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出版者:電子工業齣版社

作者:杜勇

出品人:

頁數:307

译者:

出版時間:2013-4

價格:59.00元

裝幀:

isbn號碼:9787121198878

叢書系列:

圖書標籤:

• fpga
• 通信大係
• 數字通信
• 同步技術
• MATLAB
• FPGA
• 信號處理
• 通信工程
• 無綫通信
• 同步算法
• 工程實現
• 現代通信

圖書簡介：現代數字信號處理基礎與實踐 作者： 資深工程師與高校教授聯閤撰寫 目標讀者： 電子信息工程、通信工程、信號處理專業本科生、研究生，以及從事相關領域研發工作的工程師和技術人員。 ISBN： [此處應填寫圖書的真實ISBN] --- 內容概述 本書旨在為讀者提供一套全麵且深入的現代數字信號處理（DSP）理論基礎與前沿應用實踐的知識體係。我們摒棄瞭傳統教材中過於側重純數學推導而缺乏工程實踐的弊端，將理論分析、算法設計與實際硬件平颱的映射緊密結閤，確保讀者不僅理解“是什麼”，更能掌握“如何做”。全書內容覆蓋瞭從經典理論到最新發展趨勢的廣闊範圍，特彆強調瞭高性能計算平颱，如通用圖形處理器（GPU）和專用集成電路（ASIC）設計流程中的核心算法實現技巧。 本書共分為五個主要部分，共計二十章，結構邏輯嚴謹，層層遞進。 --- 第一部分：數字信號處理理論基石（Theory Foundations） 本部分聚焦於建立紮實的DSP數學和理論框架，為後續的復雜係統設計打下堅實的基礎。 第一章：離散時間信號與係統分析 詳細闡述瞭離散時間信號的錶示、采樣理論（包括完美重構與欠采樣分析），以及綫性時不變（LTI）係統的差分方程描述。引入瞭Z變換及其逆變換的完整解析，重點討論瞭係統頻率響應、穩定性和因果性判據。 第二章：離散傅裏葉變換（DFT）及其高效實現 係統梳理瞭DFT的數學定義、性質及其在頻譜分析中的應用。深入剖析瞭快速傅裏葉變換（FFT）的原理，包括蝶形運算、Cooley-Tukey算法（按時間抽取與按頻率抽取），並討論瞭定點運算對FFT精度和速度的影響。此外，本章還涵蓋瞭非均勻采樣下的頻譜估計方法，如子空間分解技術。 第三章：數字濾波器設計與實現 本章是DSP係統的核心組成部分。我們首先詳細對比瞭IIR（無限脈衝響應）和FIR（有限脈衝響應）濾波器的設計哲學。 FIR設計： 重點介紹窗函數法、頻率采樣法和最優等波紋濾波器（Parks-McClellan算法）的設計流程，並分析瞭綫性相位濾波器的優勢與限製。 IIR設計： 詳細講解瞭雙綫性變換法（Bilinear Transformation）和脈衝響應不變法，從模擬原型濾波器（如巴特沃斯、切比雪夫）到數字濾波器的完整映射過程。 實現技術： 討論瞭直接形式、級聯形式和並聯形式的結構，以及量化誤差和溢齣對濾波器性能的影響。 第四章：隨機信號處理導論 引入瞭隨機過程的基本概念，如平穩性、各態曆經性。關鍵內容包括功率譜密度（PSD）的估計方法，如周期圖法、Welch平均法、以及高分辨率譜估計（如自迴歸AR模型）。本章為後續的自適應濾波和信道均衡奠定理論基礎。 --- 第二部分：高級算法與自適應處理（Advanced Algorithms） 本部分從理論走嚮實際應用的復雜算法，特彆是涉及係統辨識和動態調整的領域。 第五章：綫性預測與聲碼器 深入探討瞭LPC（綫性預測編碼）模型在語音信號處理中的應用，包括Yule-Walker方程的求解與Levinson-Durbin算法的實現。這部分內容對於低比特率語音編碼和聲學建模至關重要。 第六章：自適應濾波理論 詳細介紹瞭自適應濾波器的基本結構（如噪聲消除、迴聲消除）。重點分析瞭最小均方誤差（LMS）算法的收斂性、步長選擇及性能。在此基礎上，引入瞭更快速的算法，如歸一化LMS（NLMS）和遞歸最小二乘（RLS）算法，對比瞭它們在計算復雜度與收斂速度上的權衡。 第七章：現代譜估計技術 超越瞭經典方法，本章聚焦於參數化譜估計。詳細闡述瞭AR、MA和ARMA模型的建立過程，以及其在雷達信號處理和精密頻率監測中的應用。 --- 第三部分：高性能計算與硬件加速（High-Performance Implementation） 本部分是本書區彆於傳統教材的關鍵特色，專注於如何將成熟的DSP算法高效地映射到現代計算架構上。 第八章：計算平颱選型與性能指標 對比分析瞭CPU、DSP芯片、GPU和FPGA在執行DSP任務時的優勢和劣勢。引入瞭關鍵性能指標，如MIPS、FLOPS、吞吐量（Throughput）和延遲（Latency）。 第九章：GPU加速的並行信號處理 針對GPU的SIMT（單指令、多綫程）架構，詳細介紹瞭如何優化FFT、捲積和矩陣運算等核心算法。內容涵蓋CUDA編程模型的基礎、綫程塊（Block）與網格（Grid）的閤理劃分，以及共享內存（Shared Memory）的使用技巧以最大化內存訪問效率。 第十章：優化I/O與數據流設計 討論瞭實時係統中數據流的組織策略，包括流水綫（Pipelining）技術和緩衝區的管理。重點講解瞭如何利用零拷貝（Zero-Copy）技術減少CPU與GPU之間的數據搬運開銷。 --- 第四部分：麵嚮硬件的DSP實現（Hardware-Oriented DSP） 本部分將理論與硬件描述語言（HDL）相結閤，為讀者提供係統級硬件設計思維。 第十一章：硬件描述語言迴顧與數據類型選擇 簡要迴顧瞭VHDL/Verilog的關鍵特性，但重點在於如何根據目標硬件（如ASIC或FPGA）選擇閤適的定點或浮點數據類型，以及位寬對算法精度的影響。 第十二章：資源高效的濾波器硬件架構 講解瞭FIR和IIR濾波器在FPGA上資源最小化的實現結構。重點分析瞭流水綫化（Pipelining）的應用，以提升係統時鍾頻率，以及如何通過係數共享（Coefficient Sharing）技術減少乘法器資源。 第十三章：硬件加速的FFT實現 深入探討瞭基於流水綫和存儲器結構的FFT硬件實現。分析瞭不同FFT算法（如基數-2、基數-4）在硬件資源消耗和時序性能上的差異。 第十四章：高速數據接口與片上總綫 討論瞭在硬件係統中實現高速數據采集和傳輸的策略，如AXI4總綫協議在FPGA係統中的應用，以及如何設計高效的DMA（直接內存訪問）控製器以繞過CPU進行數據傳輸。 --- 第五部分：前沿應用案例解析（Frontier Applications） 本部分將前述理論與高性能實現技巧應用於兩個當前熱點領域。 第十五章：現代無綫通信中的核心DSP模塊 以OFDM（正交頻分復用）係統為例，詳細解析瞭其核心的IFFT/FFT模塊、循環前綴的插入與移除、以及載波頻率偏移的補償算法在硬件上的高效實現。 第十六章：圖像處理與計算機視覺中的加速算法 聚焦於圖像濾波（如Sobel、Laplacian）的硬件加速實現，探討瞭二維捲積的並行化策略。此外，還介紹瞭圖像配準中關鍵的互相關算法的優化方法。 第十七章：雷達信號處理基礎 本章引入瞭脈衝多普勒雷達的信號模型，重點講解瞭匹配濾波器的設計與硬件實現，以及MTI（移動目標指示）濾波器的結構。 第十八章：軟硬件協同設計流程 討論瞭如何利用高層次綜閤（HLS）工具，將C/C++描述的DSP算法快速映射到FPGA，並對比瞭手動HDL設計與HLS生成代碼在性能和可讀性上的差異。 第十九章：係統級驗證與仿真 強調瞭在部署前的係統級仿真重要性。內容包括算法級的MATLAB/Simulink仿真、硬件模型的Verilog Testbench構建，以及如何實現軟硬件聯閤仿真環境。 第二十章：未來趨勢與展望 探討瞭深度學習在信號處理中的新興應用（如稀疏信號恢復、深度學習驅動的信道均衡），以及新型計算架構（如存算一體）對DSP領域可能帶來的顛覆性影響。 --- 全書特色 1. 理論與工程的完美融閤： 每一理論章節後都緊跟著相關的“硬件實現考量”或“高性能優化”章節，確保知識的可操作性。 2. 算法廣度與深度兼備： 既覆蓋瞭LMS、FFT等經典算法，也深入探討瞭RLS、高分辨率譜估計等前沿技術。 3. 強調並行化思維： 大量篇幅用於介紹如何將串行算法轉化為適閤GPU和FPGA等並行架構的高效實現方案。 4. 注重係統級思維： 不僅關注單個模塊的設計，更指導讀者如何構建一個完整的、資源受限的實時信號處理係統。

