目錄
1 訊號與頻譜11.1 數位通訊訊號處理21.1.1 為什麼使用數位方式？21.1.2 典型的方塊圖以及轉換41.1.3 基本的數位通訊術語111.1.4 數位性能與類比性能的準則131.2 訊號的分類131.2.1 可性訊號與隨機訊號131.2.2 週期訊號與非週期訊號131.2.3 類比訊號與離散訊號141.2.4 能量訊號與功率訊號141.2.5 單位脈衝函數161.3 頻譜密度161.3.1 能量頻譜密度161.3.2 功率頻譜密度171.4 自相關191.4.1 能量訊號的自相關191.4.2 週期(功率)訊號的自相關201.5 隨機訊號201.5.1 隨機變數201.5.2 隨機過程221.5.3 時間平均與遍歷性251.5.4 隨機過程的功率頻譜密度與自相關261.5.5 通訊系統中的雜訊311.6 透過線性系統的訊號傳輸341.6.1 脈衝響應341.6.2 頻率轉移函數351.6.3 無失真傳輸371.6.4 訊號，電路，與頻譜431.7 數位資料的頻寬461.7.1 基帶vs.帶通461.7.2 頻寬的兩難481.8 結論522 格式化與基帶調變572.1 基帶系統582.2 將文字資料格式化(字元編碼)602.3 訊息，字元與符號632.3.1 訊息、字元與符號的例子632.4 將類比資料格式化642.4.1 取樣定理652.4.2 頻疊722.4.3 為何要過度取樣？752.4.4 數位系統的訊號介面782.5 訊號訛誤的來源792.5.1 取樣與量化的影響792.5.2 通道的影響802.5.3 已量化脈波的訊號對雜訊比812.6 脈波編碼調變822.7 均勻與非均勻量化842.7.1 語音振幅的統計量842.7.2 非均勻量化(NonuniformQuantization)862.7.3 壓擴特徵872.8 基帶傳輸882.8.1 二進位數字的波形表示法882.8.2 PCM波形的型態892.8.3 PCM波形所形成的頻譜932.8.4 每個PCM字組的位元與每個符號的位元942.8.5 M元脈波調變波形952.9 相關編碼982.9.1 雙二進制發訊982.9.2 雙二進制解碼992.9.3 前置編碼1002.9.4 雙二進制等效轉移函數1012.9.5 二元發訊與雙二進制發訊的比較1032.9.6 多二進制發訊1042.10 結論1043 基帶解調/偵測1113.1 訊號與雜訊1123.1.1 通訊系統錯誤性能的降級1123.1.2 解調與偵測1133.1.3 訊號與雜訊的向量觀點1173.1.4 數位通訊系統的基本SNR參數1243.1.5 何以Eb/N0是自然的優值1253.2 GAUSS雜訊中的二元訊號偵測1263.2.1 接收器結構的最大概似度1263.2.2 匹配濾波器1303.2.3 匹配濾波器的相關實現1323.2.4 最佳化錯誤性能1353.2.5 二元發訊的錯誤機率表現1393.3 符際干擾1443.3.1 脈波整形減少ISI1473.3.2 兩種錯誤性能降級的型態1503.3.3 整形脈波的解調/偵測1543.4 等化處理1583.4.1 通道特徵1583.4.2 眼狀圖1603.4.3 等化器濾波器型態1613.4.5 濾波器更新速率1703.5 結論1704 帶通調變與解調1774.1 為什麼要調變？1784.2 數位帶通調變技術1784.2.1 弦波的相量表示法1814.2.2 相位位移鍵控1834.2.3 頻率平移鍵控1844.2.4 振幅平移鍵控1854.2.5 振幅相位鍵控1854.2.6 波形振幅係數1864.3 在高斯雜訊中的訊號偵測1874.3.1 決策範圍1874.3.2 相關接收器1884.4 同調偵測1934.4.1 PSK的同調偵測1934.4.2 取樣濾波器1944.4.3 多重相位平移鍵控的同調偵測1994.4.4 FSK的同調偵測2024.5 非同調偵測2054.5.1 差動PSK的偵測2054.5.2 二元差動PSK的例子2074.5.3 FSK非同調偵測2094.5.4 非同調正交FSK必須的音調空間2114.6 複數波封2164.6.1 調變器的正交執行法2174.6.2 D8PSK調變器的例子2184.6.3 D8PSK解調器的例子2204.7 二元系統的錯誤性能2214.7.1 同調偵測BPSK的位元錯誤機率2214.7.2 同調偵測與差動編碼二元PSK的位元錯誤機率2244.7.3 同調偵測二元正交FSK的位元錯誤機率2254.7.4 非同調偵測二元正交FSK的位元錯誤機率2264.7.5 二元DPSK的位元錯誤機率2294.7.6 