通信系统中的多采样率信号处理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:弗雷德里克·J·哈里斯

出品人:

页数:367

译者:

出版时间:2008-12

价格:49.80元

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isbn号码:9787560529486

丛书系列:国外名校最新教材精选

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通信系统中的多速率信号处理 本书深入探讨了在现代通信系统中至关重要的多速率信号处理技术。 通信系统，无论是无线移动通信、卫星通信，还是高速互联网接入，都日益依赖于高效、灵活且适应性强的信号处理方法。这些系统处理的信息流往往具有不同的速率，需要进行巧妙的转换和匹配才能实现无缝的数据传输和处理。本书正是聚焦于这一核心技术领域，为读者提供一套系统、全面的理论框架和实践指导。 核心概念与理论基石 本书首先从多速率信号处理的基本概念入手，详细阐述了上采样（Upsampling）和下采样（Downsampling）这两个最基础但又至关重要的操作。上采样通过插入零值并应用低通滤波器来提高信号的采样率，这在信号的扩展、插值以及匹配不同速率接口时扮演着关键角色。下采样则通过去除冗余采样点并应用低通滤波器来降低信号的采样率，常用于数据压缩、降低处理复杂度以及匹配较低速率的下游系统。书中将深入分析这两种操作的数学原理、潜在的失真问题（如混叠和走样），以及相应的抑制方法。 在此基础上，本书将引入更高级的“抽取”（Decimation）和“插值”（Interpolation）概念，它们是上采样和下采样在实际通信场景中的具体应用。抽取过程本质上是下采样，用于从高率信号中提取所需信息，减少数据量。插值过程则是在低率信号的基础上，通过各种插值算法（如零阶保持、线性插值、多项式插值，甚至更复杂的Sinc插值）来重构出高率信号，用于信号恢复、显示以及在不同采样率系统之间的过渡。本书将详细解析不同插值方法的优缺点，以及它们在通信系统中的适用场景。 滤波器组：多速率处理的强大工具 滤波器组（Filter Banks）是多速率信号处理的核心构件，它能够将一个信号分解成多个不同频带的子带信号，或者将这些子带信号重构回原始信号。本书将投入大量篇幅介绍各种类型的滤波器组，包括： 均匀采样滤波器组（Uniformly Sampled Filter Banks）：这是最基本的一类，通常用于将宽带信号分解成多个窄带信号，例如在OFDM（正交频分复用）系统中，每个子载波就可以看作是经过某种形式的滤波器组处理后的结果。 非均匀采样滤波器组（Non-uniformly Sampled Filter Banks）：允许子带信号具有不规则的频率间隔，这在一些特殊的应用场景下能够提供更大的灵活性。 多相分解（Polyphase Decomposition）：这是一种强大的滤波器组实现技术，它将一个滤波器分解成多个低阶滤波器，从而显著降低计算复杂度，提高处理效率。本书将详细介绍多相分解的原理和在多速率系统中的应用。 完美重构滤波器组（Perfect Reconstruction Filter Banks）：这是滤波器组设计的终极目标之一，即在理想情况下，通过分析滤波器组分解信号，再通过综合滤波器组重构信号，能够精确地恢复原始信号，没有任何失真。