具体描述
《数字信号处理与现代通信》 本书深入探讨了数字信号处理（DSP）的核心理论、关键算法以及在现代通信系统中的广泛应用。我们旨在为读者构建一个扎实的DSP知识体系，并揭示其如何驱动着我们当今高度互联的世界。 核心理论基石： 离散时间信号与系统： 本书首先从离散时间信号的表示、分类入手，详细阐述了卷积、相关等基本运算，并深入剖析了线性时不变（LTI）系统的性质，包括其系统函数、零极点分析以及稳定性判据。我们将通过丰富的图示和实例，帮助读者直观理解这些抽象概念。 傅里叶分析在离散时间信号中的应用： 傅里叶级数和傅里叶变换是理解信号频谱特性的关键工具。本书将详细介绍离散时间傅里叶级数（DTFS）和离散时间傅里叶变换（DTFT），以及它们在分析信号频率成分、设计滤波器等方面的重要作用。 Z变换： Z变换作为离散时间信号和系统的分析工具，与连续时间信号的拉普拉斯变换相对应。本书将详细介绍Z变换的定义、性质、收敛域，以及如何利用Z变换来分析和求解差分方程，进而理解系统的动态行为。 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）： DFT是DTFT在离散时间、离散频率上的采样，是数字信号处理中最核心的变换之一。本书将详细介绍DFT的性质，并着重讲解实现DFT的高效算法——FFT。我们将深入分析FFT的原理，如按时间抽取（DIT）和按频率抽取（DIF）算法，以及它们在计算效率上的显著优势。 关键算法与技术： 滤波器设计与实现： 滤波器是DSP中最基本也是最重要的组成部分，用于选择或抑制信号的特定频率成分。本书将全面介绍两种主要的滤波器类型： 无限冲激响应（IIR）滤波器： 重点讲解 Butterworth、Chebyshev（I型和II型）、Elliptic 等经典模拟滤波器原型向数字域的转换方法，如脉冲响应不变法、双线性变换法等，并探讨其设计流程和性能特点。 有限冲激响应（FIR）滤波器： 详细介绍窗函数法（包括矩形窗、Hanning窗、Hamming窗、Blackman窗等）和频率采样法等FIR滤波器设计方法，强调FIR滤波器在相位特性方面的优势以及其实现方式。 卷积与相关： 详细阐述了数字信号的卷积和相关运算的定义、性质及其在系统响应、模式匹配等领域的应用。 采样与重建： 深入讲解了奈奎斯特-香农采样定理，分析了采样过程中可能出现的混叠现象及其预防措施。同时，也将探讨信号的重建过程，包括零阶保持、插值等方法。 谱估计： 介绍多种用于估计信号功率谱密度的方法，包括周期图法、Welch法、Bartlett法等，并分析它们各自的优缺点以及适用场景。 现代通信系统中的应用： 数字调制与解调： 阐述了AM、FM、PSK、QAM等经典数字调制技术的基本原理，以及如何在数字域实现这些调制和解调过程。 信道编码与解码： 介绍错误控制编码的基本概念，包括检错码和纠错码。重点讲解线性分组码（如循环码）、卷积码等，以及它们在提高通信系统可靠性方面的作用。 多速率信号处理： 探讨了抽取（Decimation）和内插（Interpolation）技术，以及它们在改变信号采样率、实现多标准通信等方面的应用。 自适应滤波器： 介绍自适应滤波器的基本结构和工作原理，重点讲解LMS（最小均方）算法，并阐述其在噪声消除、均衡等通信场景下的应用。 OFDM（正交频分复用）技术： 详细讲解OFDM技术的核心思想，包括其将宽带信道划分为多个窄带子载波、减少符号间干扰（ISI）的原理，以及IFFT/FFT在OFDM系统中的关键作用，并介绍其在Wi-Fi、4G/5G通信中的广泛应用。 实践与进阶： 本书结合了大量的实例和例题，旨在帮助读者将理论知识应用于实际问题。同时，我们也提供了一些关于DSP在其他领域的拓展性思考，如音频信号处理、图像处理等，鼓励读者进一步探索DSP的无限可能。 本书适合于通信工程、电子信息工程、自动化等专业的本科生、研究生，以及从事相关领域研究和开发的技术人员。通过对本书的学习，读者将能够深刻理解数字信号处理的精髓，并掌握其在现代通信系统设计与优化中的应用能力。
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