比較各種調變型態的位元錯誤機率2314.8 M元發訊與參考2324.8.1 理想的位元錯誤性能機率2324.8.2 M元發訊2334.8.3 MPSK發訊的相量觀點2334.8.4 BPSK與QPSK具有相同的位元錯誤機率2364.8.5 MFSK發訊的向量觀點2374.9 M元系統的錯誤性能(M＞2)2424.9.1 MPSK的符號錯誤機率2424.9.2 MFSK的符號錯誤機率2434.9.3 正交訊號的位元錯誤機率對符號錯誤機率2454.9.4 多重相位發訊的位元錯誤機率對符號錯誤機率2474.9.5 符際干擾的影響2494.10 結論2495 通訊鏈結分析2575.1 系統鏈結預算告訴系統工程師什麼2585.2 通道2595.2.1 自由空間的概念2595.2.2 錯誤性能的降級2595.2.3 訊號損耗與雜訊的來源2605.3 接收訊號的功率與雜訊的功率2655.3.1 測距方程2655.3.2 接收訊號功率作為頻率的函數2705.3.3 路徑損耗與頻率有關2715.3.4 熱雜訊功率(ThermalNoisePower)2735.4 鏈結預算表分析2755.4.1 我們關心的兩個Eb/N0值2775.4.2 鏈結預算表通常以分貝為計算的單位2795.4.3 需要多少鏈結邊限才足夠？2795.4.4 鏈結可利用性2815.5 雜訊指數、雜訊溫度、以及系統溫度2865.5.1 雜訊指數2865.5.2 雜訊溫度2895.5.3 線路損耗2905.5.4 合成雜訊指數與合成雜訊溫度2925.5.5 系統有效溫度2955.5.6 天空雜訊溫度3005.6 簡單的鏈結分析3035.6.1 鏈結預算表的細節3035.6.2 接收器優質因數3065.6.3 接收到的各向等性功率3065.7 衛星訊號中繼器3075.7.1 非再生訊號中繼器3085.7.2 非線性中繼放大器3125.8 系統的權衡取捨3145.9 結論3156 通道編碼：第一部份3256.1 波形編碼與結構序列3266.1.1 對映與正交訊號3266.1.2 M元發訊3286.1.3 波形編碼3296.1.4 波形編碼系統的例子3336.2 錯誤控制的型態3356.2.1 終端連結3356.2.2 自動重複請求3366.3 結構序列3386.3.1 通道模型3386.3.2 編碼率與冗餘3406.3.3 同位檢驗碼3416.3.4 為什麼要使用錯誤校正編碼？3446.4 線性區塊編碼3496.4.1 向量空間3496.4.2 向量子空間3506.4.3 (6,3)線性區塊碼的例子3516.4.4 生成矩陣3526.4.5 系統線性區塊碼3546.4.6 同位檢驗矩陣3556.4.7 徵候測試3566.4.8 錯誤校正3586.4.9 解碼器實作3626.5 錯誤偵測與校正能力3646.5.1 二元向量的權重與距離3646.5.2 線性碼的最小距離3646.5.3 錯誤偵測與校正3656.5.4 六值組空間的視覺化3696.5.5 擦失校正3716.6 用途廣泛的標準陣列3726.6.1 估測編碼的能力3726.6.2 (n,k)碼的例子3736.6.3 設計(8,2)碼3746.6.4 錯誤偵測對錯誤校正的取捨3756.6.5 標準陣列所提供的深入理解3786.7 循環碼3796.7.1 循環碼的代數結構3806.7.2 二元循環碼的性質3816.7.3 以系統性的形式進行編碼3826.7.4 多項式除法的電路3846.7.5 以(n-k)個級的移位暫存器進行系統性編碼3866.7.6 以(n-k)個級的移位暫存器進行錯誤偵測3886.8 眾所周知的區塊碼3906.8.1 Hamming碼3906.8.2 擴充的Golay碼3936.8.3 BCH碼3946.9 結論3987 通道編碼：第二部份4077.1 摺積編碼4087.2 摺積編碼器的表示法4107.2.1 連接表示法4107.2.2 狀態表示與狀態圖4157.2.3 樹狀圖4177.2.4 籬柵圖4187.3 摺積解碼問題的詳細說明4217.3.1 最大概似解碼4217.3.2 通道模型：硬體vs.