信号处理与软计算

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出版者:第1版 (2003年1月1日)
作者:史习智
出品人:
页数:596
译者:
出版时间:2003-10
价格:52.0
装帧:平装
isbn号码:9787040130188
丛书系列:
图书标签:
  • 科学
  • 数学
  • 信号处理
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  • 软计算
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具体描述

本书按经典信号处理、现代信号处理和智能信号处理三部分组织全书内容。全书共十五章,包括导论、信号系统和线性变换、离散付里叶变换和快速算法、数字滤波器、MATLAB语言和信号处理、相关分析和谱分析、现代谱估计、非平稳信号分析、非线性信号分析、混沌时间序列分析、神经网络和信号处理、模糊逻辑和信号处理、进化算法和最优化、数字信号处理器 (DSP) 和工程应用例。

  本书在选材与叙述上力求简明扼要,以尽可能少的篇幅较为系统地介绍了以上主题的基本概念、理论、算法和实现。它们也反映了近十年来信号处理领域的重要议题和发展趋势。

  本书可作为机械、动力、海洋工程、生物医学工程、化工、力学、仪器工程等(非电子信息专业的)广泛专业的课的研究生教材,也可作为工程技术人员的自学参考书。

《现代通信原理与实现》 内容概述 本书深入探讨了现代通信系统中支撑信息传递的关键理论与技术,旨在为读者构建一个全面而系统的知识体系。我们从信息论的基础出发,逐步深入到信号的产生、编码、调制、传输、解调、译码以及最终的解码等各个环节,并结合实际应用中的挑战,介绍了多种先进的通信技术。全书力求理论与实践相结合,既有严谨的数学推导,也有对实际工程问题的分析和解决思路。 第一篇:信息与信号的基石 信息论基础: 信息量与熵: 深入剖析信息量的定义,包括比特的概念,以及如何量化信息的不确定性——熵。我们将探讨离散信源和连续信源的熵,并介绍条件熵、联合熵以及信息率失真理论,为后续的信息编码奠定理论基础。 信道容量: 详细介绍香农信道容量定理,阐述其含义以及对通信系统设计的指导意义。我们将分析不同类型的信道,如离散无记忆信道、连续高斯信道等,并探讨提高信道容量的途径。 信源编码: 介绍无损信源编码,包括霍夫曼编码、算术编码等,分析它们的编码效率和复杂度。同时,探讨有损信源编码,如量化理论、预测编码以及感知编码,重点关注如何在大约保持感知质量的同时,实现高效的数据压缩。 信号的数学描述: 信号的分类: 区分确定性信号与随机信号,以及连续时间信号与离散时间信号。 时域与频域分析: 详细介绍傅里叶级数和傅里叶变换,阐述信号在时域和频域表示的等价性,以及它们在信号分析中的重要作用。我们将深入研究信号的频谱特性,如带宽、功率谱密度等。 信号的变换: 学习拉普拉斯变换和Z变换,它们是分析线性时不变(LTI)系统和离散时间信号的强大工具。我们将探讨它们在系统稳定性分析和频率响应分析中的应用。 随机信号理论: 引入随机变量与随机过程的概念,重点介绍平稳随机过程,如宽平稳和窄平稳,以及它们的自相关函数和功率谱密度。我们将分析噪声的特性,并探讨如何处理通信系统中的随机干扰。 第二篇:核心通信原理 模拟信号传输: 幅度调制(AM): 详细介绍标准AM、双边带抑制载波AM(DSB-SC)、单边带AM(SSB)以及残边带AM(VSB)。分析它们的调制原理、频谱特性、功率效率以及解调方法。 角度调制(FM/PM): 深入讲解调频(FM)和调相(PM)的原理,分析它们的调制指数、带宽需求以及解调技术,如比例检波、锁相环(PLL)解调等。我们将比较AM与FM的优缺点,特别是FM在抗噪声方面的优势。 数字信号传输: 基带传输: 介绍数字信号的基带传输模型,包括信号的脉冲成形、码型编码(如归零码、不归零码、曼彻斯特码等)以及接收端的匹配滤波和符号定时恢复。我们将重点分析码间串扰(ISI)的产生机理以及抑制方法,如升余弦滤波器。 带通传输(数字调制): 详细介绍各种数字调制方式,包括: 振幅键控(ASK): 单比特ASK、多比特ASK。 频率键控(FSK): 二进制FSK、多进制FSK。 相位键控(PSK): 二进制PSK(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、差分相移键控(DPSK)、M进制PSK。 正交振幅调制(QAM): 介绍QAM的原理,分析其星座图,以及如何结合ASK和PSK实现更高的数据传输速率。 调制解调器的设计考量: 讨论载波同步、符号同步、误码率(BER)分析以及信道均衡等关键技术。 多路复用技术: 频分复用(FDM): 介绍FDM的原理,如何在同一传输介质上利用不同频率的载波传输多个信号。 时分复用(TDM): 讲解TDM的原理,如何将传输时间划分为多个时隙,为不同信号提供服务。介绍同步TDM和异步TDM(STDM)。 