《畫說通信原理》將高等學校電子信息工程、通信工程、自動控制、網(wǎng)絡工程、物聯(lián)網(wǎng)工程、計算機科學與技術(shù)等專業(yè)的經(jīng)典專業(yè)課程通信原理分為通信的基本概念調(diào)制和解調(diào)編碼和譯碼數(shù)據(jù)通信四個章節(jié)，采用通俗易懂的語言，結(jié)合日常生活實際，并輔以大量的原理圖和類比漫畫，有的放矢地對學習過程中會遇到的40個問題進行了詳細講解，以期達到讓讀者在輕松愉悅的狀態(tài)下了解和掌握調(diào)制、解調(diào)、編碼、譯碼、同步、協(xié)議等通信原理基本知識的目的。
《畫說通信原理》是一部集知識性、趣味性、理論性、技術(shù)性及藝術(shù)性于一體的圖書，可作為高等學校相關(guān)專業(yè)的參考用書，也可作為中學生及其他人群的科普讀物。
結(jié)合交通與生活實例，用漫畫加文字講解通信原理。
（1）內(nèi)容有的放矢，功能明確實用。
采用問答形式，盡量減少教科書中的定理推導過程，以定性描述和詮釋為主。
（2）文字簡明扼要，語言通俗易懂。
為適合低齡讀者，盡可能地將枯燥難懂的理論和技術(shù)知識，用通俗易懂的語言簡明扼要地描述出來。
（3）舉例生動多樣，詮釋準確有趣。
采用與通信具有類比性的交通實例及生活現(xiàn)象解釋通信理論概念，使讀者更容易理解并掌握。
（4）插圖豐富形象，漫畫新穎風趣。
將知識點與難點盡可能地圖示化，并用漫畫形式表現(xiàn)出來。
親愛的讀者，您好！
首先介紹一下本書的主人公土撥鼠皮皮，還有一起學習的同學：聰明貓圓圓、胖胖豬壯壯、黃毛猴蛋蛋和乖乖兔靜靜。
希望您能夠喜歡他們，并與我們一起探索通信原理之謎。
1. 為什么要學習通信原理
如果把美國科學家、畫家塞繆爾·莫爾斯作為現(xiàn)代通信技術(shù)之父的話，那么從他1844年5月24日在華盛頓國會大廈最高法院會議廳用自己發(fā)明的電報機向巴爾的摩發(fā)送世界上第一封電報算起，現(xiàn)代通信技術(shù)已經(jīng)走過了近200年的歷程。古人憧憬并想象的千里眼和順風耳等超凡功能也在這個歷史進程中一一實現(xiàn)。通信技術(shù)不但在社會生產(chǎn)和軍事國防等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用，而且逐漸滲入人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗?br />（1）電子交流。人與人之間的信息和情感交流由于生活和工作節(jié)奏的加快，從面對面談話、登門拜訪、信函通信等傳統(tǒng)方式更多地向電子交流方式發(fā)展，可視電話、電子郵件、網(wǎng)上聊天、網(wǎng)上交友已漸漸成為現(xiàn)代人的日常生活。
（2）電子商務。電子商務就是可以通過網(wǎng)絡進行的所有人類經(jīng)濟活動的總和。有了電子商務，人們不用再為進貨銷售東奔西跑，不用再為生意合同頻頻會面，不用再為付款、催賬而成為銀行的常客，足不出戶即可在分分秒秒之間完成這些昔日耗費大量精力和物力的商務活動。尤其是在對外貿(mào)易活動中，電子商務扮演著極為重要的角色。同樣，對于喜歡上街購物而又沒有時間的女士來說，到網(wǎng)上瀏覽各種網(wǎng)絡商店，隨心所欲地選購自己喜愛的商品，然后坐等送貨上門，再通過網(wǎng)絡付款，這不僅滿足了生活所需，而且免去了腿腳之勞，已成為一種購物常態(tài)。由電子定單、電子合同、電子貨幣、電子支票、網(wǎng)絡銀行、網(wǎng)絡商店等基本要素構(gòu)成的電子商務系統(tǒng)被認為是現(xiàn)代化的一個標志，是人們經(jīng)濟活動方式的一次飛躍。
（3）視頻會議。傳統(tǒng)的聚眾開會將成為歷史，不同地區(qū)甚至不同國家的人們將利用網(wǎng)絡的多媒體功能，召開身臨現(xiàn)場般的網(wǎng)絡會議，不僅節(jié)省了大量的差旅費，而且更廣泛、更迅速、更方便。
（4）遠程教育。遠程教育不僅為那些遠離學校和難以入校的學子們帶來福音，極大地拓寬了受教育面，同時改變了傳統(tǒng)的課堂教學模式。配合視頻點播功能可使受教育者隨時隨地自由地選擇心儀的學校、老師和課程進行學習和交流。線上教學已經(jīng)成為當代教育不可或缺的新型教學手段。
