内容简介

本书是作者在多年来讲授“通信与网络”课程的基础上，集体分工编写完成的，以介绍信息传输的基本原理、方法和关键技术为主要目的。本书主要内容可以概括为数字调制、信道编码、信源编码、局域多址通信、信息重传与交换、网络层与传输层等六部分，以上六部分内容分别由陈巍、周世东、王劲涛、周盛、钟晓峰、李勇六位作者依次完成编写。

本书面向电子信息类、通信工程类、计算机类、集成电路类等相关专业的学生（本科为），以及希

望学习通信相关入门理论与技术的科研人员和工程技术人员。本书可作为“通信与网络”课程的教材，也

可作为“通信原理”“网络技术”等课程的参考书。

编辑推荐

（1）既讲通信，又讲网络。覆盖面广，内容可灵活组合。适合不同学时、不同教学对象、不同内容侧重的课程剪裁后使用。

（2）在通信部分侧重于依托信号空间方法，给出在理论上较为统一和优美的处理。

（3）在网络部分注重内容覆盖的全面性。不同于将通信作为网络功能层中的两层进行简介的体例，本书让通信与网络这两部分篇幅平衡。

（4）配套教学资源包括PPT课件、教学大纲、习题和习题解答等，讲解视频亦在规划之中。

作者介绍

陈巍、周世东、王劲涛、李勇为清华大学长聘教授，周盛为清华大学长聘副教授，钟晓峰为清华大学副研究员。

目录

第1章绪论1

1.1通信与网络的核心知识构架1

1.2通信与网络的发展简史与思维特征3

第2章模拟信源的数字化6

2.1抽样与量化6

2.1.1量化的基本概念和符号6

2.1.2均匀量化8

2.1.3最优量化10

2.1.4非线性压扩10

2.1.5工程中常用的非线性压扩12

2.1.6连续时间信源的离散化13

2.2无损压缩及其极限——信源编码与熵14

2.2.1信息的表示15

2.2.2前缀码与 Kraft 不等式16

2.2.3最小化平均码长17

2.2.4熵18

2.2.5无损压缩20

第3章电平信道24

3.1实电平信道24

3.1.1信道模型24

3.1.2电平集合及其映射25

3.1.3二元输入及其最佳判决25

3.1.4二元输入的最大似然判决和最小距离判决27

3.1.5二元电平信道的判决差错概率28

3.1.6单极性二元电平集合30

3.1.7多元电平信道（一维）31

3.2复电平信道与矢量电平信道35

3.2.1加性复高斯噪声信道与复电平信道的判决准则35

3.2.2正方形格点上的复电平集合36

3.2.3均匀分布于圆上的复电平集合38

3.2.4高维空间上的电平信道43

第4章波形信道 I——传输单个符号46

4.1实电平传输对应的波形信道46

4.1.1最简单的二元波形46

4.1.2加性白高斯噪声信道47

4.1.3对叠加白高斯噪声的二元波形直接抽样48

4.1.4面向加性白高斯噪声信道的接收方案改进48

4.1.5直接积分方法的局限及其改进50

4.1.6针对一般波形的直观改进51

4.1.7上述直观思路的严格化52

4.1.8二元波形信道的标准形式53

4.1.9内积处理的几何直观54

4.1.10对标准二元波形信道的推广55

4.1.11波形信道的另一种实现——匹配滤波55

4.1.12从变换域看成形脉冲 p(t) 的选择57

4.2复电平传输对应的波形信道58

4.2.1复电平传输的波形实现58

4.2.2恢复 xI 和 xQ59

4.2.3与复电平信道的相互等效60

4.2.4更一般的表示复电平的波形61

4.2.5一般波形的 xI 和 xQ 恢复62

4.2.6一般波形信道与复电平信道等效64

4.2.7向量电平信道的波形实现65

4.2.8正交波形与向量电平的对应66

4.2.9在频域构造标准正交基66

4.2.10一般波形信道67

第5章波形信道 II——传送符号序列69

5.1码间串扰及其消除69

5.1.1一种无 ISI 的传输示例70

5.1.2对物理实现的详细讨论70

5.1.3讨论抽样点无失真的模型等效准备71

5.1.4抽样点无失真的时域约束72

5.1.5抽样点无失真的频域特征72

5.1.6奈奎斯特准则的几何直观73

5.1.7对符号速率和信号功率的进一步讨论74

5.1.8考虑噪声的因素74

5.1.9符号序列下的匹配滤波75

5.1.10符号序列的等效电平信道76

5.1.11根号奈奎斯特准则与信号带宽76

5.1.12几何解释与平移正交基77

5.1.13符号序列的波形信道与一个符号的波形信道78

5.1.14实用的脉冲成型滤波器——升余弦 (滚降) 滤波器78

5.2数字基带传输的频谱效率和功率谱80

5.2.1从整体频率响应到发收端各自的频率响应81

5.2.2升余弦滤波器系统对应的收发端设计81

5.2.3数字基带传输82

5.2.4升余弦滤波的匹配增益82

5.2.5数字传输的频谱效率83

5.2.6一种典型题的解法83

5.2.7眼图85

5.2.8基带通信波形的功率谱86

5.2.9线性调制的功率谱86

