Multirate Signal Processing for Communication Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Prentice Hall

作者:Fredric J. Harris

出品人:

页数:496

译者:

出版时间:2004-5-24

价格:USD 110.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780131465114

丛书系列:

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数字信号处理的基石：从理论到实践的演进 数字信号处理（DSP）是现代通信、音频、图像、视频处理等众多尖端技术的核心驱动力。它赋予我们操纵和分析数字信号的能力，从而实现信息的高效传输、存储和理解。本书并非聚焦于某特定领域的细分技术，而是深入探讨数字信号处理这一学科本身的演进历程、核心理论以及在不同应用场景中的普适性方法。我们将从最基础的信号采样理论出发，逐步构建起一个完整的信号处理知识体系。 第一章：信号的数字化之旅——采样与量化 任何模拟信号都需要经过采样和量化才能转化为计算机能够处理的数字信号。本章将详尽阐述奈奎斯特定理，解释为什么采样频率必须大于信号最高频率的两倍才能避免混叠失真。我们将探讨不同的采样技术，如均匀采样、非均匀采样以及过采样和欠采样，并分析它们各自的优缺点及适用场景。 量化是连续幅度信号离散化的过程。本章将详细介绍均匀量化和非均匀量化（如μ律和A律），分析量化误差的来源和影响，以及如何通过增加量化比特数来减小误差。此外，我们还会讨论量化器的设计原则以及量化噪声的统计特性，为后续的信号处理奠定基础。 第二章：离散时间信号与系统——傅里叶分析的基石 理解离散时间信号的频谱特性是进行有效处理的前提。本章将介绍离散时间傅里叶变换（DTFT），它是连续时间傅里叶变换在离散时间域上的对应，能够揭示离散信号的频率成分。我们还将深入讲解离散傅里叶变换（DFT）及其快速傅里叶变换（FFT）算法，强调FFT在实际应用中的高效性，并探讨其在信号分析、滤波和系统识别中的关键作用。 系统是信号处理的核心。本章将详细介绍线性时不变（LTI）系统的概念，这是信号处理中最重要的一类系统。我们将探讨卷积运算在LTI系统中的地位，以及如何利用脉冲响应来完全描述一个LTI系统。此外，我们还会引入Z变换，作为拉普拉斯变换在离散时间系统分析中的推广，它能够方便地分析系统的稳定性、频率响应和相频响应。 第三章：滤波器的设计与实现——塑造信号的频率特性 滤波器是数字信号处理中最基本也最重要的工具之一，它允许我们选择性地保留或抑制信号的特定频率成分。本章将全面介绍数字滤波器的分类，包括无限脉冲响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器。 对于IIR滤波器，我们将探讨巴特沃斯、切比雪夫和椭圆滤波器等经典设计方法，分析它们的幅频特性和相频特性，以及在设计中的权衡。对于FIR滤波器，我们将重点介绍窗函数法和频率采样法，并详细讲解Parks-McClellan算法等优化设计方法，以获得更优越的性能。 此外，本章还将讨论滤波器的实现结构，如直接型、级联型和并联型结构，分析它们的计算复杂度、舍入误差和稳定性。我们还会探讨滤波器在实际应用中的各种挑战，例如量化效应对滤波器性能的影响，以及如何采取措施来减小这些影响。 第四章：自适应信号处理——动态适应变化的环境 现实世界中的许多信号源和传播信道都可能随时间而变化，传统的固定参数信号处理方法难以胜任。本章将聚焦于自适应信号处理，介绍其基本原理和核心算法。 我们将深入讲解最小均方（LMS）算法及其变种，如归一化LMS（NLMS）和泄漏LMS（LLMS），分析它们的收敛速度、均方误差和计算复杂度。此外，我们还会介绍递归最小二乘（RLS）算法，它在某些情况下能够提供更快的收敛速度。 自适应信号处理的应用场景极为广泛，本章将通过具体案例进行阐述，例如自适应均衡器在通信信道补偿中的作用，自适应滤波器在噪声消除和回声消除中的强大能力，以及自适应均衡技术在音频和生物信号处理中的应用。 第五章：多维信号处理——从一维到更高维度 许多信号并非仅仅是一维的时间序列，而是存在于二维、三维甚至更高维度空间中，例如图像、视频信号等。本章将探讨多维信号处理的基本概念和技术。 我们将介绍二维离散傅里叶变换（2D-DFT）及其快速算法，以及二维卷积在图像处理中的应用。此外，我们还会讨论二维滤波器设计，包括二维FIR和IIR滤波器的设计方法，以及它们在图像平滑、边缘检测和特征提取中的应用。 本章还将涉及多维信号的压缩技术，例如离散余弦变换（DCT）和离散小波变换（DWT），以及它们在图像和视频编码标准中的应用。我们还会简要介绍多通道信号处理的一些概念，为理解更复杂的信号处理场景打下基础。 第六章：信号处理在通信系统中的普适性应用（非特定系统） 尽管本书不专注于某个具体的通信系统，但数字信号处理是所有现代通信系统得以实现的根本。本章将从普适性的角度，探讨数字信号处理在各类通信场景中的关键作用，而不局限于任何特定的协议或技术。 我们将讨论采样和量化在模拟信号转换为数字信号的基础性作用，以及如何通过数字滤波器对基带信号进行整形和限制，以满足传输的要求。频谱分析和利用FFT在通信信号的调制解调、频率规划和干扰分析中的重要性也将被强调。 此外，本章还会探讨一些通用技术，如抽样率转换（改变信号的采样率）在不同速率系统接口适配中的作用，以及在处理不同速率信号时可能遇到的挑战。我们还会介绍一些基本信号处理工具，如功率谱密度估计，在分析通信信号质量和识别干扰源方面的应用。 本书旨在为读者提供一个坚实的数字信号处理理论基础，并引导读者理解这些理论如何在不同领域中得到应用。通过对信号的数字化、时域与频域分析、滤波设计、自适应处理以及多维信号处理的深入探讨，读者将能够更好地理解和掌握数字信号处理的强大能力，并将其运用于解决各种实际工程问题。

