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出版者:高等教育出版社

作者:Rodger e.ziemer

出品人:

页数:704

译者:袁东风

出版时间:2004-7-1

价格:54.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787040145694

丛书系列:

图书标签:

• k
• 通信原理
• 信号与系统
• 调制解调
• 信道编码
• 信息论
• 无线通信
• 数字通信
• 模拟通信
• 通信系统
• 电磁场与电磁波

《数字信号处理基础与应用》 图书简介 本书深入浅出地介绍了数字信号处理（DSP）的核心理论、关键算法及其在现代工程实践中的广泛应用。作为一本面向电子工程、通信工程、计算机科学以及自动控制等领域的研究人员、工程师和高年级本科生、研究生的教材或参考书，它力求在理论深度与工程实用性之间取得完美平衡。 第一部分：理论基石 本书的开篇部分（第1章至第4章）聚焦于奠定扎实的数学和理论基础。 第1章：信号与系统的回顾 本章首先对连续时间信号和系统的基本概念进行梳理，重点回顾了傅里叶级数和傅里叶变换在线性时不变（LTI）系统分析中的作用。随后，系统地引入了离散时间信号的概念，包括采样定理的精确表述和重建基础。对离散时间系统的基本性质（如因果性、稳定性）的讨论，为后续数字处理奠定前提。本章强调了信号在时间和频域之间进行转换的直观理解，特别是采样过程如何引入频谱混叠，以及如何通过抗混叠滤波器进行初步的预处理。 第2章：Z变换及其应用 Z变换是分析和设计离散时间系统的核心数学工具。本章详细阐述了单边和双边Z变换的定义、性质（如线性、时移、卷积、微分等）。对Z变换收敛域（ROC）的深入分析，是理解系统稳定性和因果性的关键所在。此外，本章还讲解了如何利用Z变换分析差分方程，并将其转化为系统函数 $H(z)$，这是后续系统分析的桥梁。通过大量的例子，展示了如何利用Z变换的性质快速求解系统的零输入响应和零状态响应。 第3章：离散时间傅里叶变换（DTFT）与DFT DTFT是连接Z变换和频谱分析的桥梁。本章系统地介绍了DTFT的定义、周期性及其与Z变换的关系。随后，重点转向了离散傅里叶变换（DFT），强调DFT是DTFT在离散频率点上的采样结果，以及周期延拓的特性。本章详细讨论了DFT的计算复杂性，并引出了快速傅里叶变换（FFT）算法的必要性。DFT作为数字频谱分析的基本工具，其在周期信号分析中的应用被充分探讨。 第4章：有限脉冲响应（FIR）与无限脉冲响应（IIR）滤波器理论 本章是DSP的核心理论之一。首先，明确区分了FIR和IIR滤波器的结构、优缺点和实现方式。对于FIR滤波器，着重讨论了线性相位特性的重要性及其实现方法（如窗函数法、频率采样法）。对于IIR滤波器，则详细阐述了如何从连续时间系统的模拟滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫）出发，通过双线性变换法转换为离散时间系统，并探讨了其稳定性和相位非线性问题。本章通过实例对比了两种滤波器在幅频响应、相位延迟和计算复杂度上的差异。 第二部分：算法与实现 第二部分（第5章至第7章）侧重于高效的算法实现和具体的系统设计技术。 第5章：快速傅里叶变换（FFT）算法 本章专注于DFT的高效计算方法。