通信信号处理(原理方法与应用微课视频版高等学校电子信息类专业系列教材)

本书阐述了通信信号处 理的原理、方法与应用。全 书共10章。第1章为数学基 础，包括随机信号基础、矩 阵分析基础、凸优化理论基 础；第2章为新型数字调制 基础，包括数字调制的基本 原理、BPSK的基本原理、 QAM的基本原理、扩展频谱 调制、OFDM的原理与实现 、SCMA的稀疏扩频与多维 调制；第3章为无线信道的 传播特性与模型，包括物理 信道的定义、无线信道的一 般特性、基带信道的谱域、 衰落包络的统计分布、衰落 信道的性能分析、常用的衰 落信道模型；第4章为传输 性能分析与分集接收，包括 AWGN信道通信、分集接收 、分集合并的性能分析、多 天线分集；第5章为通信接 收端的自适应均衡，包括时 域均衡器、自适应均衡、频 域均衡器、自适应盲均衡、 智能盲均衡；第6章为多天 线传输系统的符号检测与信 道估计，包括MIMO传输系 统、MIMO系统的符号检测 、MIMO系统的空时编码、 MIMO信道估计、MIMO- OFDM系统衰落信道估计； 第7章为多天线传输系统的 时间与频率同步，包括单天 线系统的时频同步参数模型 、MIMO传输同步模型、 MIMO同步参数的估计下界 、MIMO频偏参数估计的相 关法、MIMO同步的最大似 然估计法；第8章为时变随 机通信模型中的滤波，包括 动态滤波简介、线性预测器 原理、状态空间模型、卡尔 曼滤波原理、扩展卡尔曼滤 波、无迹卡尔曼滤波、粒子 滤波；第9章为压缩感知及 其在无线信道估计中的应用 ，包括基本概念、字典矩阵 设计、范数优化模型、范数 优化问题的求解、动态稀疏 信号恢复、稀疏信道估计； 第10章为通信资源分配的优 化模型与处理，包括资源分 配问题概述、正交频分多址 系统的资源分配、MIMO系 统的资源分配、MIMO- OFDM系统的功率分配。为 便于读者高效学习，快速掌 握并理解通信信号处理的原 理和方法及应用，本书提供 完整的教学课件和部分程序 代码。 本书可以作为广大高校 高年级本科生和研究生的学 习教材，也可以作为相关研 究人员和工程技术人员的参 考书。

张静 上海师范大学信息与机电工程学院副教授，硕士研究生导师，中国通信学会会员，从事无线移动通信、信号与信息处理等领域的教学和研究工作。发表学术论文40余篇，主持及主研国家级、省部级及企业合作科研项目10余项。授权国家发明专利10余项，软件著作权2项，参编专术专著1部。

