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通信之美

张力 (作者)　张国霞 (责任编辑)

书　　号：978-7-121-29856-1
出版日期：2016-09-20
页　　数：292
开　　本：16(185*235)
出版状态：上市销售
维护人：张国霞

纸质版￥69.00

作者张力，以自己平时的研究经历为基础，对自己曾经遇到的问题深入思考后加以整理，并以深入浅出的语言，在本书中描述了相关通信技术背后的数学原理。同时，该书并不仅仅局限于通信理论，而是很好地将通信理论与MATLAB 仿真结合起来，能方便读者加深理解。
——《通信新读》作者陈小锋

《通信之美》将MATLAB 与通信技术完美地结合起来，在通信中学习仿真，在仿真中强化通信理论。与一般MATLAB 书籍不同的是，该书详细介绍了如何在通信物理层仿真中运用MATLAB 高效编程、并行计算，以及与C、C++混合编程以提高仿真效率，不愧为广大学生学习通信理论与仿真实践的有效工具书，也是老师们进行相关课程教学的黄金参考资料。
——ARM 亚太大学计划经理、前MathWorks 教育业务发展总监陈炜

前言
与很多技术类书籍不同的是，本书不是简单地罗列知识点和代码，而是以专题的形式，由浅入深地讲解通信和信号处理相关的专业知识。本书在深入浅出的基础上，也力求保持数学的严谨性，带领读者一路探究通信原理中那些不为人知的奥秘，从而让读者体验到理论联系实际的畅快。
全书分为两部分：理论篇和实战篇。其中理论篇讲述了通信和信号处理相关的特定知识点，并附上一些高质量代码。实战篇则以MATLAB 为平台，介绍了如何在通信系统仿真的过程中充分利用MATLAB 进行高效编程、并行计算，以及进行MATLAB 与C、C++的混合编程。
全书的大部分内容都是密切围绕系统设计中要解决的技术问题而展开的。无论是用于自我提升技术水平和拓展视野，还是用于具体指导系统设计，本书都是非常值得研读的精品。本书可作为通信和信号处理相关专业的本科生及研究生的教辅书，也可作为从业技术人员的参考资料。

密切围绕系统设计中要解决的技术问题而展开，提供源码下载

前言

从上大学开始，笔者所学的专业便是通信工程。之后又经历了3 年读研和3 年工作，到今天正好10 年。可以说，在这10 年之中，笔者从未离开过通信领域一天。由于通信技术涉及非常广泛和复杂的数学理论，所以在学习和工作的过程中，笔者遇到了很多问题，翻遍书本也找不到答案，无奈之下只有钻牛角尖。还好，很多问题的答案都通过自己的不懈努力找到了。本书便记录了这些问题及相应的思考过程，希望通过本书将这些分享给大家。
在思考的过程中，笔者查阅了大量书籍和文献，深刻领悟到了前辈们严谨治学的态度，也感觉到了数学的重要性。所以本书在深入浅出的基础上，也力求保持数学的严谨性。本书可作为本科生及研究生的参考书籍，也可作为从事通信产品开发工作的工程师的技术参考手册。
感谢电子工业出版社的编辑张国霞，没有您的慧眼，本书的出版便无从谈起。感谢好友姜帆为本书审稿，也感谢陈琳为本书的漫画配图。感谢笔者的硕士生导师林水生教授，正是因为您的严格要求，笔者在读研期间形成的良好习惯让自己终生受益。最后感谢笔者的父母，正是因为你们的无私奉献和默默支持，才有了今天的张力。
由于时间紧迫、知识有限，在编写的过程中难免存在不妥之处，恳请读者批评指正。

仿真用到的软硬件参数
◎ CPU：Intel Core i5 2520M，双核四线程，主频2.5GHz，可超频到3.2GHz。
◎ RAM：DDR3 1600MHz 16GB。
◎ 操作系统：Windows 7（64-bit）。
◎ MATLAB 版本：R2016a（文中凡是涉及MATLAB 安装路径的，都用MATLABRoot\表示）。
本书提供配套程序下载，下载地址为http://www.broadview.com.cn/29856。