详细介绍蝶形运算（Butterfly Operation）的基本原理，并深入剖析了FFT中最经典的两种算法：按时间抽取（Decimation-in-Time, DIT）和按频率抽取（Decimation-in-Frequency, DIF）。本书不仅展示了这些算法的流程图和公式推导，还提供了详细的程序实现结构，帮助读者理解如何通过分治策略将 $N$ 点DFT的运算复杂度从 $O(N^2)$ 降低到 $O(N log N)$。此外，还讨论了非2的幂次的数据集的FFT实现策略。 第6章：有限冲激响应（FIR）滤波器设计 本章是滤波器设计的实战指南。系统地讲解了利用窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗）设计FIR滤波器的步骤，包括确定滤波器阶数、选择合适的窗函数以平衡过渡带宽度和阻带衰减。随后，深入探讨了频率采样法和等波纹（Parks-McClellan）算法，后者作为最优FIR滤波器设计方法，被详尽阐述其迭代优化过程。本书提供了大量设计实例，并讨论了量化误差对滤波器性能的影响。 第7章：无限冲激响应（IIR）滤波器设计 IIR滤波器的设计依赖于对模拟滤波器原型（Prototype Filters）的掌握。本章首先复习了巴特沃斯和切比雪夫滤波器的特性和设计公式。然后，详细介绍了将连续时间原型转换为离散时间系统的两种主要方法：脉冲不变法和双线性变换法，并着重分析了双线性变换法如何有效避免频谱混叠和确保稳定性。针对IIR滤波器的实现，本章还讨论了二阶级联和直接形式的结构，以及如何处理高阶滤波器的实现稳定性问题。 第三部分：高级主题与应用 第三部分（第8章至第10章）将理论知识扩展到更复杂的应用场景，并探讨了实际工程中的挑战。 第8章：自适应滤波原理 本章引入了动态系统处理的概念。自适应滤波器能够根据输入信号的统计特性自动调整自身系数，是处理时变或未知信号的强大工具。详细介绍了维纳滤波器（Wiener Filter）的最优线性滤波理论。在此基础上，深入分析了最常用的自适应算法——最小均方（LMS）算法，包括其收敛性分析、步长选择对性能的影响。这些技术在噪声消除、回声消除和信道均衡等领域具有核心地位。 第9章：多速率信号处理 多速率系统是现代通信和音频处理不可或缺的一部分。本章介绍了抽取（Down-sampling）和升采样（Up-sampling）的基本操作，以及它们在不同采样率系统之间进行信号转换的原理。核心内容包括抽取滤波器和升采样滤波器的设计，以及如何利用这些操作实现信号的混合同步和信道化。本章还探讨了对滤波器组（Filter Banks）和小波变换的初步应用，展示了其在信号分解和重构中的威力。 第10章：DSP的硬件实现与编程考量 本章弥合了理论与硬件之间的鸿沟。首先概述了数字信号处理器（DSP）芯片的基本架构（如哈佛结构、MAC单元）。随后，讨论了定点运算与浮点运算的差异，以及如何在资源受限的硬件上进行算法的量化和优化，以减少内存占用和提高运算速度。本书强调了实现效率，分析了卷积、FFT等核心运算在硬件加速器上的并行化潜力，并提供了C语言或类似伪代码的实现范例，以供读者在实际项目中参考和借鉴。 总结 本书旨在为读者提供一个全面、深入且实用的数字信号处理知识体系。通过严谨的数学推导、清晰的图示说明和丰富的工程案例，确保读者不仅理解“如何做”，更能掌握“为什么这样做”。掌握本书内容，将使读者具备分析、设计和实现复杂数字系统所需的核心能力。