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这本书的写作风格偏向于一种严谨的教科书模式，对于术语的定义精确无误，力求在每一个技术点上都做到滴水不漏。我尤其欣赏它在深入探讨特定算法时所展现的细致入微。例如，在讨论自适应均衡器（Adaptive Equalizer）的部分，作者并没有满足于仅仅介绍标准的最小均方（LMS）算法，而是花了大篇幅去比较不同收敛因子（步长参数）对系统稳定性和收敛速度的影响，甚至涉及到了次梯度优化法的初步概念。这种深度挖掘使人感觉作者对该领域的理解是多维且立体的，绝非表面功夫。书中对相关数学工具的引入也处理得非常到位，例如傅里叶变换、Z变换等，它们不是孤立存在的知识点，而是被无缝地嵌入到信号处理的流程中，作为解决特定问题的“工具箱”。对于已经有一定DSP基础的读者来说，这本书更像是一本“深化理解和拓展视野”的参考书，它能帮你把原本零散的知识点串联起来，形成一个完整的、面向通信场景的分析框架。阅读过程中，我多次停下来，对照着自己过往的工程经验，反思自己过去处理问题的方法是否可以因此得到优化和改进。

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这本书在对现代通信系统前沿课题的覆盖上显得尤为及时和前瞻。虽然它立足于基础的信号处理原理，但作者巧妙地将这些原理延伸到了诸如软件定义无线电（SDR）和认知无线电（CR）等需要灵活配置采样率和带宽的场景。书中对欠采样（Undersampling）和带通采样（Bandpass Sampling）的论述，结合了实际的ADC/DAC性能限制，这在很多传统教材中是看不到的。我特别喜欢作者在讨论功率谱密度（PSD）估计时，不仅介绍了经典的方法如周期图法，还对比了更先进的重叠加窗平均法（Welch's method），并分析了它们在处理非平稳信号时的优劣。这表明作者编写此书的出发点，是面向那些需要在性能和计算复杂度之间做出权衡的工程师。阅读这本书，就像是跟随一位经验丰富的导师，一步步地将理论知识转化为能够应对真实世界复杂度和限制的实用技术。对于研究生阶段需要进行通信系统建模和仿真的学生来说，这本书提供的理论基础和应用视角是无可替代的宝贵资源。

