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第0章 通信系统概论1

0.1先说点对点通信1

0.1.1通信最简单模型1

0.1.2基于最简单模型的发展2

0.1.3如何给通信系统打分4

0.2再论网络级通信4

0.3聚焦无线通信系统发展5

第一部分 信号表示与分析10

第1章 什么是信号10

1.1到时别忘了给个信号10

1.2信号的能耗度量10

1.3信号的简单表示——冲激分解11

第2章 信号表示论第一场14

2.1傅里叶级数——并非一鸣惊人的登场14

2.1.1发表论文不容易啊14

2.1.2周期信号的傅里叶级数15

2.2傅里叶变换——不就是计算坐标吗20

2.2.1晋级——从傅里叶级数到傅里叶变换20

2.2.2方波信号和sinc信号——专访这对儿金童玉女23

2.2.3信号频谱——看你是否有男高音潜质25

2.2.4周期信号的傅里叶变换27

2.3其他变换形式——不只是傅里叶28

第3章 线性系统简介30

3.1线性系统基础30

3.1.1什么是线性系统30

3.1.2什么是线性时不变系统30

3.2无失真系统31

3.2.1不仅仅这样才叫无失真31

3.2.2线性系统如何做到无失真31

第4章 信号表示论第二场33

4.1采样定理——联系模拟与数字的纽带33

4.1.1从信号频谱跟踪采样带来的变化33

4.1.2发现信号的DNA——特殊的采样点序列34

4.1.3拿信号的DNA克隆原信号35

4.1.4最经济的采样——以奈奎斯特率采样38

4.1.5落实现实信号的采样与重建40

4.2离散傅里叶变换——不仅仅是两串序列变来变去45

4.2.1离散时间序列的傅里叶变换（DTFT）45

4.2.2离散傅里叶变换（DFT/IDFT）——完美的蜕变46

4.3 OFDM基本原理——是否出场太早？决不！47

4.3.1正交信号是基础47

4.3.2简化信号接收与DFT49

4.3.3简化信号发射与IDFT49

4.3.4一段话总结50

第一部分小结51

第二部分 基本通信原理54

第5章 从理想通信开始54

5.1理想模拟信号通信54

5.2理想数字信号通信55

5.2.1生成——从声音如何得到数字信号55

5.2.2发射——数字信号如何发射出去56

5.2.3接收——接收端接收到什么信号57

5.2.4恢复——数字信号在接收端如何无失真恢复57

5.2.5极限——理想信道下的极限传输能力60

5.2.6回归——理想回归现实的一点说明64

5.3数中有模，模中有数64

5.3.1数—模转换64

5.3.2模—数转换64

第6章 总要面对现实66

6.1高斯分布——标致又实用66

6.2白噪声——最无章可循67

6.3加性高斯白噪声（AWGN）69

第7章 信号调制与解调70

7.1浅谈其基本思想70

7.1.1调制方法简介70

7.1.2解调及性能考虑72

7.2 I/Q正交调制73

7.2.1天生I路与Q路73

7.2.2调制符号也分星座76

第8章 信号接收判决基本方法77

8.1加性噪声信道性能分析77

8.1.1相关接收判决77

8.1.2匹配滤波判决78

8.1.3先验与后验概率判决79

8.1.4平均错误概率最小化判决83

8.2乘性噪声也来凑热闹84

8.3加法和乘法不分家84

第二部分小结85

第三部分 信息论基础88

第9章 香农熵88

9.1熵的提出——和香农不一样的思考88

9.2数据压缩极限——熵的一个重要应用90

9.3也谈条件熵与互信息91

第10章 有失真系统的无失真通信93

10.1问题具体化——章标题矛盾，是不是写错了93

10.2怎么无误通信——标题没错，一切皆有可能93

第11章 信道容量：噪声信道的极限传输能力96

11.1解读香农在1948年开山之作中的思考96

11.1.1将模拟信号直观几何模型化96

11.1.2想办法让随机性稳定下来97

11.1.3就这么得到AWGN信道容量97

11.1.4几何模型化很有意思的应用99

11.2另一个角度得到AWGN信道容量101

11.2.1有失真系统无失真通信的延续101

11.2.2关键是如何完成最后一步的华丽转身102

11.3非AWGN信道的信道容量102

11.3.1非高斯但仍为加性白噪声信道102

11.3.2别老是白噪声啊，给点颜色看看103

11.4从香农信道容量公式出发105

11.4.1带宽与功率的此消彼长106

11.4.2矛盾——频谱效率与功率效率106

11.4.3香农编码定理及冷落的另一半108