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我必须指出，本书在内容组织上的逻辑连贯性达到了一个令人惊叹的高度。许多技术书籍在章节衔接上常常显得突兀，仿佛是不同作者拼凑而成，但这本《通信原理》却展现出一种浑然天成的内在驱动力。例如，在处理“多址接入”和“频谱效率”时，作者没有简单地罗列TDMA、FDMA、CDMA的不同技术方案，而是首先从“共享资源”这一核心矛盾入手，引出为什么需要这些划分手段。这种从“问题”到“解决方案”的叙述路径，让读者始终处于一种主动思考的状态。特别是关于噪声理论的阐述，它巧妙地承接了上一章的信号表示法，为后续讲解最优接收机设计奠定了坚实的概率基础。每一次阅读的停顿，都不是因为内容晦涩难懂，而是因为被作者提出的某个巧妙见解所触动，需要花时间回味。这种流畅性，让漫长的阅读过程也变成了一种享受，它真正做到了让知识的河流自然流淌，而不是被生硬地截断。

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从装帧和排版上看，这本书也体现了对读者的尊重。纸张的选择适中，油墨的浓度也恰到好处，长时间阅读下来，眼睛的疲劳感明显低于我阅读其他同类专业书籍时的感受。更为重要的是，图表的质量极高，所有的波形图、频谱图和眼图都清晰锐利，标注准确无误，这在复杂的信号分析环节至关重要。很多技术书籍的图表模糊不清，反而成了学习的巨大障碍，但在这本《通信原理》中，几乎每一个图例都是一个微型的教学案例。特别是书后附带的习题部分，难度梯度设置非常合理，从基础概念的快速检验，到需要综合运用多章节知识点才能解决的综合题，覆盖面极广，并且答案的解析详尽而富有启发性。这使得本书完全有能力作为一本自学教材，而非仅仅是课堂参考资料。总而言之，这是一次制作精良、内容扎实、阅读体验极佳的知识投资。

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这本书的视角非常“现代”，它没有固守二十年前的经典理论，而是适当地融入了当前正在发生的技术变革的影子。虽然核心概念依然扎实，但在涉及信息论的熵和信道容量部分，作者敏锐地指出了香农理论在面对大规模并行处理和量子计算等未来场景下的潜在局限性，这展现了作者深厚的学术视野和对行业前沿的关注。更令人称道的是，它在探讨各种数字调制技术（如QPSK, 16QAM）时，没有仅仅满足于星座图的绘制，而是深入分析了它们在实际非理想信道中（例如存在相位噪声或载波频偏）的性能损失，并给出了工程上常用的补偿策略。这对于正在从事无线通信系统设计的人员来说，是极其宝贵的“实战智慧”。它提醒我们，理论模型是美丽的，但真实世界的“脏”数据才是我们必须面对的挑战。这本书的价值，正在于它能架起连接纯粹数学抽象与复杂工程实现之间的那座坚固的桥梁。

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初翻开这本《通信原理》，便被它那深入浅出的文字风格所吸引。作者并没有直接陷入那些晦涩难懂的数学公式堆砌，而是通过大量生动、贴近生活的例子，将那些抽象的信号处理过程描绘得淋漓尽致。比如，在讲解调制解调原理时，作者竟然将信息比作一封信，载波信号则想象成一辆不同速度的邮车，这样的比喻，瞬间就让原本枯燥的概念变得鲜活起来。我尤其欣赏它在系统性上的构建，从最基础的概率论和随机过程讲起，层层递进，如同搭建一座精密的知识高塔，每向上走一层，都能清晰地看到前一层提供的坚实基础。对于我这种并非科班出身，但对现代通信技术充满好奇的业余爱好者来说，这本书无疑是一座及时雨。它没有预设读者已经掌握了高深的理论背景，而是耐心地引导你，一步步揭开现代信息社会背后那层神秘的面纱。读完前几章，我感觉自己不再是那个只能被动接受信号的“用户”，而是一个开始理解信号“呼吸”和“舞蹈”的观察者，这种心智上的转变，是很多教科书难以给予的宝贵体验。

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这本书的实战价值远超我的预期，它绝非那种只停留在理论层面空谈的书籍。当我翻到信道编码那一章时，我简直像发现了一个宝藏。作者非常细致地剖析了信道特性的不完美如何影响信息的可靠传输，随后，针对这些“噪音”和“衰减”，他系统地介绍了前向纠错（FEC）技术的精妙设计。印象最深的是对循环冗余校验（CRC）的讲解，作者不仅展示了其数学构造，更重要的是，他用一个实际的网络数据包传输错误的场景来模拟其检测过程，这让原本复杂的代数运算变得直观可感。这种“理论指导实践，实践反哺理论”的叙事结构，使得学习过程充满了探索的乐趣。我尝试着对照书中的一些简化模型，在自己的仿真软件上搭建了一个小小的通信链路，竟然真的能验证书中所述的误码率曲线变化趋势。这种动手验证带来的成就感，是单纯背诵公式所无法比拟的。这本书的深度，足以满足工程师对原理的严谨要求，同时其广度又足够让学习者对整个通信链路有一个宏观的把握。

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