本书将深入探讨实现完美重构的条件，以及设计各种完美重构滤波器组的方法，如QMF（Quadrature Mirror Filters）、CQF（Conjugate Quadrature Filters）和LD（Lattice-structure Decoupled）滤波器组等。 在通信系统中的实际应用 本书不仅仅停留在理论层面，更重要的是将多速率信号处理技术与现代通信系统的具体应用紧密结合。读者将了解到： 数字通信调制解调器（Modems）：在数字通信系统中，数据通常需要经过上采样、滤波、调制等一系列处理才能传输，而接收端则需要进行下采样、滤波、解调等过程。多速率技术在匹配这些不同速率的处理环节中发挥着至关重要的作用。 无线通信系统： OFDM（正交频分复用）：OFDM是一种广泛应用于Wi-Fi、LTE、5G等无线通信标准中的关键技术。在OFDM系统中，数据被分割成许多并行的数据流，并在不同的子载波上发送，这本质上就涉及了多速率信号的处理和子带滤波。本书将分析OFDM中的多速率滤波器组设计与实现。 CDMA（码分多址）：在CDMA系统中，不同用户的数据流具有相同的传输速率，但为了区分用户，会采用不同的扩频码。在某些CDMA的实现或优化方案中，也可能涉及到多速率信号处理。 软件定义无线电（SDR）：SDR架构允许通过软件来配置和实现无线电的功能，这使得动态调整采样率和处理带宽成为可能，多速率信号处理是实现SDR灵活性的基础。 采样率转换器（Sample Rate Converters, SRC）：SRC是实现不同速率系统之间数据交互的关键组件。本书将详细介绍各种SRC的设计，包括使用多相滤波器组的SRC，以及其在通信协议转换、不同速率接口匹配中的应用。 信道编码与解码：在某些先进的信道编码方案中，为了提高编码效率和抗干扰能力，可能会采用多速率的信号处理方法。 多媒体通信：在音频和视频编码、传输过程中，为了适应不同的网络带宽和终端能力，通常需要对信号进行不同速率的编码和传输，这其中也离不开多速率信号处理。 传感器网络与物联网（IoT）：在分布式的传感器网络中，各个传感器可能以不同的速率采集数据，将这些数据进行整合和处理，需要高效的多速率信号处理技术。 设计原则与性能评估 本书还将深入探讨多速率信号处理系统的设计原则，包括： 计算复杂度分析：如何设计高效的算法，以最小化计算量，提高处理速度，满足实时通信的要求。 滤波器设计：针对多速率系统，如何设计满足特定性能指标（如过渡带宽度、阻带衰减、相位失真等）的滤波器，特别是用于滤波器组的分析和综合滤波器。 量化效应与数值稳定性：在实际系统中，信号的量化会引入误差，如何设计鲁棒的算法以减小量化效应的影响，保证系统的数值稳定性。 性能评估指标：如何对多速率信号处理系统的性能进行科学评估，包括信噪比（SNR）、误码率（BER）、幅度失真、相位失真等。 展望与挑战 最后，本书将对多速率信号处理在未来通信技术发展中的作用进行展望，并探讨当前面临的挑战，例如： 更高的数据速率和更复杂的信号：随着通信速率的不断提升，需要更高效、更精密的信号处理算法。 智能化与自适应性：未来的通信系统需要能够根据信道条件、业务需求等因素动态调整信号处理策略，实现智能化和自适应性。 节能设计：在低功耗设备日益增多的背景下，如何设计更节能的多速率信号处理方案是重要的课题。 本书适合读者 本书适用于通信工程、电子工程、信号处理等相关专业的本科生、研究生，以及从事通信系统设计、开发和研究的工程师和科研人员。通过学习本书，读者将能够深入理解多速率信号处理的理论精髓，掌握其在现代通信系统中的关键应用，并为解决实际工程问题打下坚实的基础。