码分复用(CDM): 探讨CDM的原理,利用正交编码序列在同一频率和时域上实现多个信号的独立传输,如扩频通信(CDMA)的基础。 正交频分复用(OFDM): 重点介绍OFDM技术,它通过将高速数据流分割成多个低速数据流,并在多个正交的子载波上传输,有效对抗多径衰落和码间串扰,是现代无线通信(如4G、5G)的关键技术。 第三篇:通信系统的性能与增强 噪声与干扰对通信系统的影响: 加性高斯白噪声(AWGN): 详细分析AWGN的统计特性,以及它在模拟和数字通信系统中引起的误码率和信噪比(SNR)下降。 其他干扰: 介绍不同类型的干扰,如交调失真、互调、带外辐射等,并分析它们对系统性能的影响。 纠错编码: 差错的产生与传播: 分析信道传输过程中可能出现的比特错误,并介绍错误发生的模型。 分组码: 深入讲解线性分组码,如Hamming码、卷积码,分析它们的编码和译码原理,以及纠错能力。 Turbo码与LDPC码: 介绍这些现代高性能纠错码,分析它们基于迭代译码的原理,以及在接近香农极限时的出色表现,是现代通信系统(如3G、4G、5G)和卫星通信的核心技术。 抗衰落技术: 多径传播与衰落: 解释无线信道中多径传播的机理,以及它引起的衰落现象(如瑞利衰落、莱斯衰落)。 分集技术: 介绍空间分集、频率分集、时间分集等多种分集技术,分析它们如何通过接收多个独立衰落的信号来提高系统的可靠性。 均衡技术: 讨论信道均衡的原理,包括线性均衡和非线性均衡,以及如何补偿多径效应引起的码间串扰。 交织技术: 介绍比特交织和符号交织,以及它们如何与纠错码配合,将突发错误转化为独立错误,提高纠错码的性能。 通信系统中的其他重要概念: 同步技术: 详细讨论载波同步和位同步(符号同步)的重要性,介绍各种同步方法的原理和实现,如锁相环、匹配滤波。 信息安全基础: 引入信息安全的基本概念,如保密性、完整性、可用性。简单介绍加密、解密、密钥管理等基本原理,为理解更复杂的安全通信协议打下基础。 第四篇:实际通信系统实例分析 蜂窝通信系统(以4G/5G为例): 核心网络与接入网: 介绍蜂窝通信系统的基本架构,包括核心网(EPC/5GC)和无线接入网(eNodeB/gNB)。 关键技术解析: 深入解析OFDM、MIMO(多输入多输出)、波束赋形、载波聚合、软件定义网络(SDN)与网络功能虚拟化(NFV)等在4G/5G中的应用。 信道模型与资源管理: 分析4G/5G的信道模型,以及上下行资源的分配和调度策略。 卫星通信系统: 卫星轨道与覆盖: 介绍不同轨道(LEO, MEO, GEO)卫星的特点及其覆盖范围。 信号传输与链路设计: 讨论卫星通信的链路预算、地面站设计、转发器原理,以及在恶劣环境下保证通信可靠性的技术。 无线局域网(Wi-Fi)与蓝牙: 标准与协议: 介绍Wi-Fi(IEEE 802.11系列)和蓝牙(IEEE 802.15.1)的标准,以及它们的工作原理。 MAC层设计: 分析CSMA/CA等介质访问控制(MAC)协议,以及它们在共享信道环境下的效率。 结语 《现代通信原理与实现》旨在为读者提供一个深入理解信息通信系统运作机制的全面视角。通过对信息论基础、信号特性、调制解调技术、多路复用、纠错编码、抗衰落方法以及典型通信系统实例的详细阐述,本书期望能够帮助读者掌握通信领域的核心知识,并为进一步研究和实践打下坚实的基础。本书内容严谨,逻辑清晰,适合通信工程、电子工程、计算机科学等相关专业的学生、研究人员以及工程师参考阅读。

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读后感

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用户评价

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这本《信号处理与软计算》的书籍,我拿到手的时候,就被它那厚实的装帧和严谨的封面设计所吸引。说实话,我一个非科班出身的爱好者,初衷是想找一本能系统梳理一下现代信号处理基础,同时又能触及到人工智能前沿应用的入门读物。然而,打开这本书后,我立刻意识到自己可能“想多了”。首先,它的理论深度远超我的预期,开篇对傅里叶分析、Z变换的阐述,已经用了相当多的数学推导,对于习惯了直观理解的我来说,每一步都需要反复揣摩,甚至要拿出高中时期的微积分课本重新温习。更让我感到吃力的是,书中对于“软计算”部分的介绍,似乎更偏向于理论模型和算法结构本身,例如神经网络的拓扑结构、模糊逻辑系统的构建规则等,讲解得极其细致,但对于如何将这些理论快速应用到实际的音频降噪、图像增强等具体场景中,着墨不多。这本书更像是一本扎实的工程参考手册,而不是一本面向大众读者的科普读物。我甚至觉得,如果想真正吃透书中的每一章,可能需要结合至少两三门相关的研究生课程教材才能达到理想的理解深度。对于那些已经在相关领域深耕多年的工程师或研究人员来说,这或许是一部宝典,但对我这样想“搭个便车”的自学者而言,门槛实在有点高,需要极大的毅力和时间投入才能啃下来。

