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出版者:电子工业出版社

作者:(奥)莫利施编、许希斌等译

出品人:

页数:411

译者:许希斌

出版时间:2002-09-01

价格:39.00元

装帧:平装

isbn号码:9787505376670

丛书系列:国外电子与通信教材系列

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深入解析数字信号处理与经典滤波技术 本书致力于为读者构建一个坚实而深入的数字信号处理（DSP）基础，同时详细剖析一系列在通信、控制和测量领域至关重要的经典滤波理论与实现方法。全书结构严谨，逻辑清晰，旨在帮助工程师和研究人员掌握从理论推导到实际应用的完整知识链条。 第一部分：离散时间信号与系统基础 本部分是理解后续所有数字处理技术的核心基石。我们首先从连续时间信号的采样理论出发，详细阐述了奈奎斯特-香农采样定理的物理意义、数学推导及其在实践中处理混叠问题的关键策略。 1.1 离散时间信号的表示与分析： 深入探讨了序列的表示形式、周期性、对称性以及序列的变换操作，包括移位、翻转、尺度变换等。重点分析了离散时间信号的能量与功率概念，并引入了复指数序列作为分析工具。 1.2 离散时间系统的基本特性： 系统分析是DSP的核心。本书详细介绍了线性、时不变性（LTI）的定义与检验方法。我们用卷积和（Convolution Sum）来完全描述LTI系统的输入输出关系，并通过图解和数学推导展示了系统冲激响应（Impulse Response）的关键作用。此外，系统因果性与稳定性（BIBO稳定性）的判据被严格证明和讨论。 1.3 离散时间系统的变换域分析： 为了简化卷积运算和系统分析，本书系统地引入了Z变换。Z变换的定义、收敛域（ROC）的确定、常用函数的Z变换对以及时域与频域特性的对应关系被详尽阐述。关键的性质，如时移、微分（在Z域的体现）等，均辅以实例分析。我们还深入探讨了单边Z变换在解决特定差分方程问题中的应用。 第二部分：傅里叶分析在离散系统中的应用 本部分专注于如何利用变换工具洞察离散信号的频率特性，为后续的滤波器设计奠定基础。 2.1 离散时间傅里叶变换（DTFT）： DTFT是连接时域与频率域的桥梁。本书详细讲解了DTFT的定义、性质，并重点分析了由于信号的截断和周期延拓在DTFT频谱上引入的栅瓣效应（Spectral Leakage）。 2.2 离散傅里叶变换（DFT）与快速傅里叶变换（FFT）： DFT是实现数字信号处理的计算基础。我们详细分析了DFT的数学形式，以及它与DTFT之间的关系。计算效率的瓶颈促使我们转向FFT算法。本书不只停留在“会用”FFT的层面，而是深入剖析了经典的基-2（Radix-2）蝶形运算结构、数据的重新排序（Bit Reversal）方法，以及DFT在周期性信号分析中的应用局限性。 2.3 周期图估计与功率谱密度（PSD）： 针对实际信号的随机性，本书介绍了如何通过周期图（Periodogram）来估计信号的功率谱密度。我们讨论了周期图估计存在的方差大、分辨率低等问题，并引入了平滑和加窗技术（如汉宁窗、海明窗）来改善谱估计的质量。 第三部分：经典数字滤波器设计理论与实践 这是全书的核心应用部分，重点关注如何根据特定的频率响应要求设计出满足性能指标的数字滤波器。 3.1 数字滤波器分类与设计基础： 详细区分了无限脉冲响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器在结构、相位特性和计算复杂度上的根本差异。 3.2 有限脉冲响应（FIR）滤波器设计： FIR滤波器的线性相位特性是其在许多应用中占优的关键。本书系统介绍了几种主要的FIR设计方法： 窗函数法： 详细分析了理想低通滤波器冲激响应的截断效应，并对比了矩形窗、汉宁窗、布莱克曼窗等不同窗函数的优缺点，特别是它们对阻带衰减和过渡带宽度带来的影响。 频率采样法： 适用于特定波形或频谱形状的逼近，探讨了如何通过指定频率点的幅值来构造滤波器的频率响应。 最优设计法（Parks-McClellan / Remez Exchange Algorithm）： 深入介绍了等波纹FIR滤波器（Equiripple FIR）的设计原理，即利用算法在通带和阻带内实现最小最大误差（Minimax）的设计目标，这对于需要严格控制峰值纹波的应用至关重要。 3.3 无限脉冲响应（IIR）滤波器设计： IIR设计主要依赖于将连续时间滤波器（如Butterworth、Chebyshev）的特性映射到离散时间域。 预畸变（Pre-warping）与脉冲不变量法： 详细推导了如何保持时间响应的一致性，将连续时间系统的极点和零点映射到Z域。 双线性变换法（Bilinear Transform）： 这是IIR设计中最常用的方法。本书着重解释了双线性变换如何将连续时间频率（$Omega$）映射到离散时间频率（$omega$），并分析了由此带来的频率压缩（Aliasing）现象，以及如何通过预畸变来补偿此效应。 经典模拟原型滤波器的应用： 详细分析了巴特沃斯（Butterworth）滤波器（最平坦）和切比雪夫（Chebyshev）滤波器（等波纹，但过渡带更陡峭）的幅度特性、极点位置及其对IIR滤波器稳定性的影响。 第四部分：滤波器结构与实现 本部分关注如何将理论上的滤波器转化为高效的硬件或软件实现结构。 4.1 基本差分方程与实现结构： 从系统的差分方程出发，推导出直接型I、II型结构，以及级联型和并联型的实现方式。重点分析了这些结构在计算量、量化噪声和实现复杂度上的权衡。 4.2 滤波器结构的改进与优化： 为了减少乘法运算或提高对舍入误差的抵抗力，本书介绍了： 格型（Lattice/Ladder）结构： 特别是在自适应滤波领域中具有重要地位，其结构的可分解性和对乘法运算的依赖性进行了深入剖析。 二阶节（Second-Order Sections, SOS）： 针对高阶IIR滤波器的实现，讨论了如何通过分解为二阶节来控制舍入误差和防止内部溢出，确保系统的数值稳定性。 总结与展望 全书通过大量的数学推导、清晰的图示和具体的算例，确保读者不仅理解“如何设计”，更重要的是理解“为什么这样设计”。每一章的末尾都附有针对性的练习，以巩固对核心概念的掌握。本书旨在培养读者在实际工程问题中，根据系统要求（如相位线性度、阶数限制、阻带衰减等），准确选择并实现最优数字滤波器的能力。

