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出版者:电子科大

作者:邱昆，王晟，邱琪

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:29.5

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isbn号码:9787810947978

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• 光学
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• 光电子学
• 通信工程
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• 光通信原理

《数字信号处理与应用》 内容简介 本书旨在全面而深入地探讨数字信号处理（DSP）的理论基础、核心算法及其在现代工程实践中的广泛应用。全书结构清晰，从最基础的离散时间信号与系统理论出发，逐步过渡到高级的滤波设计、快速傅里叶变换（FFT）及其在通信、图像处理、语音识别等前沿领域的具体实现。 第一部分：基础理论与离散系统分析 本书的开篇章节致力于夯实读者对数字信号处理的理论基石。我们首先详细阐述了连续时间信号到离散时间信号的采样过程，重点分析了采样定理的严格推导及其在实际应用中可能导致的混叠现象和抗混叠滤波器的设计原则。 随后，本书深入介绍了离散时间信号与系统的数学描述。我们通过差分方程的形式完整构建了线性时不变（LTI）系统的概念，并利用卷积和叠加原理来分析系统的瞬态响应和稳态响应。与传统的时域分析不同，本书强调了Z变换在系统分析中的核心地位。Z变换作为离散系统的拉普拉斯变换的对应工具，被用于系统函数的推导、因果性和稳定性的判定。我们详细讲解了Z平面上的零点和极点分布如何直接决定系统的动态特性，并辅以大量实例说明如何利用部分分式展开法求解系统的冲激响应。 第二部分：离散时间系统的设计与实现 在掌握了系统分析工具后，本书转向了数字滤波器的设计与实现，这是DSP技术应用的核心环节。 I. 滤波器分类与性能指标：我们首先明确了FIR（有限脉冲响应）和IIR（无限脉冲响应）滤波器的基本区别、优缺点及各自的应用场景。性能指标如通带截止频率、阻带衰减、过渡带宽度、群延迟特性等被清晰界定。 II. FIR 滤波器设计：FIR滤波器因其严格的线性相位特性，在对信号相位敏感的应用中至关重要。本书系统介绍了窗函数法（包括矩形窗、汉宁窗、汉明窗、布莱克曼窗等）的设计原理和应用技巧，并详细讲解了频率采样法和等波纹优化法（Parks-McClellan算法），后者被认为是设计最优FIR滤波器的标准方法。 III. IIR 滤波器设计：IIR滤波器以其较高的频率选择性（较低的阶数）著称。我们重点剖析了双线性变换法（Bilinear Transformation），这是一种将连续时间滤波器（如Butterworth、Chebyshev I/II型、椭圆滤波器）的模拟原型精确映射到离散时间系统的关键技术。书中对不同模拟原型滤波器的幅频特性进行了对比分析，指导读者根据具体需求选择最合适的滤波器结构。 IV. 滤波器结构与量化效应：滤波器的实际硬件实现需要考虑计算效率和数值稳定性。本书详细比较了直接型、级联型和并联型三种基本实现结构。更进一步，我们深入探讨了定点运算带来的量化噪声和溢出问题，讲解了有限精度对滤波器性能的影响，并引入了舍入噪声的统计模型分析，为嵌入式系统中的DSP实现提供理论指导。 第三部分：频域分析与快速变换 时域分析和系统设计为频域分析奠定了基础。本部分的核心在于傅里叶分析在离散系统中的应用。 I. 离散傅里叶变换（DFT）：DFT被定义为周期延拓的离散时间信号的频谱表示。我们详细推导了DFT的性质，并着重分析了其计算复杂度$mathcal{O}(N^2)$带来的瓶颈。 II. 快速傅里叶变换（FFT）：为解决DFT的计算效率问题，本书全面介绍了FFT算法。重点剖析了蝶形运算单元的概念，并详细讲解了最常用的基-2 DIT（按时间抽取）和基-2 DIF（按频率抽取）算法的流程，包括蝶形运算图的绘制和数据重排（Bit-Reversal）的实现细节。同时，本书也涵盖了对非2的N次方的序列长度如何通过零填充或使用Goertzel算法进行高效频谱分析的讨论。 III. 谱分析技术：DFT/FFT提供了对信号瞬时频率内容的洞察力，但受限于有限的观测窗口，存在谱泄漏问题。本书详细阐述了谱泄漏的成因，并对比了多种谱分析方法，包括参数化谱估计（如AR模型）和非参数化谱估计（如周期图法、Welch平均法），指导读者选择合适的窗函数和平均策略以获得更精确的频谱估计。 第四部分：高级主题与应用实例 本书的最后部分将理论知识提升到应用层面，涵盖了现代信号处理领域的热点和难点。 I. 随机信号处理基础：引入随机过程的概念，描述了自相关函数和功率谱密度（PSD）在描述随机信号特性中的作用。重点讲解了维纳-霍夫方程及其在最优线性滤波（如维纳滤波器）设计中的应用，该滤波器用于最小化均方误差。 II. 自适应滤波：相较于传统滤波器，自适应滤波器能够根据环境变化自动调整其系数。本书详细介绍了最小均方（LMS）算法的工作原理，包括误差信号的产生、梯度估计和权值更新规则。LMS算法在噪声消除、回声消除和信道均衡等自适应系统中具有里程碑意义。 III. 多相子空间分解与小波分析：在信号去噪和特征提取方面，本书引入了超越传统傅里叶分析的方法。小波变换（WT）被系统介绍，对比了连续小波变换（CWT）和离散小波变换（DWT）的优劣。我们探讨了小波在非平稳信号分析和信号压缩中的应用，包括阈值去噪和小波包分解。 IV. DSP在现代系统中的集成：本书最后通过具体的工程案例，展示了DSP理论如何指导实际系统设计： 1. 通信系统：如何使用数字均衡器（基于LMS）解决多径衰落信道带来的码间串扰（ISI）。 2. 图像处理：二维DFT在图像滤波、去模糊和边缘增强中的应用。 3. 语音处理：线性预测编码（LPC）在语音压缩中的原理，以及基于FFT的短时傅里叶变换（STFT）在语音特征提取中的地位。 本书内容全面，理论严谨，既可作为高等院校电子信息工程、通信工程、自动化等专业本科生和研究生的教材或参考书，也适合从事嵌入式系统、雷达、声学处理等领域的工程师深入学习和实践。全书配备了丰富的习题和MATLAB/Python仿真示例，旨在培养读者扎实的理论功底和强大的工程实现能力。