基于網(wǎng)絡和計算機視覺技術(shù)（藝術(shù)）的慕課（MOOC）教學形式不但消除了時空距離，更把形象教學和實驗教學手段發(fā)揮到了極致，極大地提高了優(yōu)質(zhì)教學資源的普及和利用率。
（5）遠程醫(yī)療。到醫(yī)院看病治療一直是人們比較頭疼的問題，尤其是在缺醫(yī)少藥的偏遠地區(qū)。有了遠程醫(yī)療，人們在家中通過網(wǎng)絡不僅可尋醫(yī)問藥，還能遍邀世界各地的名醫(yī)專家會診治療，大大提高了人類健康水平、預防和治療疾病水平。
（6）網(wǎng)上娛樂。你想打橋牌嗎？你想紋秤對弈嗎？你想親臨戰(zhàn)場嗎？網(wǎng)絡時代的很多娛樂活動將不再需要人們共聚一堂，而是可以通過網(wǎng)絡與世界各地的愛好者捉對、組團，一展身手、同享此樂。
（7）視頻點播。現(xiàn)在雖然電視節(jié)目有很多，但人們?nèi)杂X得可看（自己喜歡）的節(jié)目太少。視頻點播將結(jié)束人們的這種煩惱，人們在家中可隨意到自己熱衷的電視臺或網(wǎng)站點播自己喜歡的各類電視節(jié)目。
（8）智能手機。21世紀初出現(xiàn)的智能手機在很大程度上改變了人們的生活及工作方式。足不出戶，利用智能手機幾乎可以完成日常生活的絕大部分任務購物、看病、娛樂、買車票、買機票、買船票、買電影票、買景區(qū)和博物館門票、叫出租車、買飯等，甚至在家里、在路上都可以隨時隨地方便、快捷地處理各種公務。
凡此種種，不勝枚舉。
可見，今天的人們?nèi)绻粫稽c通信技能，比如玩手機，那么在生活中幾乎寸步難行，而支撐各種通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)通信原理，逐漸從高深艱澀的理論中走出，成為現(xiàn)代人必須了解和掌握的常識。因此，為了更好地生活、工作，更好地與人交流，更好地為社會作貢獻，不論學什么專業(yè)、干什么工作，都必須學習一點通信知識，掌握一些通信技能，這就是撰寫本書的目的。
2.本書特點
通信原理是電子信息工程、通信工程、自動控制和計算機科學與技術(shù)等信息類專業(yè)的一門經(jīng)典課程。我從事交通和通信相關(guān)專業(yè)的教學工作幾十年，發(fā)現(xiàn)二者有很多共性，用交通領(lǐng)域的一些概念及知識和現(xiàn)實生活中的一些實例類比通信活動，對該課程的教學活動有積極的推動作用。另外，我還從事過電化教育工作多年，對知識的形象化表示和教學方法有較深刻的認識和豐富經(jīng)驗。因此，本書具有如下特點。
（1）內(nèi)容有的放矢，功能明確實用。采用問答形式，所有問題都來自日常的教學實踐，在內(nèi)容選取、問題設置等環(huán)節(jié)做到符合教學要求和學生的實際學習情況。同時，盡量減少教科書中的定量推導過程，以定性描述和詮釋為主。
（2）文字簡明扼要，語言通俗易懂。為適合低齡讀者，盡可能地將枯燥難懂的理論和技術(shù)知識用通俗易懂的語言簡明扼要地描述出來，甚至采用了一些社會流行語。
（3）舉例生動多樣，詮釋準確有趣。采用與通信具有類比性的交通實例及生活現(xiàn)象解釋通信理論概念，使讀者更容易理解并掌握相關(guān)的通信知識。
（4）插圖豐富形象，漫畫新穎風趣。為了達到讓讀者喜聞樂見的目的，將知識點與難點盡可能地圖示化，并用漫畫形式表現(xiàn)出來，也許這就是本書最突出的優(yōu)點吧。
簡言之，本書的特點就是結(jié)合交通與生活實例，用漫畫加文字講解通信原理。
本書定位于教學輔導用書，是大學教材的延伸及補充，同時也是科普書。
本書既著眼于提高大學生的專業(yè)學習興趣，也力圖用更通俗的語言和更形象的插圖、插畫向廣大初、高中生普及通信原理的相關(guān)知識。
3. 本書內(nèi)容