第1章 数学基础 1.1 随机信号基础 1.1.1 随机变量与随机过程 1.1.2 常用随机变量或随机过程的统计特征 1.1.3 随机变量的统计特征 1.1.4 复高斯白噪声向量 1.1.5 随机向量的函数 1.2 矩阵分析基础 1.2.1 向量范数和矩阵范数 1.2.2 矩阵的二次型 1.2.3 矩阵的行列式 1.2.4 矩阵的特征值和特征向量 1.2.5 矩阵的迹 1.2.6 矩阵的秩 1.2.7 逆矩阵与伪逆矩阵 1.2.8 矩阵的向量化 1.2.9 导数与梯度 1.2.10 矩阵的分解 1.3 凸优化理论基础 1.3.1 最优化问题的数学模型 1.3.2 凸集、凸函数与凸优化 1.3.3 函数凸性判定 1.3.4 保凸运算 1.3.5 拉格朗日对偶法 1.3.6 线性规划和二次规划 1.3.7 半正定规划 本章小结 本章习题 第2章 新型数字调制基础 2.1 数字调制的基本原理 2.2 BPSK的基本原理 2.2.1 绝对相移和相对相移 2.2.2 BPSK的调制与解调 2.2.3 T/2-BPSK的调制与解调 2.3 QAM的基本原理 2.3.1 4QAM（QPSK）的调制与解调 2.3.2 16QAM的调制与解调 2.3.3 64QAM的应用 2.4 扩展频谱调制 2.4.1 扩频通信的基本概念 2.4.2 扩频调制的基本原理 2.4.3 PN序列 2.5 OFDM的原理与实现 2.5.1 OFDM的基本原理 2.5.2 OFDM的实现方法 2.5.3 OFDM技术的优缺点 2.6 SCMA的稀疏扩频与多维调制 2.6.1 SCMA的基本原理 2.6.2 稀疏扩频原理 2.6.3 多维调制原理 本章小结 本章习题 第3章 无线信道的传播特性与模型 3.1 物理信道的定义 3.2 无线信道的一般特性 3.2.1 大尺度衰落及其传播模型 3.2.2 小尺度衰落 3.2.3 空间选择性衰落 3.3 基带信道的谱域 3.3.1 空时频谱域 3.3.2 等效的基带传输 3.3.3 时频信道的统计特性 3.3.4 速率方差的定义 3.4 衰落包络的统计分布 3.4.1 瑞利衰落 3.4.2 莱斯衰落 3.4.3 Nakagami-m衰落 3.5 衰落信道的性能分析 3.5.1 电平通过率 3.5.2 平均衰落持续时间 3.5.3 频率电平通过率 3.5.4 空间电平通过率 3.6 常用的衰落信道模型 3.6.1 多径襄落信道模现 3.6.2 空时信道模型 本章小结 本章习题 第4章 传输性能分析与分集接收 4.1 AWGN信道通信 4.1.1 脉冲信号形状设计 4.1.2 符号检测 4.1.3 符号差错概率 4.2 分集接收 4.2.1 分集方式 4.2.2 合并方式 4.3 分集合并的性能分析 4.3.1 中断概率的改善 4.3.2 平均信噪比的改善 4.3.3 误码率的改善 4.4 多天线分集 4.4.1 SIMO系统的天线选择 4.4.2 SIMO系统的最大比合并 4.4.3 MISO系统的发射分集 本章小结 本章习题 第5章 通信接收端的自适应均衡 5.1 时域均衡器 5.1.1 均衡器的原理 5.1.2 迫零均衡器 5.1.3 最小均方误差均衡器 5.2 自适应均衡 5.2.1 横向滤波器 5.2.2 维纳滤波 5.2.3 LMS算法原理 5.2.4 性能测度 5.2.5 基于LMS的判决反馈均衡算法 5.2.6 基于LMS的正交小波均衡算法 5.3 频域均衡器 5.3.1 基于LMS的频域均衡器 5.3.2 基于LMS的OFDM系统均衡算法 5.4 自适应盲均衡 5.4.1 Bussgang均衡 5.4.2 基于倒三谱的自适应盲均衡算法 5.5 智能盲均衡 5.5.1 基于遗传算法优化的常模盲均衡算法 5.5.2 基于遗传算法优化的正交小波常模盲均衡算法 5.5.3 基于粒子群优化的正交小波常模盲均衡算法 本章小结 本章习题 第6章 多天线传输系统的符号检测与信道估计 6.1 MIMO传输系统 6.2 MIMO系统的符号检测 6.2.1 最优检测准则 6.2.2 MIMO传输的符号检测性能 6.2.3 编码增益和分集增益 6.2 MIMO系统的空时编码 6.3.1 空时编码的设计准则 6.3.2 空时分组码 6.4 MIMO信道估计 6.4.1 估计原理 6.4.2 MIMO系统信道估计方法 6.5 MIMO-OFDM系统衰落信道估计 6.5.1 导频的最优设计 6.5.2 自适应的子空间跟踪 本章小结 本章习题 第7章 多天线传输系统的时间与频率同步 7.1 单天线系统的时频同步参数模型 7.1.1 多速率信号处理 7.1.2 符号同步 7.1.3 帧同步 7.1.4 载波频率偏移同步 7.2 MIMO传输同步模型 7.3 MIMO同步参数的估计下界 7.3.1 克拉美-罗下界原理 7.3.2 小样本下的克拉美-罗界 7.3.3 渐近克拉美-罗界 7.3.4 仿真比较 7.4 MIMO频偏参数估计的相关法 7.5 MIMO同步的最大似然估计法 7.5.1 估计原理 7.5.2 期望最大化算法