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这本书的封面设计简洁大气，黑白灰的主色调透露出一种严谨和专业的氛围，非常符合它所涵盖的主题。初次翻阅时，我注意到目录结构清晰，章节安排逻辑性强，从基础的采样理论到复杂的数字滤波器设计，再到通信系统中的具体应用，循序渐进，构建了一个扎实的知识体系。作者在介绍一些核心概念时，常常会穿插一些经典的例子，这些例子不仅帮助理解抽象的数学原理，更重要的是，它们清晰地展示了理论在实际工程中的落地方式。比如，在讲解混叠现象时，书中不仅仅停留在理论层面，而是通过对不同采样率下信号重构的模拟，直观地展示了误判的后果。对于初学者来说，这种“理论+实例”的教学方式无疑是极大的福音，能有效降低入门的门槛，避免陷入纯粹的公式推导而迷失方向。此外，书中对数学推导的详略安排也颇为考究，对于基础性、支撑性的推导会给出完整的步骤，而对于一些衍生或次要的推导则会用更精炼的方式呈现，保留了阅读的流畅性。总体而言，这本书在内容组织和教学方法上，展现了作者深厚的学术功底和出色的教学驾驭能力。

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令人印象深刻的是，这本书在处理离散时间系统和连续时间系统之间的桥接工作上做得非常出色。它没有将两者割裂开来，而是始终强调采样、量化、重构这三个关键步骤如何影响最终的信号质量和系统性能。例如，在讨论脉冲整形（Pulse Shaping）时，书中详尽地分析了升余弦滤波器（Raised Cosine Filter）的特性，解释了它如何在保证时域无码间串扰的同时，对频域的带外辐射进行控制，并清晰地指出了不同滚降系数（Roll-off Factor）对传输效率和接收机复杂度的权衡。作者在描述这些滤波器的设计时，非常注重时域卷积与频域乘积之间的对偶关系，这种统一的视角帮助我更好地理解了滤波器设计的本质。读完后，我对数字基带信号处理流程中的每一个环节都有了一个更深刻、更连贯的认识，不再是将各个模块孤立地看待。这本书成功地将信号处理的数学严谨性、通信系统的工程需求以及现代实现的效率考量，融汇成一个自洽而强大的知识体系，是任何想深入理解现代通信物理层的人士的必备良书。

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从排版和图示来看，这本书的专业性毋庸置疑。图表的质量非常高，线条清晰，标注明确，这在很多理工科教材中是常常被忽视的细节。在阐述诸如多相滤波（Polyphase Filtering）或抽取/插值滤波器结构时，书籍中的框图描绘得极为准确，每一个延迟单元、每一个乘法器、每一个求和点的位置都清晰可见，极大地帮助我构建了信号流图（Signal Flow Graph）的立体印象。更值得称道的是，作者似乎非常注重对“为什么”而不是仅仅“是什么”的解释。例如，在引入正交镜像滤波器组（Quadrature Mirror Filters, QMF）时，书中不仅展示了其结构，还详细论述了为什么需要精确的重建条件（Perfect Reconstruction Condition），以及如何通过选择合适的分析/合成滤波器来满足这一条件，从而避免信号丢失或失真。这种对设计约束和优化目标的深入探讨，使得这本书不仅仅是知识的罗列，更像是一份系统工程的设计指南。我发现自己经常会去翻阅那些关于噪声塑形（Noise Shaping）和量化误差分析的章节，因为它揭示了数字实现的根本限制和工程妥协的艺术。

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