經(jīng)典通信原理課程的內(nèi)容可用調(diào)制、解調(diào)、編碼、譯碼、同步十個字概括。我也編寫了幾本基于以上十字真經(jīng)的通信原理教科書，如《通信原理教程》，清華大學出版社，2016；《通信原理與技術(shù)簡明教程》，清華大學出版社，2013；《通信原理與通信技術(shù)》（第4版），西安電子科技大學出版社，2018；《通信原理與通信技術(shù)學習指導》，西安電子科技大學出版社，2004。而本書的內(nèi)容雖然也源自十字真經(jīng)，但并不像教科書那樣系統(tǒng)和全面，而是選取了一些關(guān)鍵知識點和學習過程中普遍遇到的難點進行有的放矢的講解。另外，為了幫助讀者更好地了解網(wǎng)絡尤其是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對數(shù)據(jù)通信原理也進行了比較詳細的介紹。
根據(jù)自己幾十年的教學經(jīng)驗以及早年從事電化教育的經(jīng)歷，我認為，對于各種自然科學知識而言，抽象、艱澀、難懂是共性；要想把一門課程教好，除了自身要搞懂課程內(nèi)容之外，更重要的是如何將知識以簡單、易懂的方法高效地傳授給學生。我曾在課堂上說過：如果說存在一種最好的教學方法的話，那非知識的圖像化莫屬，而大家兒時幾乎都經(jīng)歷過的看圖識字學習過程就是典型的圖示化教學范例。
因此，我精選了本書的內(nèi)容，設計了本書的結(jié)構(gòu)和圖示化的敘述方法，再由湯穎凡老師妙筆生花，設計了土撥鼠皮皮作為我的漫畫替身。另外，林智慧副教授和劉睿講師校對了全部書稿，張語詩、田芳銘老師也有貢獻，在此向她們表示衷心感謝！
由我精心設計、制作并主講的信號與系統(tǒng)慕課已經(jīng)在學堂在線平臺上線了，這是通信原理的先導和基礎(chǔ)課，大家可以在學堂在線進入視頻課堂學習。
鈴響了，不多說了，上課！我們一起開啟探秘通信原理之旅吧！
張衛(wèi)鋼
2024年5月于西安
第1章 通信的基本概念/ 1
第1.1講 通信原理是一門什么課/ 2
1.1.1 課程地位/ 2
1.1.2 課程內(nèi)容/ 2
1.1.3 課程難度/ 2
1.1.4 課程學習方法/ 2
1.1.5 結(jié)語/ 3
1.1.6 問答/ 3
第1.2講 什么是通信/ 4
1.2.1 通信的定義/ 4
1.2.2 信息、消息及信號的概念/ 5
1.2.3 結(jié)語/ 6
1.2.4 問答/ 6
第1.3講 什么是通信系統(tǒng)/ 8
1.3.1 通信系統(tǒng)的概念/ 8
1.3.2 結(jié)語/ 10
1.3.3 問答/ 11
第1.4講 什么是模擬通信、數(shù)字通信/ 11
1.4.1 什么是模擬通信/ 11
1.4.2 什么是數(shù)字通信/ 12
1.4.3 為什么要引入數(shù)字通信/ 13
1.4.4 數(shù)字通信的優(yōu)缺點/ 14
1.4.5 結(jié)語/ 15
1.4.6 問答/ 15
第1.5講 什么是信號、噪聲和干擾/ 16
1.5.1 信號的定義/ 17
1.5.2 信號的分類/ 17
1.5.3 噪聲的定義/ 20
1.5.4 噪聲的分類/ 20
1.5.5 干擾的定義/ 21
1.5.6 結(jié)語/ 22
1.5.7 問答/ 23
第1.6講 什么是信道/ 24
1.6.1 信道的概念/ 24
1.6.2 有線介質(zhì)/ 25
1.6.3 無線介質(zhì)/ 27
1.6.4 無線電波的傳播方式/ 28
1.6.5 結(jié)語/ 29
1.6.6 問答/ 29
第1.7講 什么是信號頻譜和信道通頻帶/ 30
1.7.1 什么是頻譜/ 30
1.7.2 什么是信道通頻帶/ 33
1.7.3 結(jié)語/ 35
1.7.4 問答/ 36
第1.8講 如何理解香農(nóng)公式/ 37
1.8.1 香農(nóng)公式/ 37
1.8.2 對香農(nóng)公式的解釋/ 38
1.8.3 結(jié)語/ 38
1.8.4 問答/ 39
第1.9講 什么是信道復用/ 40
1.9.1 信道復用的概念/ 40
1.9.2 幾種常用的復用技術(shù)/ 40
1.9.3 結(jié)語/ 41
1.9.4 問答/ 42
第1.10講 什么是隨機過程及為什么要研究它/ 43
1.10.1 什么是隨機信號 / 43
1.10.2 什么是隨機變量/ 44
1.10.3 什么是隨機過程/ 44
1.10.4 如何理解隨機過程/ 45
1.10.5 什么是隨機過程的數(shù)字特征/ 46
1.10.6 結(jié)語/ 47
1.10.7 問答/ 48
第1.11講 如何研究隨機過程/ 49
1.11.1 各態(tài)歷經(jīng)性/ 49
