轉換的性質1094

A.3.1 時間平移性質1095

A.3.2 頻率平移性質 1095

A.4 有用的函數 1096

A.4.1 單位脈衝函數1096

A.4.2 弦波的頻譜1096

A.5 摺積1098

A.5.1 摺積的圖解說明1101

A.5.2 時間摺積的性質 1101

A.5.3 頻率摺積的性質1103

A.5.4 函數與單位脈衝的摺積1103

A.5.5 摺積的解調應用1104

A.6 FOURIER轉換表與運算表1106

B基礎的統計決策理論1109

B.1 BAYES定理 1109

B.1.1 Baye定理的離散形式1109

B.1.2 混合形式的Bayes定理 1112

B.2 決策理論1114

B.2.1 決策理論問題的組成 1114

B.2.2 概似比值檢定與最大後驗判則 1115

B.2.3 最大概似判則 1116

B.3 訊號偵測的例子1116

B.3.1 最大概似二元決策1116

B.3.2 位元錯誤機率1118

C相關器對於白雜訊的響應1121

D常用的恆等式1123

Es域、z域以及數位濾波1125

E.1 LAPLACE轉換1125

E.1.1 標準Laplace轉換 1126

E.1.2 Laplace轉換性質1127

E.1.3 使用Laplace轉換 1128

E.1.4 轉移函數1129

E.1.5 RC電路低通濾波 1130

E.1.6 極點於零點1130

E.1.7 線性系統的穩定性1131

E.2 z轉換1132

E.2.1 z轉換的計算1132

E.2.2 反z轉換1133

E.3 數位濾波器1134

E.3.1 數位濾波器的轉移函數1135

E.3.2 單一極點濾波器的穩定性1136

E.3.3 普通數位濾波器的穩定性1137

E.3.4 z平面的極點零點圖與單位圓 1137

E.3.5 數位濾波器脈衝響應的離散Fourier轉換1138

E.4 有限脈衝響應濾波器的設計1139

E.4.1 FIR濾波器設計1140

E.4.2 FIR微分器 1142

E.5 無限脈衝響應濾波器的設計1143

E.5.1 後向差分運算子1143

E.5.2 使用Bilinear轉換的IIR設計 1145

E.5.3 IIR積分器1145

F符號列表1147

索引1153




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