5.2.10任意波形二元调制的功率谱89

第6章带通信道的载波传输92

6.1单路载波传输92

6.1.1二进制相移键控92

6.1.2非带限 M 元脉冲幅度调制93

6.1.3带限 M 元脉冲幅度调制——信号形式与符号能量94

6.1.4带限 M 元脉冲幅度调制——最佳接收与性能分析96

6.1.5带限 M 元脉冲幅度调制——标准正交基观点98

6.1.6带限 M 元脉冲幅度调制——匹配滤波器观点99

6.1.7载波 PAM 的功率谱密度和频谱效率 100

6.1.8载波通信噪声的进一步讨论 101

6.2I、Q 路正交载波传输 103

6.2.1从隐藏正交基谈起 103

6.2.2I、Q 路正交载波传输的解调 105

6.2.3等效电平信道 106

6.2.4I、Q 路载波传输的频谱搬移观点 107

6.2.5复基带模型 108

6.2.6复基带视角下的噪声 110

6.2.7典型载波传输——正交幅度调制、相移键控和频移键控 112

第7章差错控制编码 114

7.1差错控制的基本概念 114

7.1.1有错信道的建模 114

7.1.2差错控制的基本机制 120

7.1.3信道编码的本质 121

7.1.4可靠性的度量 123

7.1.5离散信道的检错与纠错 125

7.2线性分组码 130

7.2.1线性分组码的引出 130

7.2.2线性分组码的最小码距 133

7.2.3生成矩阵 134

7.2.4系统码 136

7.2.5线性分组码的陪集译码或标准阵列译码 138

7.2.6校验矩阵 142

7.2.7用校验矩阵进行译码 144

7.3循环码 149

7.3.1循环码的定义 149

7.3.2生成多项式与生成矩阵 149

7.3.3循环码的检错与纠错译码 151

7.3.4循环冗余校验 154

7.4卷积码 155

7.4.1面向比特流的编码 155

7.4.2卷积码的表示方式 158

7.4.3维特比译码 160

7.5差错控制编码知识总结和扩展 174

7.5.1差错控制编码在通信系统中的定位 174

7.5.2差错控制编码相关概念梳理 177

7.5.3逼近信道容量的分组码简介 179

第8章差错控制 II 181

8.1停止-等待 ARQ 182

8.2后退 N 帧 ARQ 184

8.3选择重传 ARQ 186

8.4混合 ARQ 机制 188

第9章交换原理 190

9.1交换的概念 190

9.2交换结构 193

9.2.1空分交换单元 193

9.2.2时分交换单元 198

9.3交换设备的部署 200

第 10 章多址接入 203

10.1固定分配 203

10.1.1频分多址 203

10.1.2时分多址 203

10.1.3频分多址和时分多址系统的容量分析 205

10.1.4码分多址 206

10.1.5码分多址系统的容量分析 210

10.2随机接入 211

10.2.1ALOHA 协议 212

10.2.2时隙 ALOHA 协议 214

10.2.3CSMA 协议 216

10.2.4CSMA/CD 协议 217

10.2.5CSMA/CA 协议 219

10.2.6案例：IEEE 802.11 DCF 的饱和性能分析 221

10.3受控接入 227

10.3.1轮询 227

10.3.2令牌传递 227

第 11 章网络路由 229

11.1网络模型 229

11.2路由算法 230

11.2.1链路状态路由算法 230

11.2.2距离向量路由算法 233

11.2.3两种路由算法比较 235

11.3路由协议 236

11.3.1网络自治域 236

11.3.2域内路由 237

11.3.3域间路由 239

11.3.4域内和域间路由比较 241

第 12 章拥塞控制 242

12.1网络拥塞 242

12.2拥塞控制方法 243

12.2.1以路由器为中心和以主机为中心的控制方法 243

12.2.2基于预定方式和基于反馈方式的控制方法 243

12.2.3基于窗口方式和基于速率方式的控制方法 244

12.2.4拥塞控制方法分类小结 245

12.3TCP 拥塞控制 245

12.3.1传输层协议 245

12.3.2TCP 连接管理机制 246

12.3.3TCP 的报文段结构 249

12.3.4TCP 的滑动窗口协议 251

第 13 章通信与网络的前沿案例 255

13.1低时延通信与网络 255

13.2矿区无人机械协同中的通信网 257

13.3车联网通信 257

13.4可见光通信 258

13.4.1概述 258

13.4.2光通信技术中的调制 261

13.4.3多输入多输出技术 262

13.4.4光通信应用 263

13.5智能通信与网络前沿介绍 264

附录 A互信息与信道容量 266

参考文献 269