1.11.2 平穩(wěn)隨機過程/ 49
1.11.3 窄帶隨機過程/ 50
1.11.4 高斯隨機過程/ 50
1.11.5 白噪聲/ 51
1.11.6 結(jié)語/ 51
1.11.7 問答/ 52
第1.12講 通信系統(tǒng)性能的評價指標是什么/ 54
1.12.1 基本概念/ 54
1.12.2 模擬通信系統(tǒng)的性能指標/ 54
1.12.3 數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標/ 55
1.12.4 結(jié)語/ 58
1.12.5 問答/ 58
第1.13講 通信原理課程的主要內(nèi)容是 什么/ 59
第2章 調(diào)制和解調(diào)/ 61
第2.1講 什么是調(diào)制/ 62
2.1.1 調(diào)制的概念/ 62
2.1.2 如何調(diào)幅/ 63
2.1.3 調(diào)制的分類/ 66
2.1.4 結(jié)語/ 66
2.1.5 問答/ 66
第2.2講 什么是解調(diào)/ 68
2.2.1 解調(diào)的概念/ 68
2.2.2 如何解調(diào)/ 68
2.2.3 結(jié)語/ 70
2.2.4 問答/ 71
第2.3講 什么是調(diào)頻/ 71
2.3.1 調(diào)頻的概念/ 72
2.3.2 如何調(diào)頻/ 73
2.3.3 如何鑒頻/ 74
2.3.4 調(diào)頻的優(yōu)缺點/ 75
2.3.5 結(jié)語/ 75
2.3.6 問答/ 75
第2.4講 為什么調(diào)頻收音機的音質(zhì)比調(diào)幅收音機好/ 77
2.4.1 什么是AM和FM收音機/ 77
2.4.2 什么是音質(zhì)/ 78
2.4.3 性能比較/ 78
2.4.4 結(jié)語/ 80
2.4.5 問答/ 80
第2.5講 什么是PCM調(diào)制/ 81
2.5.1 PCM的概念/ 82
2.5.2 什么是抽樣/ 83
2.5.3 什么是量化/ 83
2.5.4 什么是編碼/ 85
2.5.5 結(jié)語/ 85
2.5.6 問答/ 86
第2.6講 為什么要非均勻量化/ 86
2.6.1 非均勻量化的概念/ 86
2.6.2 如何實現(xiàn)非均勻量化/ 87
2.6.3 結(jié)語/ 88
2.6.4 問答/ 89
第2.7講 什么是增量調(diào)制和增量總和調(diào)制/ 90
2.7.1 什么是增量調(diào)制/ 90
2.7.2 增量調(diào)制的缺點/ 92
2.7.3 什么是增量總和調(diào)制/ 93
2.7.4 結(jié)語/ 95
2.7.5 問答/ 95
第2.8講 什么是抽樣定理/ 96
2.8.1 抽樣定理/ 96
2.8.2 抽樣定理的證明/ 96
2.8.3 重建原信號/ 97
2.8.4 結(jié)語/ 98
2.8.5 問答/ 98
第2.9講 什么是時分復用和數(shù)字復接/ 99
2.9.1 時分復用的概念/ 99
2.9.2 數(shù)字復接的概念/ 101
2.9.3 數(shù)字復接的原理/ 102
2.9.4 結(jié)語/ 103
2.9.5 問答/ 103
第2.10講 什么是數(shù)字調(diào)制/ 104
2.10.1 什么是數(shù)字調(diào)制/ 104
2.10.2 如何實施2ASK/ 105
2.10.3 如何實施2FSK/ 105
2.10.4 如何實施2PSK/ 106
2.10.5 結(jié)語/ 107
2.10.6 問答/ 107
第2.11講 為什么要引入DPSK/ 108
2.11.1 2PSK解調(diào)/ 108
2.11.2 2DPSK調(diào)制/ 109
2.11.3 2DPSK解調(diào)/ 110
2.11.4 結(jié)語/ 111
2.11.5 問答/ 111
第3章 編碼和譯碼/ 113
第3.1講 什么是編碼和譯碼/ 114
3.1.1 編碼和譯碼的概念/ 114
3.1.2 編碼的目的/ 114
3.1.3 數(shù)字通信系統(tǒng)中有哪幾種編/譯碼模塊/ 114
3.1.4 結(jié)語/ 115
3.1.5 問答/ 116
