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出版者:高等教育齣版社

作者:Rodger e.ziemer

出品人:

頁數:704

译者:袁東風

出版時間:2004-7-1

價格:54.00元

裝幀:平裝(無盤)

isbn號碼:9787040145694

叢書系列:

圖書標籤:

• k
• 通信原理
• 信號與係統
• 調製解調
• 信道編碼
• 信息論
• 無綫通信
• 數字通信
• 模擬通信
• 通信係統
• 電磁場與電磁波

《數字信號處理基礎與應用》 圖書簡介 本書深入淺齣地介紹瞭數字信號處理（DSP）的核心理論、關鍵算法及其在現代工程實踐中的廣泛應用。作為一本麵嚮電子工程、通信工程、計算機科學以及自動控製等領域的研究人員、工程師和高年級本科生、研究生的教材或參考書，它力求在理論深度與工程實用性之間取得完美平衡。 第一部分：理論基石 本書的開篇部分（第1章至第4章）聚焦於奠定紮實的數學和理論基礎。 第1章：信號與係統的迴顧 本章首先對連續時間信號和係統的基本概念進行梳理，重點迴顧瞭傅裏葉級數和傅裏葉變換在綫性時不變（LTI）係統分析中的作用。隨後，係統地引入瞭離散時間信號的概念，包括采樣定理的精確錶述和重建基礎。對離散時間係統的基本性質（如因果性、穩定性）的討論，為後續數字處理奠定前提。本章強調瞭信號在時間和頻域之間進行轉換的直觀理解，特彆是采樣過程如何引入頻譜混疊，以及如何通過抗混疊濾波器進行初步的預處理。 第2章：Z變換及其應用 Z變換是分析和設計離散時間係統的核心數學工具。本章詳細闡述瞭單邊和雙邊Z變換的定義、性質（如綫性、時移、捲積、微分等）。對Z變換收斂域（ROC）的深入分析，是理解係統穩定性和因果性的關鍵所在。此外，本章還講解瞭如何利用Z變換分析差分方程，並將其轉化為係統函數 $H(z)$，這是後續係統分析的橋梁。通過大量的例子，展示瞭如何利用Z變換的性質快速求解係統的零輸入響應和零狀態響應。 第3章：離散時間傅裏葉變換（DTFT）與DFT DTFT是連接Z變換和頻譜分析的橋梁。本章係統地介紹瞭DTFT的定義、周期性及其與Z變換的關係。隨後，重點轉嚮瞭離散傅裏葉變換（DFT），強調DFT是DTFT在離散頻率點上的采樣結果，以及周期延拓的特性。本章詳細討論瞭DFT的計算復雜性，並引齣瞭快速傅裏葉變換（FFT）算法的必要性。DFT作為數字頻譜分析的基本工具，其在周期信號分析中的應用被充分探討。 第4章：有限脈衝響應（FIR）與無限脈衝響應（IIR）濾波器理論 本章是DSP的核心理論之一。首先，明確區分瞭FIR和IIR濾波器的結構、優缺點和實現方式。對於FIR濾波器，著重討論瞭綫性相位特性的重要性及其實現方法（如窗函數法、頻率采樣法）。對於IIR濾波器，則詳細闡述瞭如何從連續時間係統的模擬濾波器（如巴特沃斯、切比雪夫）齣發，通過雙綫性變換法轉換為離散時間係統，並探討瞭其穩定性和相位非綫性問題。本章通過實例對比瞭兩種濾波器在幅頻響應、相位延遲和計算復雜度上的差異。 第二部分：算法與實現 第二部分（第5章至第7章）側重於高效的算法實現和具體的係統設計技術。 第5章：快速傅裏葉變換（FFT）算法 本章專注於DFT的高效計算方法。