軟體的決策4237.3.3 Viterbi摺積解碼演算法則4277.3.4 Viterbi摺積解碼器的例子4287.3.5 解碼器的實作4327.3.6 路徑記憶與同時性4357.4 摺積碼的性質4357.4.1 摺積碼的距離性質4357.4.2 對稱與非對稱摺積碼4407.4.3 摺積碼的災難性錯誤傳播4407.4.4 摺積碼的性能界限4427.4.5 編碼增益4437.4.6 最知名的摺積碼4467.4.7 摺積碼率的取捨4467.4.8 軟式決策的Viterbi解碼4487.5 其他的摺積解碼演算法則4497.5.1 解碼4497.5.2 Viterbi解碼與依序解碼的比較與侷限4537.5.3 回饋解碼4557.6 結論4568 通道編碼：第三部份4658.1REED-SOLOMON碼4668.1.1 Reed-Solomon錯誤機率4678.1.2 為什麼R-S碼比叢發雜訊的表現要好4708.1.3 作為尺寸、冗餘度與碼率的函數的R-S性能4708.1.4 有限體4748.1.5 Reed-Solomon編碼4808.1.6 Reed-Solomon解碼4848.2 交錯碼與連鎖碼4918.2.1 區塊交錯4948.2.2 摺積交錯4978.2.3 連鎖碼4998.3 應用於CD數位音頻系統的編碼與交錯處理5008.3.1 CIRC編碼5018.3.2 CIRC解碼5048.3.3 插補與隱藏5068.4 渦輪碼5078.4.1 渦輪碼的概念5098.4.2 對數概似度的代數5128.4.3 乘積碼的範例5148.4.4 以遞歸對稱碼進行編碼5218.4.5 回饋解碼器5278.4.6 MAP演算法則5318.4.7 MAP解碼的例子5398.5 結論5448.6 附錄8A 對數概似比值的和5459 調變與編碼的取捨5599.1 通訊系統設計師的目標5609.2 錯誤機率平面5609.3 NYQUIST最小頻寬5629.4 SHANNON–HARTLEY容量定理5649.4.1 Shannon極限5679.4.2 熵5689.4.3 條件訊息量總平均值與有效傳輸率5719.5 頻寬－效率平面5749.5.1 MPSK與MFSK調變的頻寬效率5749.5.2 頻寬效率與錯誤機率平面的類似性5769.6 調變與編碼的取捨5779.7 數位通訊系統的定義、設計與估計5789.7.1 M元發訊5799.7.2 頻寬受限的系統5809.7.3 功率受限的系統5819.7.4 MPSK與MFSK發訊的需求5829.7.5 頻寬受限未經編碼系統的例子5839.7.6 功率受限未經編碼系統的例子5869.7.7 頻寬受限與功率受限編碼系統的例子5879.8 頻寬有效的調變5969.8.1 QPSK與偏移QPSK發訊5969.8.2 最小移位鍵控6009.8.3 正交振幅調變6059.9 頻帶受限通道的調變與編碼6089.9.1 商業電話數據機6099.9.2 訊號群集的邊界6109.9.3 更高維度的訊號群集6109.9.4 密度更高的格狀結構6149.9.5 結合的增益：維球體映射與緊緻格狀結構6149.10 籬柵編碼調變6169.10.1 籬柵編碼調變的觀念6179.10.2 TCM編碼6199.10.3 TCM解碼6229.10.4 其它的籬柵碼6259.10.5 籬柵編碼調變的例子6289.10.6 多維度籬柵編碼調變6329.11 結論63310同步化64310.1 引言64410.1.1 同步處理的界定64410.1.2 成本vs.利益64510.1.3 方法與假設(ApproachandAssumptions)64710.2 接收器同步64710.2.1 頻率與相位同步64810.2.2 符號同步──離散符號調變67110.2.3 連續相位調變(CPM)同步67810.2.4 框架同步68610.3 網路同步69010.3.1 開迴路發射器同步69210.3.2 閉迴路發射器同步69410.4 結論69711多工與多重存取70511.1 通訊資能的分配70611.1.1 分頻多工／多重存取70911.1.2 分時多工／多重存取71311.1.3 通訊資能通道化71611.1.4 FDMA與TDMA性能的比較71711.1.5 分碼多重存取72111.1.6 分空間與分極多重存取72311.2 多重存取通訊系統與構造72511.2.1 多重存取資訊流72611.2.2 需求分配多重存取72711.3 存取演算法則72711.3.1 Aloha72711.3.2 時槽式的ALOHA73011.3.3保留式ALOHA73211.3.4 S-ALOHA性能與R-ALOHA性能的比較73411.3.5 徵詢技術73611.4 INTELSAT所使用的多重存取技術73811.4.1 預先分配的FDM/FM/FDMA或MCPC操作73911.4.2 存取INTELSAT衛星的MCPC模式74011.4.3 SPADE的運作74311.4.4 在INTELSAT中的TDMA74811.4.5 在INTELSAT中的衛星交換TDMA75511.5 區域網路的多重存取技術75811.5.1 