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这本书的结构和内容安排，透露出一种强烈的、近乎偏执的对“历史溯源”的迷恋，以至于完全忽略了对当前技术的介绍。开篇就花了大约四分之一的内容，详细追溯了从摩尔斯电码到早期真空管无线电的历史沿革，其详尽程度令人咋舌，几乎每位早期先驱者的生日和他们第一次实验的失败日期都被详细记录。然而，当涉及到“宽带”这个核心概念时，作者似乎失去了兴趣，寥寥数语带过，然后又迅速转向了对二十世纪六十年代模拟电视信号衰减特性的深度剖析。全书的核心论点是：现代宽带通信的本质，可以通过理解早期信号传输中的“热噪声对人脑信号处理的影响”来揭示。这个论点贯穿全书，但所有的论证都建立在极其古老的、已经被淘汰的技术模型之上。例如，书中详细介绍了一种基于磁芯存储器的分组交换机制，并花费大量篇幅分析了其在特定气候条件下的可靠性，而对于任何基于半导体技术的现代交换网络只字不提。我期望了解光纤回程网络如何支撑无线接入，但这本书却沉迷于对老式电报机维护手册的引用和解读。这与其说是现代通信的著作，不如说是一本关于通信技术“考古学”的专著。

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拿到这本关于“宽带无线数字通信”的著作时，我本来是抱着学习如何高效利用现有频谱资源、理解下一代蜂窝网络架构的朴素愿望的。但这本书的叙事风格和内容组织简直像是一场漫无边际的哲学思辨，而非严谨的技术手册。它的结构非常松散，前言花了近百页讨论了“信息熵在后现代社会中的伦理意义”，然后突然跳跃到对一个公元前三世纪古希腊几何学悖论的引用，试图以此来类比信道容量的极限。接着，作者用非常抒情的笔触描述了电磁波在自然界中的“美感”和“和谐”，而不是提供任何关于电磁兼容性（EMC）的实用指导。其中有一章专门探讨了“文化差异如何影响用户对通信延迟的感知”，内容充斥着社会学和心理学的案例，比如某个偏远部落的祭祀仪式与数据包丢失的关联性分析。这让我非常困惑，我需要的是如何降低时延的工程方案，而不是一篇关于跨文化交流的论文摘要。全书的例子大多是虚构的，缺乏任何真实的业界标准、测试报告或者现有的商用系统的架构图。如果你想知道Wi-Fi 7的帧结构，或者5G切片的具体实现细节，这本书绝对不会给你答案；它更像是一位对技术怀有深厚情感，但缺乏工程实践经验的学者，将他所有的浪漫主义幻想都倾注在了这本书中。