理论篇
第1 章线性时不变——通信系统的基石 2
1.1 LTI 系统............................................................................................................................................3
1.2 非LTI 系统存在的意义................................................................................................................7
1.2.1 时变系统的MATLAB 仿真...................................................................................................... 9
1.2.2 非线性系统的MATLAB 仿真.................................................................................................12
1.3 总结..................................................................................................................................................13
1.4 参考程序.........................................................................................................................................14

第2 章五花八门的通信标准 15
2.1 有线通信.........................................................................................................................................16
2.1.1 xDSL ........................................................................................................................................16
2.1.2 IEEE 802.3（Ethernet）...........................................................................................................17
2.1.3 HomePlug.................................................................................................................................18
2.2 无线通信.........................................................................................................................................20
2.2.1 蜂窝通信..................................................................................................................................20
2.2.2 IEEE 802.11（Wi-Fi） .............................................................................................................27

第3 章为什么通信标准中不采用单边带调制 30
3.1 SSB 调制的原理............................................................................................................................31
3.2 采用SSB 调制的前提条件........................................................................................................32
3.3 发散思维（一）——ASK+SSB 模式可行吗......................................................................37
3.4 发散思维（二）——三维QAM 可行吗..............................................................................39

第4 章被误解的最大似然——算法与准则的区别和联系 41
4.1 穷举法.............................................................................................................................................42
4.2 优化算法（一）............................................................................................................................44
4.3 优化算法（二）............................................................................................................................59
4.4 对三种算法复杂度的比较.........................................................................................................66
4.5 原来ML 可以不复杂...................................................................................................................71
4.6 发散思维（一）——硬件设计................................................................................................71
4.7 发散思维（二）——软解调.....................................................................................................73
4.8 参考程序.........................................................................................................................................74

第5 章定点仿真——定点方案未必为真 75
5.1 问题所在.........................................................................................................................................76
5.2 解决方案.........................................................................................................................................77
5.3 博弈：绝不溢出vs 很小可能溢出..........................................................................................78
5.3.1 做不到......................................................................................................................................78
5.3.2 没必要......................................................................................................................................78
5.3.3 折中——产业界永恒不变的主题...........................................................................................79
5.4 建模误差——让定点方案误入歧途.......................................................................................79
5.5 答在之后：你选择好了么.........................................................................................................82
5.6 参考程序.........................................................................................................................................82

第6 章信噪比中的玄机——Eb/N0、Es/N0 和S/N 三者的关系 83
6.1 Eb/N0 与Es/N0 的单位...................................................................................................................84
6.2 Eb/N0 与Es/N0 的关系...................................................................................................................84
6.3 Es/N0 与S/N 的关系......................................................................................................................85
6.3.1 复基带信号通过AWGN..........................................................................................................86
6.3.2 过采样的信号通过AWGN ......................................................................................................91
6.3.3 实带通信号通过AWGN..........................................................................................................94
6.3.4 AWGN 模块对实基带信号的处理..........................................................................................97
6.4 加入所有因素的仿真.................................................................................................................100
6.5 参考程序.......................................................................................................................................105

第7 章 OFDM技术如何抵抗多径衰落 106
7.1 理想定时同步情况下的推导...................................................................................................109
7.2 定时同步不准造成的影响.......................................................................................................115
7.2.1 向前偏差1 个采样点.............................................................................................................115
7.2.2 向前偏差n0 个采样点............................................................................................................116
7.3 参考程序.......................................................................................................................................117

第8 章当概率遇上复数时 119
8.1 对AWGN 进行DFT 之后的统计分析.................................................................................119
8.2 从随机信号到随机变量............................................................................................................127
8.3 发散思维——量子概率............................................................................................................127
8.4 参考程序.......................................................................................................................................128

第9 章深入浅出线性分组码 129
9.1 线性分组码的概念.....................................................................................................................131
9.2 生成矩阵的基本特性.................................................................................................................132
9.3 校验矩阵的基本特性.................................................................................................................133
9.4 参考程序.......................................................................................................................................139