載波感測多重存取網路75811.5.2 記號環網路76011.5.3 CSMA/CD與記號環網路性能的比較76211.6 結論76312展頻技術77112.1 展頻概論77212.1.1 展頻系統的益處77212.1.2 展頻技術的分類77712.1.3 直接序列展頻干擾拒絕的模型77712.1.4 歷史背景77912.2 擬雜訊序列78112.2.1 隨機性質78212.2.2 移位暫存器序列78212.2.3 PN自相關函數78312.3 直接序列展頻系統78512.3.1 直接序列的範例78712.3.2 處理增益與性能78812.4 跳頻系統79212.4.1 跳頻的例子79412.4.2 強固性79512.4.3 以分集執行跳頻79512.4.4 快速跳頻與慢速跳頻79612.4.5 FFH/MFSK解調器79912.4.6 處理增益79912.5 同步化79912.5.1 擷取80012.5.2 追蹤80612.6 干擾的考量80912.6.1 干擾遊戲80912.6.2 寬頻帶雜訊干擾81512.6.3 部分頻帶雜訊干擾81712.6.4 多重音調干擾81812.6.5 脈波干擾82112.6.6 重複返回的干擾82212.6.7 BLADES系統82512.7 商業應用82612.7.1 分碼多重存取82612.7.2 多路徑通道82812.7.3 FCC第15篇針對展頻系統的規定83012.7.4 直接序列vs.跳頻83112.8 蜂巢式系統83312.8.1 直接序列CDMA83412.8.2 類比式FMvs.TDMAvs.CDMA83712.8.3 干擾受限系統與範圍受限系統84012.8.4 IS-95CDMA數位蜂巢式系統84112.9 結論85413訊號源編碼86513.1 訊號源86613.1.1 離散訊號源86613.1.2 波形訊號源87113.2 振幅的量化87313.2.1 量化雜訊87513.2.2 均勻量化87913.2.3 飽和88313.2.4 顫動88513.2.5 非均勻量化88813.3 差動脈波編碼調變89813.3.1 單一分接點的預測90113.3.2 N分接點的預測90313.3.3 Delta調整90513.3.4 Sigma-Delta調變90613.3.5 Sigma-DeltaAD轉換器91113.3.6 Sigma-DeltaDA轉換器91213.4 適應性預測91413.4.1 前向適應91413.4.2 合成／分析編碼91513.5 區塊編碼91713.5.1 向量量化91813.6 轉換編碼92013.6.1 轉換編碼的量化92113.6.2 子帶編碼92113.7 數位資料的訊號源編碼92313.7.1 編碼的性質92413.7.2 Huffman編碼92613.7.3 行程長度編碼93013.8 訊號源編碼的範例93413.8.1 音訊壓縮93413.8.2 影像壓縮94013.9 結論94914加密與解密95714.1 模型、目標與早期的密碼系統95814.1.1 加密過程與解密過程的模型95814.1.2 系統的目標95914.1.3 古典的威脅96014.1.4 古典的密碼96114.2 密碼系統的安全性96414.2.1 完美的安全性96414.2.2 熵與含糊度96614.2.3 語言與冗餘的比率96814.2.4 (UnicityDistanceandIdealSecrecy)96914.3 實際的安全性97214.3.1 混淆與擴散97214.3.2 代換法97314.3.3 排列97414.3.4 乘積密碼系統97414.3.5 資料加密標準97714.4 串流加密98314.4.1 使用線性回饋暫存器所產生金鑰的例子98414.4.2 線性回饋移位暫存器的弱點98514.4.3 同步與自同步串流加密系統98714.5 公開金鑰密碼系統98814.5.1 使用公開金鑰的簽章認證98914.5.2 暗門單向函數99014.5.3 Rivest-Shamir-Adelman方案99114.5.4 背包問題99314.5.5 以暗門背包為基礎的公開金鑰密碼系統99514.6 PGP軟體99714.6.1 Triple-DES，CAST以IDEA演算法100014.6.2 Diffie-Hellman技術與RSA100414.6.3 PGP訊息加密100614.6.4 PGP認證與簽章100714.7 結論(CONCLUSION)101015衰退通道101515.1 在衰退通道上的通訊挑戰101615.2 行動無線電傳播的特徵101715.2.1 大規模衰退102215.2.2 