11.5达到信道容量现实工艺问题108

第12章 信道编码109

12.1基础讨论110

12.1.1两届奥运会都错失射击冠军的兄弟110

12.1.2编码的检错纠错能力110

12.2具体信道编码简介111

12.2.1分组码及应用112

12.2.2卷积码及应用114

12.2.3都差香农限一截，怎么选115

12.3循环冗余校验（CRC）117

12.3.1 CRC为什么能判断对错118

12.3.2哪些错误逃不过CRC的法眼118

12.3.3顺路提提奇偶校验120

第三部分小结121

第四部分 无线通信原理124

第13章 无线信道——无线通信就围着她转124

13.1无线信道基本传播特性124

13.2理想无线信道——自由空间127

13.2.1静态信道——理想中的理想127

13.2.2相对运动与多普勒频移128

13.2.3自由空间信道就不变吗129

13.3现实环境无线信道130

13.3.1条条道路通罗马——也谈多径传播130

13.3.2信道变化有多快——相干时间来抢答132

13.3.3时频同步与时频相干性134

13.4无线传输基带通用模型134

13.4.1频带信号的基带表示——I/Q调制风云再起134

13.4.2无线信道的基带特征——斩断载频的枷锁136

13.4.3信号追尾如何处理——码间串扰136

13.4.4基带通用离散系统模型一统江湖137

13.4.5推广及小结143

第14章 各类具体信道模型分析144

14.1信道容量分析及应用144

14.1.1固定慢衰落信道——存银行固定收益144

14.1.2随机慢衰落信道——一锤子买卖145

14.1.3快衰落信道——长线操作145

14.1.4单发多收（SIMO）之最大比合并146

14.1.5多发单收（MISO）之波束成型148

14.2常用接收算法介绍148

14.2.1最大似然接收算法——直观又合理的想法149

14.2.2线性接收之MRC算法——偏心有用信号150

14.2.3线性接收之ZF算法——只管消灭干扰152

14.2.4线性接收之LMMSE算法——做一个和事老153

14.2.5带循环前缀的频域均衡——简单了，但是有代价的154

14.3分集思想及应用155

14.3.1分集思想——别把鸡蛋放同一个篮子里155

14.3.2时间分集及应用举例156

14.3.3频率分集及应用举例158

14.3.4空间分集及应用举例161

第15章 OFDM技术进阶162

15.1再回首162

15.2如何对付多径环境164

15.3时频偏移的影响165

15.3.1对迟到/早退的容忍度165

15.3.2决不容忍频率偏移168

15.4 OFDM技术实际系统参数选择170

15.5信号PAPR特性——被功放看中的品质171

15.5.1功率放大器效率问题171

15.5.2单载波信号的PAPR特性172

15.5.3 OFDM信号的PAPR特性173

15.5.4如何得到PAPR合适的信号173

第16章 多天线技术原理及应用175

16.1先尝尝多天线能带来的甜头175

16.2值得单独呈现的Alamouti发射分集方案175

16.2.1发射端信息不灵通怎么办175

16.2.2 Alamouti的精明之处176

16.2.3 Alamouti发射分集的性能176

16.2.4基于Alamouti思想的推广178

16.3更大的惊喜——空间复用能力178

16.3.1空分复用原理呈现一179

16.3.2空分复用原理呈现二180

16.4信道矩阵的SVD分解及快速应用181

16.4.1信道矩阵的SVD分解及性质181

16.4.2从SVD另眼相看MISO之波束成型183

16.4.3趁热打铁谈MIMO之波束成184

16.4.4还有惊喜吗——透过SVD再看空分复用能力186

16.5 MIMO系统信道容量187

16.5.1信道奇异向量系统的信道容量187

16.5.2一般MIMO系统的极限传输能力190

16.5.3博弈——分集能力和复用能力191

16.6信号发射和接收算法讨论192

16.6.1信号发射算法——到哪个山头唱哪支歌192

16.6.2信号接收算法——接替发射端操心193

16.7 MIMO原理在不同场景下的具体应用193

16.7.1下行多用户MIMO——“我要挑战10个”194

16.7.2上行多用户MIMO——以多欺少196

第四部分小结197

第五部分 LTE关键技术选讲200

第17章 LTE概述及多址接入技术200

17.1 LTE概述200

17.2常见多址方式及应用201