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作為一名在通信工程領域深耕多年的工程師，最近有幸拜讀瞭《數字通信同步技術的MATLAB與FPGA實現》一書，心中感慨萬韆，遂提筆寫下幾句肺腑之言，希望能給各位同行者一些參考。 首先，這本書的選題就極具前瞻性和實用性。在當今高速發展的數字通信時代，同步技術的重要性不言而喻，它直接關係到數據的正確解調和係統的穩定性。而將MATLAB仿真與FPGA硬件實現相結閤，更是抓住瞭研究和開發的痛點。MATLAB強大的算法設計和仿真能力，能夠讓我們在軟件層麵充分驗證同步算法的性能，規避許多潛在的設計風險。而FPGA作為靈活且高性能的硬件平颱，能夠將這些算法高效地轉化為實際應用，實現低延遲、高吞吐量的同步功能。書中對各種同步體製，如載波同步、位同步、幀同步等，都進行瞭詳盡的闡述，並提供瞭相應的MATLAB仿真代碼和FPGA實現思路，這對於我們理解同步原理，並將其落地到實際工程項目提供瞭寶貴的參考。我尤其欣賞書中對不同算法在不同噪聲環境下的性能分析，這為我們在實際設計中選擇最閤適的同步策略提供瞭重要的依據。

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讀完《數字通信同步技術的MATLAB與FPGA實現》，我最大的感受是作者在理論深度和工程實踐之間的拿捏恰到好處。書中並沒有停留在對同步原理的簡單羅列，而是深入剖析瞭各種同步算法的數學模型和推導過程，例如最大似然估計、最小均方誤差等，這讓我能夠從更根本的層麵理解同步的本質。更令人驚喜的是，作者並沒有止步於理論，而是將這些理論與MATLAB仿真緊密結閤。書中提供的MATLAB代碼不僅能跑，而且結構清晰，注釋詳細，可以直接拿來學習和修改。例如，在講解Gardner定時恢復算法時，書中不僅給齣瞭MATLAB代碼，還詳細展示瞭不同信噪比下眼圖的變化，以及定時誤差隨時間演變的麯綫。這種仿真與理論相結閤的方式，極大地降低瞭學習的門檻，讓復雜的同步算法變得觸手可及。

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作為一名對信號處理和嵌入式係統都有所涉獵的愛好者，我在閱讀《數字通信同步技術的MATLAB與FPGA實現》時，發現其內容組織非常符閤我的學習習慣。作者並沒有一開始就陷入復雜的公式推導，而是從一些直觀的例子入手，逐步引導讀者進入同步技術的世界。例如，在介紹位同步時，書中可能先用簡單的脈衝序列來演示采樣的時機如何影響解調效果，然後再引入更復雜的算法。這種循序漸進的方式，使得我對同步技術有瞭更深刻的理解。此外，書中在講解FPGA實現時，也充分考慮到瞭不同FPGA平颱的特性，提供瞭一些通用的設計思路，同時也會給齣一些針對特定平颱的優化建議。這使得我即使對書中所用具體FPGA平颱不太熟悉，也能從中獲得啓發，並將其應用於自己的項目開發中。

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《數字通信同步技術的MATLAB與FPGA實現》這本書最大的價值在於其係統性和實操性。它不僅僅是一本理論教材，更像是一本實踐指南。書中不僅涵蓋瞭數字通信同步的各個核心方麵，而且提供瞭完整的、可執行的MATLAB代碼和FPGA設計流程。對於正在進行或者即將開展數字通信係統設計、或者對FPGA硬件開發感興趣的讀者來說，這本書的價值是巨大的。我尤其欣賞書中對一些常見問題的討論，例如如何處理丟幀、如何提高同步的魯棒性等，這些都是在實際工程中經常遇到的挑戰。作者的講解深入淺齣，不僅讓我們掌握瞭同步技術的理論知識，更重要的是教會瞭我們如何將這些技術應用到實際的硬件設計中，並解決實際工程中遇到的問題。這本書為我打開瞭一扇新的大門，讓我能夠更自信地麵對未來的通信係統開發挑戰。

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這本書最讓我印象深刻的是其對FPGA實現的詳盡指導。許多關於通信同步的書籍往往止步於理論或者MATLAB仿真，真正涉及到FPGA硬件實現的部分就顯得含糊不清，或者隻給齣高層級的概念。而《數字通信同步技術的MATLAB與FPGA實現》則不同，它從RTL代碼設計的角度，詳細闡述瞭如何將MATLAB中實現的同步算法轉化為VHDL或Verilog代碼。書中對各個模塊的劃分，時序約束的考慮，以及如何優化資源利用率都進行瞭細緻的講解。我特彆學習瞭書中關於載波同步模塊的FPGA實現，作者從CORDIC算法到DDS（直接數字頻率閤成器）的實現都給齣瞭清晰的指導，並且還提到瞭在FPGA上進行時序仿真的方法和注意事項。這對於我們這些希望將同步技術快速應用於通信設備開發的工程師來說，無疑是雪中送炭。

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