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这本书的结构非常**“古典”**，它似乎是根据**光通信领域的发展时间线**来组织内容的，从早期的**多模光纤的模间串扰**讲起，逐步过渡到现在的**超大有效面积单模光纤**。这种纵深感非常强，能清晰地看到技术是如何一步步演进的。我特别喜欢作者在讨论**色散补偿技术**时，那种对**啁啾光纤光栅（FBG）**和**手动补偿模块（MCM）**优劣势的详细对比，这种对比分析非常有启发性，让我对不同技术选型的历史背景有了更深刻的理解。然而，这种对历史的尊重也带来了与**“当下热点”的脱节**。比如，书中对**量子密钥分发（QKD）**的介绍，还停留在基于**BB84协议的理论模型**演示阶段，完全没有涉及目前业界正在积极部署的**商用 QKD 系统的集成挑战**，如**纠错编码的实时性**或**光纤接入网中 QKD 的兼容性**等实际问题。对我而言，我更期待看到的是如何在**现有 400G/800G 部署中平滑引入新技术的路线图**，但这本书更像是在**为后人留下一份详尽的“光通信物理定律的莎草纸”**，而非一份“快速部署指南”。

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这本书的叙事风格，我只能用**“教科书式的冷峻”**来形容。它几乎没有使用任何比喻或者类比来解释复杂的物理现象，一切都基于**严密的数学推导和实验数据支撑**。我尝试着从**网络运维和故障诊断**的角度去寻找实用价值，例如，如何根据**光功率衰减曲线的非线性特征**快速定位**光纤熔接点的质量问题**。很遗憾，这类实操性极强的案例分析在书中几乎找不到踪影。相反，大量的篇幅被用于解析**相干检测技术中的本振光锁定机制**，以及**概率星座整形（PCS）算法的最优化**。这些内容固然重要，但对于一个刚刚接触这个领域的初学者来说，未免过于抽象和超前了。更让我感到一丝“被冷落”的是，书中对**自由空间光通信（FSO）**与光纤通信的交叉领域探讨极其有限，仅仅在一章的末尾草草提及了**大气湍流对信号的影响**，对于当前新兴的**空地一体化网络**的热点缺乏跟进。总而言之，这本书是为那些已经掌握了基础光学和通信理论，准备向**“光通信最前沿的理论瓶颈”**发起冲击的读者准备的，普通人阅读的痛苦指数相当高。