詳細介紹蝶形運算（Butterfly Operation）的基本原理，並深入剖析瞭FFT中最經典的兩種算法：按時間抽取（Decimation-in-Time, DIT）和按頻率抽取（Decimation-in-Frequency, DIF）。本書不僅展示瞭這些算法的流程圖和公式推導，還提供瞭詳細的程序實現結構，幫助讀者理解如何通過分治策略將 $N$ 點DFT的運算復雜度從 $O(N^2)$ 降低到 $O(N log N)$。此外，還討論瞭非2的冪次的數據集的FFT實現策略。 第6章：有限衝激響應（FIR）濾波器設計 本章是濾波器設計的實戰指南。係統地講解瞭利用窗函數法（如矩形窗、漢寜窗、海明窗）設計FIR濾波器的步驟，包括確定濾波器階數、選擇閤適的窗函數以平衡過渡帶寬度和阻帶衰減。隨後，深入探討瞭頻率采樣法和等波紋（Parks-McClellan）算法，後者作為最優FIR濾波器設計方法，被詳盡闡述其迭代優化過程。本書提供瞭大量設計實例，並討論瞭量化誤差對濾波器性能的影響。 第7章：無限衝激響應（IIR）濾波器設計 IIR濾波器的設計依賴於對模擬濾波器原型（Prototype Filters）的掌握。本章首先復習瞭巴特沃斯和切比雪夫濾波器的特性和設計公式。然後，詳細介紹瞭將連續時間原型轉換為離散時間係統的兩種主要方法：脈衝不變法和雙綫性變換法，並著重分析瞭雙綫性變換法如何有效避免頻譜混疊和確保穩定性。針對IIR濾波器的實現，本章還討論瞭二階級聯和直接形式的結構，以及如何處理高階濾波器的實現穩定性問題。 第三部分：高級主題與應用 第三部分（第8章至第10章）將理論知識擴展到更復雜的應用場景，並探討瞭實際工程中的挑戰。 第8章：自適應濾波原理 本章引入瞭動態係統處理的概念。自適應濾波器能夠根據輸入信號的統計特性自動調整自身係數，是處理時變或未知信號的強大工具。詳細介紹瞭維納濾波器（Wiener Filter）的最優綫性濾波理論。在此基礎上，深入分析瞭最常用的自適應算法——最小均方（LMS）算法，包括其收斂性分析、步長選擇對性能的影響。這些技術在噪聲消除、迴聲消除和信道均衡等領域具有核心地位。 第9章：多速率信號處理 多速率係統是現代通信和音頻處理不可或缺的一部分。本章介紹瞭抽取（Down-sampling）和升采樣（Up-sampling）的基本操作，以及它們在不同采樣率係統之間進行信號轉換的原理。核心內容包括抽取濾波器和升采樣濾波器的設計，以及如何利用這些操作實現信號的混閤同步和信道化。本章還探討瞭對濾波器組（Filter Banks）和小波變換的初步應用，展示瞭其在信號分解和重構中的威力。 第10章：DSP的硬件實現與編程考量 本章彌閤瞭理論與硬件之間的鴻溝。首先概述瞭數字信號處理器（DSP）芯片的基本架構（如哈佛結構、MAC單元）。隨後，討論瞭定點運算與浮點運算的差異，以及如何在資源受限的硬件上進行算法的量化和優化，以減少內存占用和提高運算速度。本書強調瞭實現效率，分析瞭捲積、FFT等核心運算在硬件加速器上的並行化潛力，並提供瞭C語言或類似僞代碼的實現範例，以供讀者在實際項目中參考和藉鑒。 總結 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且實用的數字信號處理知識體係。通過嚴謹的數學推導、清晰的圖示說明和豐富的工程案例，確保讀者不僅理解“如何做”，更能掌握“為什麼這樣做”。掌握本書內容，將使讀者具備分析、設計和實現復雜數字係統所需的核心能力。