第10 章熟悉又陌生的信道容量与香农限 140
10.1 信道容量....................................................................................................................................141
10.1.1 AWGN 波形信道..................................................................................................................141
10.1.2 BSC 信道..............................................................................................................................142
10.1.3 BI-AWGN 信道.....................................................................................................................145
10.2 香农限.........................................................................................................................................146
10.2.1 码率和误比特率都趋于0 时的香农限................................................................................147
10.2.2 非零码率、误比特率为0 时的香农限................................................................................152
10.2.3 非零码率、非零误比特率下的香农限................................................................................156
10.2.4 码长对香农限的影响...........................................................................................................158
10.2.5 码的类别对香农限的影响...................................................................................................161
10.3 参考程序....................................................................................................................................162

实战篇
第11 章 MATLAB 高效编程 164
11.1 何为好程序................................................................................................................................164
11.2 利用profile 评估运行时间....................................................................................................166
11.3 预分配内存................................................................................................................................167
11.4 列优先准则................................................................................................................................169
11.5 向量化编程vs 循环加速........................................................................................................174
11.6 使用稀疏矩阵............................................................................................................................186
11.7 选择恰当的数据类型..............................................................................................................186
11.8 选择恰当的函数类型..............................................................................................................189
11.9 可提高开发效率的函数..........................................................................................................190
11.9.1 arrayfun 和cellfun 函数........................................................................................................190
11.9.2 bsxfun 函数...........................................................................................................................193
11.10 参考程序..................................................................................................................................194

第12 章 MATLAB 并行编程——parfor 并行结构 195
12.1 为什么要仿真............................................................................................................................195
12.2 并行问题的由来——从抛硬币说起...................................................................................196
12.3 能够并行运行的条件..............................................................................................................197
12.4 MATLAB 并行池的打开与关闭..........................................................................................198
12.5 MATLAB 并行工作的原理...................................................................................................198
12.6 在MATLAB 中编写并行程序..............................................................................................200
12.7 parfor 循环中的变量类型......................................................................................................201
12.7.1 循环变量...............................................................................................................................202
12.7.2 分段变量...............................................................................................................................203
12.7.3 广播变量...............................................................................................................................208
12.7.4 临时变量...............................................................................................................................208
12.8 简约操作与简约变量..............................................................................................................209
12.8.1 MATLAB built-in 简约操作规范.........................................................................................212
12.8.2 用户自定义的简约操作规范...............................................................................................213
12.9 并行编程之优化.......................................................................................................................221
12.10 并行编程之调试.....................................................................................................................223
12.11 其他MATLAB 并行编程.....................................................................................................226
12.12 参考程序..................................................................................................................................226

第13 章 MATLAB 与C、C++混合编程——MEX 文件 228
13.1 MATLAB 编译器的安装及设置..........................................................................................229
13.2 MATLAB 中调用MEX 文件的实例..................................................................................230
13.3 MEX 文件结构说明.................................................................................................................234
13.4 编译MEX 文件的常用选项..................................................................................................235
13.5 MATLAB 与C、C++的接口数据类型..............................................................................236
13.6 创建MATLAB 矩阵mxArray 的mx 函数.......................................................................239
13.7 对MATLAB 矩阵mxArray 的读写操作...........................................................................241
13.8 对mxArray 矩阵维数的操作................................................................................................243
13.9 对mxArray 矩阵索引号的操作...........................................................................................245
13.10 运行结果分析..........................................................................................................................246
13.11 C、C++语言，快者恒快吗.................................................................................................247
13.12 MEX 文件的调试...................................................................................................................249
13.13 参考程序..................................................................................................................................251

附录A 星座映射归一化系数的计算.................................................................................................252
附录B 带通随机信号的功率谱密度.................................................................................................256
附录C OFDM峰值的分布特性.................................................................................................258
C.1 取得最大值的概率.....................................................................................................................258
C.2 OFDM 符号PAPR 特性............................................................................................................262
附录D 802.11ac 中LDPC 码的校验矩阵......................................................................................265
附录E 不同类型信道的信道容量 270
E.1 AWGN 波形信道.........................................................................................................................272
E.2 BSC 信道......................................................................................................................................275
E.3 BI-AWGN 信道............................................................................................................................275
参考文献..............................................................................................................................................278