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读完这本书，我的第一感觉是：**学术的殿堂果然是高冷的。** 这本《光纤通信系统》的作者显然是位学术泰斗，他对**非线性光学效应**的把握简直是炉火纯青。我特别欣赏他对于**拉曼散射和四波混频**如何在高速率系统中共存并相互影响的论述，那段关于**阈值功率与信噪比动态变化**的推导，逻辑清晰得让人拍案叫绝。然而，这种极致的专业性也带来了阅读上的障碍。我必须承认，很多章节我都是**“跳着看”**的，因为一旦涉及到**布里渊散射的动态光谱分析**，我就得频繁地查阅辅助的电磁学和偏微分方程的背景知识。这本书的排版也很有特点，几乎每一页都有密集的公式，没有太多留白给读者喘息。我本以为能从中找到一些关于**面向物联网（IoT）的低功耗、低成本光模块设计趋势**的介绍，结果发现全书的视角都聚焦在**百 G 乃至千 G 级别的骨干网络**，那种面向海量低带宽节点的**功耗预算模型**几乎是空白。总而言之，它更像是一本**“光纤通信物理层原理的百科全书”**，而非一本面向现代系统集成的参考手册，适合在安静的图书馆里，伴着浓郁的咖啡香，进行长达数月的“内功修炼”。

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这本书，坦率地说，是本**“时间杀手”**。我以为我能啃完它，但事实证明，我的书架又多了一本“精神食粮”——光是理解开篇关于**量子纠缠在信息传输中的理论极限**那几页，我就用了我一个周末的下午。作者似乎有一种魔力，能把本该简洁明了的物理概念，用一种极其严谨到令人发指的数学语言包裹起来。我承认，里面的图表绘制得非常专业，尤其是那些**二维傅里叶变换在模式色散抑制中的应用示意图**，简直像是艺术品。但是，作为一名主要关注**网络架构优化**的应用型工程师，我翻阅了大量关于**IP over DWDM**的章节，发现这部分内容大多停留在原理层面，缺乏实际部署中可能遇到的**光电转换延迟的实时补偿算法**的深入探讨。更让我感到挫败的是，当我想查找一些关于**下一代硅光子集成技术**的商业化进展时，几乎找不到直接的论述，内容大多聚焦于更基础的**半导体激光器的腔模选择机制**。这本书的深度毋庸置疑，它绝对是给那些志在攀登理论珠穆朗玛峰的学者准备的，但对于我这种需要快速解决现场问题的“实干家”来说，它更像是一部晦涩难懂的“武林秘籍”，我恐怕得先找个能“翻译”这些招式的师傅才行。

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初次翻开这本书，我被其**信息密度的压倒性优势**所震撼。它不是一本旨在“教你如何做”的书，而是**“告诉你这一切是如何工作的”**的深度剖析集。例如，它对**高阶非线性效应的克制与利用**进行了多达几十页的详细建模，这对于理解**超高速率下信号的能量管理**至关重要。但是，这种密度让我阅读的**“心流体验”**非常脆弱，任何一个分心都可能导致需要回溯好几页才能重新跟上思路。我一直在寻找一些关于**光纤到户（FTTH）网络中，PON 架构的未来演进**的讨论，尤其是**XGS-PON 或 NG-PON2 的部署瓶颈**，例如**OLT 侧的资源调度和MAC层开销的优化**。然而，这类偏向于**接入网的“下沉式”技术细节**在书中被一笔带过，主要的火力都集中在**海底光缆系统和长途干线**的极限性能挖掘上。这本书的价值无疑是巨大的，它是一座**理论的堡垒**，但对于渴望在**城域网或接入网领域寻找即时技术突破**的读者来说，可能需要搭配一本更侧重于**网络工程和协议实现**的配套读物，否则，你会感觉自己掌握了发动机的所有原理，却不知道如何把钥匙插进点火器。

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