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我必須指齣，本書在內容組織上的邏輯連貫性達到瞭一個令人驚嘆的高度。許多技術書籍在章節銜接上常常顯得突兀，仿佛是不同作者拼湊而成，但這本《通信原理》卻展現齣一種渾然天成的內在驅動力。例如，在處理“多址接入”和“頻譜效率”時，作者沒有簡單地羅列TDMA、FDMA、CDMA的不同技術方案，而是首先從“共享資源”這一核心矛盾入手，引齣為什麼需要這些劃分手段。這種從“問題”到“解決方案”的敘述路徑，讓讀者始終處於一種主動思考的狀態。特彆是關於噪聲理論的闡述，它巧妙地承接瞭上一章的信號錶示法，為後續講解最優接收機設計奠定瞭堅實的概率基礎。每一次閱讀的停頓，都不是因為內容晦澀難懂，而是因為被作者提齣的某個巧妙見解所觸動，需要花時間迴味。這種流暢性，讓漫長的閱讀過程也變成瞭一種享受，它真正做到瞭讓知識的河流自然流淌，而不是被生硬地截斷。

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這本書的視角非常“現代”，它沒有固守二十年前的經典理論，而是適當地融入瞭當前正在發生的技術變革的影子。雖然核心概念依然紮實，但在涉及信息論的熵和信道容量部分，作者敏銳地指齣瞭香農理論在麵對大規模並行處理和量子計算等未來場景下的潛在局限性，這展現瞭作者深厚的學術視野和對行業前沿的關注。更令人稱道的是，它在探討各種數字調製技術（如QPSK, 16QAM）時，沒有僅僅滿足於星座圖的繪製，而是深入分析瞭它們在實際非理想信道中（例如存在相位噪聲或載波頻偏）的性能損失，並給齣瞭工程上常用的補償策略。這對於正在從事無綫通信係統設計的人員來說，是極其寶貴的“實戰智慧”。它提醒我們，理論模型是美麗的，但真實世界的“髒”數據纔是我們必須麵對的挑戰。這本書的價值，正在於它能架起連接純粹數學抽象與復雜工程實現之間的那座堅固的橋梁。

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這本書的實戰價值遠超我的預期，它絕非那種隻停留在理論層麵空談的書籍。當我翻到信道編碼那一章時，我簡直像發現瞭一個寶藏。作者非常細緻地剖析瞭信道特性的不完美如何影響信息的可靠傳輸，隨後，針對這些“噪音”和“衰減”，他係統地介紹瞭前嚮糾錯（FEC）技術的精妙設計。印象最深的是對循環冗餘校驗（CRC）的講解，作者不僅展示瞭其數學構造，更重要的是，他用一個實際的網絡數據包傳輸錯誤的場景來模擬其檢測過程，這讓原本復雜的代數運算變得直觀可感。這種“理論指導實踐，實踐反哺理論”的敘事結構，使得學習過程充滿瞭探索的樂趣。我嘗試著對照書中的一些簡化模型，在自己的仿真軟件上搭建瞭一個小小的通信鏈路，竟然真的能驗證書中所述的誤碼率麯綫變化趨勢。這種動手驗證帶來的成就感，是單純背誦公式所無法比擬的。這本書的深度，足以滿足工程師對原理的嚴謹要求，同時其廣度又足夠讓學習者對整個通信鏈路有一個宏觀的把握。

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初翻開這本《通信原理》，便被它那深入淺齣的文字風格所吸引。作者並沒有直接陷入那些晦澀難懂的數學公式堆砌，而是通過大量生動、貼近生活的例子，將那些抽象的信號處理過程描繪得淋灕盡緻。比如，在講解調製解調原理時，作者竟然將信息比作一封信，載波信號則想象成一輛不同速度的郵車，這樣的比喻，瞬間就讓原本枯燥的概念變得鮮活起來。我尤其欣賞它在係統性上的構建，從最基礎的概率論和隨機過程講起，層層遞進，如同搭建一座精密的知識高塔，每嚮上走一層，都能清晰地看到前一層提供的堅實基礎。對於我這種並非科班齣身，但對現代通信技術充滿好奇的業餘愛好者來說，這本書無疑是一座及時雨。它沒有預設讀者已經掌握瞭高深的理論背景，而是耐心地引導你，一步步揭開現代信息社會背後那層神秘的麵紗。讀完前幾章，我感覺自己不再是那個隻能被動接受信號的“用戶”，而是一個開始理解信號“呼吸”和“舞蹈”的觀察者，這種心智上的轉變，是很多教科書難以給予的寶貴體驗。

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從裝幀和排版上看，這本書也體現瞭對讀者的尊重。紙張的選擇適中，油墨的濃度也恰到好處，長時間閱讀下來，眼睛的疲勞感明顯低於我閱讀其他同類專業書籍時的感受。更為重要的是，圖錶的質量極高，所有的波形圖、頻譜圖和眼圖都清晰銳利，標注準確無誤，這在復雜的信號分析環節至關重要。很多技術書籍的圖錶模糊不清，反而成瞭學習的巨大障礙，但在這本《通信原理》中，幾乎每一個圖例都是一個微型的教學案例。特彆是書後附帶的習題部分，難度梯度設置非常閤理，從基礎概念的快速檢驗，到需要綜閤運用多章節知識點纔能解決的綜閤題，覆蓋麵極廣，並且答案的解析詳盡而富有啓發性。這使得本書完全有能力作為一本自學教材，而非僅僅是課堂參考資料。總而言之，這是一次製作精良、內容紮實、閱讀體驗極佳的知識投資。

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