17.2.1 I/Q正交复用——开个头201

17.2.2时、频、码分多址——老将201

17.2.3正交频分复用多址——正值当年203

17.2.4空分多址——新秀203

17.3 LTE上下行多址方式204

17.3.1 LTE下行多址方式：OFDMA204

17.3.2 LTE上行多址方式：SC-FDMA204

第18章 上下行同步机制205

18.1网络侧无线帧时间轴——列车时刻表205

18.1.1 FDD上下行无线帧时间轴205

18.1.2 TDD上下行无线帧时间轴205

18.2下行同步机制——车站接人的常识206

18.3上行同步机制——赶车要趁早209

第19章 主要信道设计与信令机制215

19.1下行调度及HARQ215

19.1.1下行物理信道串烧215

19.1.2下行HARQ及数据重传218

19.2上行调度及HARQ219

19.2.1重点介绍PUCCH219

19.2.2上行HARQ和数据重传222

第20章 下行数据传输机制224

20.1数据比特流处理流程224

20.1.1添加CRC——接收对错的判断224

20.1.2信道编码——选择合适的信号224

20.1.3比特加扰——随机化干扰225

20.1.4生成星座符号——机械的步骤225

20.1.5星座符号到空间数据流——分组行动225

20.1.6对空间数据流预编码——每组再伪装225

20.1.7基带信号生成并上射频发送——出发226

20.2下行参考信号设计226

20.2.1公共参考信号——阳光普照227

20.2.2专用解调参考信号——VIP定制228

20.3传输模式简介——LTE招式大全229

20.3.1第一招：单天线传输229

20.3.2第二招：发射分集传输230

20.3.3第三招：开环空分复用传输231

20.3.4第四招：闭环空分复用传输232

20.3.5第五招：单流波束成型传输232

20.4下行功率分配233

20.4.1功率分配的意义233

20.4.2做了好事要让人知道233

第21章 上行数据传输机制234

21.1数据比特流处理流程234

21.2上行参考信号设计234

21.2.1数据解调参考信号234

21.2.2信道探测参考信号235

21.3上行功率控制235

21.3.1功率控制的意义235

21.3.2功率控制的实现机制236

附录A通信原理利器之线性空间理论237

A.1线性空间237

A.1.1线性空间定义与理解237

A.1.2线性空间的基与向量坐标237

A.1.3信号组成的线性空间举例239

A.1.4线性方程组与矩阵239

A.2内积空间240

A.2.1内积定义与理解240

A.2.2重要量化关系及应用241

A.2.3向量的坐标计算242

A.3正交原理244

A.3.1如何才算正交244

A.3.2向量空间的正交基244

A.3.3正交原理245

A.3.4投影与夹角247

A.4线性映射248

A.4.1线性变换248

A.4.2正交变换249

附录B论应用根基之概率基础与随机过程251

B.1概率空间251

B.2随机变量252

B.2.1随机变量的概率描述253

B.2.2随机变量的统计特征254

B.2.3随机变量的联合概率255

B.2.4随机变量的函数257

B.2.5随机变量间特征量刻画258

B.3随机信号259

B.3.1随机过程260

B.3.2随机信号的相似性261

B.4重要极限定理261

B.4.1中心极限定理261

B.4.2大数定理261

附录C第一部分数理推导263

C.1信号的简单表示263

C.1.1略讲信号之间运算263

C.1.2冲激函数与信号冲激分解267

C.2傅里叶级数268

C.3傅里叶变换270

C.3.1角频率与线频率傅里叶变换关系270

C.3.2傅里叶变换性质及其应用270

C.3.3方波信号与sinc信号275

C.4换个角度从头再来——再发现采样定理277

C.5离散傅里叶变换279

C.5.1离散序列与其傅里叶变换采样点关系279

C.5.2离散傅里叶变换性质及应用280

附录D第三部分数理推导283

D.1香农熵的提出283

D.2高斯分布的熵计算283

D.3熵、联合熵、条件熵之间的关系284

附录E第四部分数理推导285

E.1 SISO快衰落信道容量计算285

E.2常用接收算法介绍285

E.2.1 ZF算法应用于ISI信道285

E.2.2 LMMSE算法推导286

E.3矩阵SVD分解性质推导287

E.4信道奇异向量系统的信道容量287

参考文献289