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我花了整整一个周末的时间,试图领略一下这本《信号处理与软计算》的精髓,但说实话,收获是令人困惑的。这本书的结构给我一种非常分裂的感觉,仿佛是两个完全独立的专家,在各自的领域内撰写了上下两部内容,最后强行拼在了一起。信号处理的部分,行文流畅,逻辑清晰,各种经典滤波器、谱分析方法的推导过程清晰可见,读起来虽然专业,但至少脉络是连贯的,我甚至能想象出教授在课堂上讲解时的情景。然而,一旦进入到“软计算”的章节,画风骤变,讨论的主题一下子跳跃到了进化的计算、粒子群优化算法等,这些内容与前面严谨的线性系统理论之间,缺乏一个有效的“桥梁”或统一的视角来串联。我一直在寻找一个明确的论点,比如“软计算如何解决传统信号处理中无法解析的非线性或不确定性问题”,但书中更多的是对两种技术各自的详尽介绍。这让我在阅读时总有一种错位感,就好像在看一本优秀的《信号处理概论》后面,突然插进来一本《高级优化算法导论》,两者之间像是两个平行宇宙,各自精彩,却不相交汇,这让本书的整体阅读体验显得有些割裂和不够统一。

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作为一名长期从事硬件设计的小组组长,我购买《信号处理与软计算》的初衷,是希望它能提供一些关于如何利用现代智能算法来优化嵌入式系统中实时滤波的方案。坦白讲,这本书在提供“解决方案”这一层面上,做得相当保守和理论化。书中对数字信号处理(DSP)的经典算法,比如FIR/IIR滤波器的设计准则,有着非常详尽的数学证明,这些内容对于理解原理自然是无可替代的。但是,当我翻到涉及“软计算”的章节时,我期望看到的例如“如何将训练好的神经网络模型量化并部署到资源受限的DSP芯片上”或者“使用模糊逻辑控制器进行自适应增益调整的实际案例分析”,几乎没有出现。书中的讨论更偏向于算法的收敛性分析和性能界限的证明,这对于算法设计者固然重要,但对于我们这些需要快速将理论转化为产品功能的工程师来说,缺乏足够的“动手”指导。它更像是学术研究的基石,而非工程实践的工具箱。我们能从中学习到为什么某种算法有效,但它很少教我们如何高效、稳定地让它在真实世界中跑起来,这一点,对我来说是相当遗憾的。

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我对这本书的排版和印刷质量给予高度评价,纸张厚实,图表清晰,这在动辄需要反复查阅公式和波形图的技术书籍中是至关重要的体验。然而,内容上,我不得不指出其在案例选择上的保守性。书中对信号处理基础,如快速傅里叶变换(FFT)的推导,讲解得深入且权威,涉及的数学细节非常到位,确保了读者对原理的把握。但这些经典内容,在当前市场上几乎已是“标配”,许多免费的在线课程和开源资料也能提供类似的深度。真正让我期待的是,如何将这些硬核的信号处理技术与软计算的灵活性相结合,例如在非平稳信号处理中,如何利用深度学习模型来自动选择最佳的窗函数或变换域。遗憾的是,本书在讨论软计算时,其案例似乎停留在相对基础的模式识别或数据分类问题上,对于当前信号处理领域最为前沿的、处理极端噪声、缺失数据或高维复杂信号流的应用场景,探讨得不够深入和前瞻。感觉像是用一本扎实的上世纪末的教材,加上了几章近十年前的AI技术概述,整体的前沿感略有不足。

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这本书的作者展现了极高的学术素养,尤其是在对数学原理的驾驭能力上令人叹服。读到关于随机过程和最优滤波(如维纳滤波器)的章节时,那种层层递进、逻辑无懈可击的论证过程,让人心悦诚服。每一个公式的引入都有其严格的数学背景支撑,体现了作者深厚的功底。然而,这种极致的严谨性也带来了一个副作用:阅读的“门槛”被推得极高。很多关键概念的引入是直接给出的,缺乏足够的铺垫和直观的物理意义解释。例如,当书中首次提及某种特定形式的神经网络结构时,作者假定读者已经完全理解了其前身模型的所有特性,而没有花时间回顾或对比。这使得任何在相关领域知识有所遗忘的读者,都不得不频繁地暂停阅读,去查阅其他更基础的文献来弥补知识漏洞。因此,虽然这本书在理论深度上无疑是顶尖的,对于希望以最省力的方式快速掌握“信号处理与软计算”交叉应用的人群来说,它更像是一部“参考词典”或“深奥的理论补充读物”,而非一本可以轻松引导学习者攀登高峰的“登山向导”。

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