第3.2講 什么是信源編碼/ 116
3.2.1 信源編碼的概念/ 116
3.2.2 結(jié)語/ 117
3.2.3 問答/ 117
第3.3講 什么是信道編碼/ 119
3.3.1 什么是差錯/ 119
3.3.2 什么是差錯控制編碼/ 120
3.3.3 什么是差錯控制方式/ 120
3.3.4 結(jié)語/ 121
3.3.5 問答/ 121
第3.4講 如何進行差錯控制/ 123
3.4.1 差錯控制原理/ 123
3.4.2 如何提高差錯控制能力/ 126
3.4.3 結(jié)語/ 127
3.4.4 問答/ 127
第3.5講 如何實現(xiàn)差錯控制編碼/ 127
3.5.1 什么是線性分組碼/ 127
3.5.2 如何實現(xiàn)線性分組碼編碼/ 128
3.5.3 結(jié)語/ 129
3.5.4 問答/ 129
第3.6講 如何實現(xiàn)差錯控制譯碼/ 131
3.6.1 譯碼原理/ 131
3.6.2 結(jié)語/ 133
3.6.3 問答/ 133
第3.7講 什么是線路編碼/ 134
3.7.1 什么是數(shù)字基帶通信/ 134
3.7.2 什么是碼元碼型及碼型變換/ 135
3.7.3 為什么要碼型變換/ 136
3.7.4 幾種典型的碼型變換/ 136
3.7.5 結(jié)語/ 138
3.7.6 問答/ 138
第4章 數(shù)據(jù)通信/ 141
第4.1講 什么是同步/ 142
4.1.1 同步的概念/ 142
4.1.2 同步的目的/ 143
4.1.3 同步的方法/ 143
4.1.4 結(jié)語/ 145
4.1.5 問答/ 146
第4.2講 什么是數(shù)據(jù)通信/ 146
4.2.1 什么是數(shù)據(jù)信號/ 146
4.2.2 什么是數(shù)據(jù)通信/ 148
4.2.3 什么是協(xié)議/ 148
4.2.4 結(jié)語/ 149
4.2.5 問答/ 149
第4.3講 數(shù)據(jù)通信的特點是什么/ 150
4.3.1 數(shù)據(jù)通信的特點/ 150
4.3.2 數(shù)據(jù)通信與模擬和數(shù)字通信的異同點是什么/ 152
4.3.3 結(jié)語/ 153
4.3.4 問答/ 153
第4.4講 如何理解網(wǎng)絡的層/ 154
4.4.1 什么是層/ 154
4.4.2 分層的好處/ 155
4.4.3 通信系統(tǒng)分層實例/ 155
4.4.4 結(jié)語/ 158
4.4.5 問答/ 158
第4.5講 如何理解計算機網(wǎng)絡模型/ 160
4.5.1 OSI計算機網(wǎng)絡模型/ 160
4.5.2 七層協(xié)議的功能/ 161
4.5.3 結(jié)語/ 165
4.5.4 問答/ 165
第4.6講 什么是鏈路/ 166
4.6.1 信道/ 166
4.6.2 鏈路和通路/ 167
4.6.3 結(jié)語/ 168
4.6.4 問答/ 169
第4.7講 什么是交換/ 169
4.7.1 交換的概念/ 170
4.7.2 線路交換/ 170
4.7.3 報文交換/ 171
4.7.4 分組交換/ 172
4.7.5 結(jié)語/ 174
4.7.6 問答/ 174
第4.8講 什么是面向連接服務和面向無連接服務/ 176
4.8.1 面向連接服務/ 176
4.8.2 面向無連接服務/ 177
4.8.3 結(jié)語/ 177
4.8.4 問答/ 177
第4.9講 人生如通信/ 179
4.9.1 人生如通信/ 179
4.9.2 人生如面向無連接服務/ 180
4.9.3 人生如鏈路/ 180
4.9.4 人生以存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式前進/ 181
4.9.5 人生如調(diào)制/解調(diào)過程/ 181
4.9.6 人生如編碼/譯碼過程/ 181
4.9.7 人生如同步過程/ 182
4.9.8 人生如隨機信號/ 183
4.9.9 結(jié)語/ 183
4.9.10 問答/ 183
參考文獻/ 185
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