小規模衰退102415.3 訊號時間擴展102915.3.1 在時間延遲域裡檢視訊號時間擴展102915.3.2 在頻率裡檢視訊號時間擴展103115.3.3 平坦衰退與頻率選擇衰退的例子103415.4 由於移動造成的通道時變103715.4.1 在時域中檢視時變103715.4.2 在Doppler位移域裡檢視時間變化103915.4.3 在慢速衰退Rayleigh通道與快速衰退Rayleigh通道上的性能104615.5 緩和衰退的降級效應104915.5.1 抵抗頻率選擇失真的緩和方法105015.5.2抵抗快速衰退失真的緩和技術105215.5.3 抵抗SNR損耗的緩和技術105315.5.4 分集技術105415.5.5 衰退通道的調變型態105715.5.6 交錯器的作用105815.6 描述衰退通道特徵的參數摘要106215.6.1 快速衰退失真：第一種情況106215.6.2 頻率選擇失真：第二種情況106315.6.3 快速衰退通道與頻率選擇衰退失真：第三種情況106315.7 應用：緩和頻率選擇衰退的影響106615.7.1 將Viterbi等化器應用到GSM106615.7.2 應用於直接序列展頻系統的Rake接收器106915.8 結論1071附錄1083A複習Fourier技術1085A.1 訊號、頻譜與線性系統1085A.2 針對線性系統分析的FOURIER技術1085A.2.1 Fourier級數轉換1087A.2.2 脈波串列的頻譜1091A.2.3 Fourier積分轉換1093A.3 FOURIER轉換的性質1094A.3.1 時間平移性質1095A.3.2 頻率平移性質1095A.4 有用的函數1096A.4.1 單位脈衝函數1096A.4.2 弦波的頻譜1096A.5 摺積1098A.5.1 摺積的圖解說明1101A.5.2 時間摺積的性質1101A.5.3 頻率摺積的性質1103A.5.4 函數與單位脈衝的摺積1103A.5.5 摺積的解調應用1104A.6 FOURIER轉換表與運算表1106B基礎的統計決策理論1109B.1 BAYES定理1109B.1.1 Baye定理的離散形式1109B.1.2 混合形式的Bayes定理1112B.2 決策理論1114B.2.1 決策理論問題的組成1114B.2.2 概似比值檢定與最大後驗判則1115B.2.3 最大概似判則1116B.3 訊號偵測的例子1116B.3.1 最大概似二元決策1116B.3.2 位元錯誤機率1118C相關器對於白雜訊的響應1121D常用的恆等式1123Es域、z域以及數位濾波1125E.1 LAPLACE轉換1125E.1.1 標準Laplace轉換1126E.1.2 Laplace轉換性質1127E.1.3 使用Laplace轉換1128E.1.4 轉移函數1129E.1.5 RC電路低通濾波1130E.1.6 極點於零點1130E.1.7 線性系統的穩定性1131E.2 z轉換1132E.2.1 z轉換的計算1132E.2.2 反z轉換1133E.3 數位濾波器1134E.3.1 數位濾波器的轉移函數1135E.3.2 單一極點濾波器的穩定性1136E.3.3 普通數位濾波器的穩定性1137E.3.4 z平面的極點零點圖與單位圓1137E.3.5 數位濾波器脈衝響應的離散Fourier轉換1138E.4 有限脈衝響應濾波器的設計1139E.4.1 FIR濾波器設計1140E.4.2 FIR微分器1142E.5 無限脈衝響應濾波器的設計1143E.5.1 後向差分運算子1143E.5.2 使用Bilinear轉換的IIR設計1145E.5.3 IIR積分器1145F符號列表1147索引1153
1 訊號與頻譜11.1 數位通訊訊號處理21.1.1 為什麼使用數位方式？21.1.2 典型的方塊圖以及轉換41.1.3 基本的數位通訊術語111.1.4 數位性能與類比性能的準則131.2 訊號的分類131.2.1 可性訊號與隨機訊號131.2.2 週期訊號與非週期訊號131.2.3 類比訊號與離散訊號141.2.4 能量訊號與功率訊號141.2.5 單位脈衝函數161.3 頻譜密度161.3.1 能量頻譜密度161.3.2 功率頻譜密度171.4 自相關191.4.1 能量訊號的自相關191.4.2 週期(功率)訊號的自相關201.5 隨機訊號201.5.1 隨機變數201.5.2 隨機過程221.5.3 時間平均與遍歷性25...
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