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这部关于“宽带无线数字通信”的著作，在内容上呈现出一种极端的、脱离现实的理想主义色彩，专注于描述一种在任何现实环境下都无法实现的“纯净通信”模型。作者构建了一个完全没有衰落、没有干扰、没有功耗限制的虚拟空间，并在此基础上推导了理论上的最大信息传输速率。书中充斥着大量诸如“理想化波前完美聚焦”和“信道衰落系数恒定为一”的假设，这些假设在实际的无线环境中是永远无法达到的。它似乎完全没有意识到无线电波在大气中传播时会遇到的多径效应、多普勒频移或者电离层干扰等实际问题。书中唯一的“实际案例”是一个基于早期台式计算机的、在无尘室中进行的、点对点、距离仅十厘米的低速数据传输实验，作者将其神化为“未来通信的蓝图”。如果你想知道如何应对城市峡谷效应下的信号遮挡，或者如何使用波束赋形技术来提高频谱效率，你在这里找不到任何答案。这本书更像是一份对完美通信的乌托邦式的想象，而非解决当前现实挑战的实用指南。它所描绘的“宽带”，是一个只存在于数学理想世界中的概念，与我们日常使用的手机和路由器毫无关系。

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我对这本《宽带无线数字通信》的体验是，它更像是一本关于“数字艺术与光影变幻”的画册，而非一本工程教材。作者似乎对“宽带”这个词的理解非常抽象，完全避开了任何涉及速率、带宽、调制解调、编码增益这类核心技术指标的讨论。全书的配图非常精美，充满了后现代主义风格的色彩渐变图和抽象的几何图形，用来说明“信号的非线性动态演化”。例如，书中用了一整章来分析“不同色度的蓝色光波在特定介质中反射时的主观感受差异”，并试图将其映射到信噪比（SNR）的波动上，结论极其模糊，比如“当蓝色加深至群青色时，用户体验的满意度曲线呈现出一种近似于斐波那契数列的优美下降趋势”。这种文风让人完全摸不着头脑。我尝试去寻找一些关于OFDM子载波间干扰（ICI）的补偿算法，或者如何设计一个高效的资源调度器，但发现这些内容完全被替换成了关于“信息的诗意表达”的探讨。这本书的深度不在于技术，而在于对“媒介”本身的形而上学解读。如果你是一个艺术家或哲学家，或许能从中找到一些灵感，但对于一个想要设计、部署或维护任何一种无线系统的工程师而言，这本书的实用价值几乎为零，因为它完全避开了所有硬核的、可量化的工程细节。

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这部《宽带无线数字通信》的标题听起来就让人对接下来的内容充满期待，尤其是对于那些渴望深入了解现代信息社会基石的读者来说。然而，当我翻开这本书时，发现它似乎将重点放在了某种特定的、尚未在业界广泛普及的、甚至可以说是相当小众的理论模型构建上。书中花费了大量的篇幅去论证一种基于量子纠缠态的信道编码方案，这种方案的数学推导极其复杂，充斥着大量只有通信物理学博士才能理解的符号和公式。例如，书中花了整整三章来推导一个所谓的“零噪声阈值”在极端高频段下的修正因子，这个修正因子本身就建立在一系列不透明的假设之上，比如“理想均匀分布的背景引力波干扰”。坦白说，作为一个对日常移动通信、4G/5G技术有基本了解的工程技术人员，我发现这些内容与我希望了解的实际部署、性能优化、频谱管理等实用知识相去甚远。它更像是一本写给未来实验室里那些致力于颠覆现有通信范式的研究人员的理论预言书，而不是一本面向当前主流工程师的工具书。阅读过程中，我不断地在寻找一些关于MIMO、OFDM的优化技巧，或者哪怕是关于毫米波传播特性的实际测量数据，但这些期望统统落空了。这本书的价值或许在于其前瞻性，但对于急需解决当前工程难题的读者来说，它提供的帮助几乎为零，就像是告诉你如何用永动机发电，而不是如何修理现有的发电机。

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