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这本书的排版和行文风格，透着一股老派工程学的严谨与务实，读起来让人感到踏实。我特别关注了其中关于**欠采样接收机中混叠信号分离**的章节。市面上很多资料只是提到混叠的危害，而这本书则深入探讨了如何利用**周期性采样信号的稀疏性**来进行盲源分离。书中对**正交匹配追踪（OMP）算法在稀疏恢复中的改进版本**进行了详细推导，尤其是在处理非理想ADC（模数转换器）噪声模型时所做的修正，展现了作者深厚的信号建模能力。我对比了之前阅读的几本关于Sigma-Delta调制的书籍，这本书在**量化噪声的功率谱密度分析**上更为透彻，它不仅仅停留在白噪声假设，而是考虑了实际系统中由于数字滤波器切换带来的离散谱。这种对细节的把控，是区分优秀参考书和普通书籍的关键所在。对我而言，书中关于**多通道接收机中相位同步误差对波束形成影响**的定量分析，是极其宝贵的参考资料，它用精确的数学语言量化了一个在实际TDD系统中经常被低估的问题。

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这本书的深度和广度，足以让它在相关领域内占据一席之地。我被其中对**过采样与欠采样在噪声塑形中的辩证关系**的论述所吸引。作者没有简单地将过采样视为“提高精度”的万能药，而是深入分析了在特定调制格式（如QAM）下，过高的过采样率如何反过来增加数字滤波器设计的复杂度并引入更严重的群延迟色散。书中对**随机脉冲序列在多速率系统中的自相关函数推导**的处理尤其出色，这为理解CDMA系统中的正交性保持提供了新的视角。我特别欣赏的是，作者在讨论**速率转换中的相位连续性保持**时，所采用的基于最小二乘估计的方法，它比传统的线性插值在处理瞬时频率变化时表现得更为鲁棒。对于那些正在设计下一代无线电软件定义平台（SDR）的工程师来说，书中关于**FPGA资源优化下的并行多速率滤波器组实现**的案例分析，是不可多得的参考资料。这本书的语言风格是克制而精准的，没有冗余的营销辞藻，每一句话似乎都承载着技术信息，是一本值得反复研读的专业读物。

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这部新作的横空出世，无疑为我们这些长期浸淫于数字信号处理领域的研究人员和工程师提供了一份亟需的深度参考。我翻阅了书中关于快速傅里叶变换（FFT）在非均匀采样数据恢复中的应用章节，其论述的严谨性令人印象深刻。作者没有停留在教科书上泛泛而谈的理论介绍，而是深入剖析了在高频宽带采集场景下，如何利用特定的重构算法来有效抑制栅栏效应和混叠噪声。特别是书中对**多相滤波器的结构优化**的讨论，展示了作者在实际工程实现中对于计算复杂度和延迟的深刻理解。他们不仅给出了理论模型，还辅以大量的仿真结果，对比了不同阶数滤波器在保证信号保真度和降低运算量之间的权衡。这种从理论到实践的无缝衔接，使得这本书不仅仅是一本学术著作，更像是一本为解决实际工程难题而精心打磨的工具手册。书中对**交错滤波器的设计原理**的阐述，清晰地揭示了如何通过巧妙的结构设计来规避传统并行处理中固有的同步难题，这一点对于设计低功耗、高吞吐率的通信前端至关重要。我尤其欣赏其中对**亚奈奎斯特率下信息恢复的理论边界**的探讨，它为我们评估现有系统性能瓶颈提供了坚实的理论基石。

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阅读此书的体验，更像是在一位经验极其丰富的系统架构师的指导下进行项目复盘。它最让我耳目一新的是对**异构采样率融合**的系统化处理。现在的通信系统越来越倾向于将不同速率的传感器数据整合到统一的基带处理器中，而如何处理这些数据流之间固有的时间偏移和频率基准差异，一直是系统集成的难点。这本书提出了一种基于**基于共同参考时钟的插值-抽取级联模型**，该模型不仅考虑了速率匹配，还巧妙地引入了**最小化系统延迟的调度策略**。书中关于**功率谱估计中重叠保留（OLA）与高效FFT算法结合**的讨论，也给我带来了启发。特别是对于那些实时性要求极高的场景，如何避免数据缓冲区的溢出而导致的数据丢失，书中提出的**滑动窗口FFT的预测性前馈控制**机制，是一个非常实用的工程技巧。我注意到，书中对每一个关键算法的描述后，都会附带一个对“计算复杂度与硬件实现潜力”的简短评估，这极大地提高了这本书的实用价值，让读者能够迅速判断该技术是否适合自己的资源约束。

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老实说，我原本以为这又是一本充斥着公式堆砌和概念罗列的“教材型”书籍，但《通信系统中的多采样率信号处理》却给我带来了惊喜。最吸引我的是它对**自适应滤波在信道均衡中应用**的细致梳理。书中没有简单地罗列LMS或RLS算法，而是聚焦于当接收端采样率与发射端存在微小偏差时，传统的均衡器是如何失效的，并提出了基于**分数延迟滤波器**（FDF）的创新解决方案。作者巧妙地将插值和均衡过程耦合起来，构建了一个统一的优化框架。阅读过程中，我多次停下来，对照我手头正在做的宽带无线接入项目进行思考，书中关于**定时误差对均衡性能的敏感性分析**部分，直接击中了我们团队目前面临的痛点。此外，书中对**多速率系统的稳定性分析**采取了一种非常直观的矩阵分解方法，这比我以往接触的基于Z变换的分析方法更容易理解和应用于非线性系统。虽然我对某些高级的随机过程理论的背景知识稍显薄弱，但作者通过清晰的图示和逐步推导，确保了即便是跨专业的读者也能跟上其逻辑链条。这本书的价值在于，它成功地架起了基础理论与前沿通信系统设计之间的鸿沟。

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经典中得经典

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