现代通信原理与技术概论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:程韧/蒋磊

出品人:

页数:240

译者:

出版时间:2005-5

价格:22.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787810825207

丛书系列:

图书标签:

• 通信原理
• 现代通信
• 通信技术
• 信号与系统
• 信息论
• 无线通信
• 数字通信
• 模拟通信
• 通信工程
• 高等教育

信号处理与系统分析：从基础理论到工程实践 本书导言： 在当今飞速发展的科技时代，信号与信息处理已成为连接物理世界与数字世界的桥梁。无论是在航空航天、医学成像、环境监测，还是在消费电子和工业控制领域，对信号的有效获取、传输、存储和分析都是实现高级功能的核心。本书《信号处理与系统分析：从基础理论到工程实践》旨在为读者提供一个全面、深入且富有实践指导意义的知识体系，涵盖信号处理领域最核心的数学基础、理论模型以及前沿工程应用。 本书的定位是面向对信号处理有浓厚兴趣的工程技术人员、研究生以及高年级本科生。我们避免了对通信系统中的特定调制、信道编码等主题的深入探讨，而是专注于构成所有信号处理系统的通用数学框架和分析工具。读者将通过本书，掌握理解和设计任何复杂信号处理系统的必备技能。 第一部分：连续时间信号与系统的数学基础 本部分是整个信号处理理论的基石。我们从最基础的信号描述入手，探讨信号的性质（能量、功率、周期性等）。 第一章：信号的表示与分类 本章详细介绍了连续时间信号（Continuous-Time Signals）的数学表示方法，包括指数信号、正弦信号以及单位冲激函数（Dirac Delta Function）和单位阶跃函数（Unit Step Function）的性质及其在信号表示中的关键作用。我们强调了信号分解的概念，展示如何利用基本信号单元来构建和描述任意复杂的信号形态。此外，信号的分类，如确定性信号与随机信号、能量信号与功率信号，为后续的分析方法奠定了基础。本章的重点在于建立对信号“形貌”的直观理解和严谨的数学定义。 第二章：线性时不变系统（LTI Systems） 线性时不变（LTI）系统是信号处理分析的理想模型，它具有极佳的可分析性和可预测性。本章深入探讨LTI系统的基本性质：叠加性、齐次性与时不变性。我们引入了系统的“记忆”概念，并定义了系统的冲激响应（Impulse Response）——即系统对单位冲激信号的响应，这是描述任何LTI系统的“指纹”。通过卷积积分（Convolution Integral）这一核心运算，我们精确地描述了LTI系统输出信号与输入信号和冲激响应之间的关系。本章还探讨了系统的因果性（Causality）和稳定性（Stability）判据，这些是系统设计中不可或缺的约束条件。 第二章的重点在于掌握卷积运算的物理意义和计算技巧，理解冲激响应如何完全刻画一个LTI系统。 第三章：傅里叶分析的基石 傅里叶分析是连接时域和频域的桥梁，是理解信号频谱特征的关键。本章首先回顾并严谨推导了连续时间傅里叶变换（CTFT）的定义、基本性质（如线性、时移、频移、尺度变换、微分和积分性质）。我们着重分析了特殊信号（如矩形脉冲、高斯函数）的傅里叶变换对，并引入了周期信号的傅里叶级数（FS）的概念，展示如何利用正交基展开来解析信号的频率成分。本章的难点在于对收敛性的讨论和对傅里叶逆变换的理解，确保读者能够熟练地在两个域之间进行转换和解释。 第二部分：系统分析的频域工具 在掌握了傅里叶分析后，本部分将这些工具应用于更复杂的系统分析中，特别是在处理周期信号和离散化问题时。 第四章：周期信号的傅里叶分析与频谱 本章聚焦于周期信号。通过傅里叶级数，我们展示了周期信号的频谱具有离散性，这与非周期信号的连续频谱形成鲜明对比。我们详细分析了傅里叶级数系数的计算方法，并探讨了帕塞瓦尔定理（Parseval's Theorem）在计算信号能量中的应用。此外，本章也引入了周期化与采样之间的关系，为后续章节中从连续时间过渡到离散时间做铺垫。 第五章：系统的频域分析 本章将系统的时域卷积运算转化为频域的乘法运算，这是LTI系统分析中最强大的简化工具之一。我们定义了系统的频率响应函数 $H(jomega)$，它是对冲激响应进行傅里叶变换的结果，直接反映了系统对不同频率分量的增益和相位延迟。通过分析频率响应的幅频特性和相频特性，我们可以直观地理解一个滤波器（如低通、高通、带通）是如何工作的。本章还讨论了理想滤波器与实际滤波器的设计取舍，以及系统响应的带宽概念。 第六章：拉普拉斯变换与系统稳定性 虽然傅里叶变换适用于满足狄利克雷条件的信号，但对于不稳定或收敛性存疑的信号，需要更广义的工具——单边拉普拉斯变换（Laplace Transform）。本章详细定义了拉普拉斯变换及其收敛域（ROC）。我们重点分析了拉普拉斯变换在处理初始条件问题中的优势，并将其应用于求解微分方程。最重要的是，本章将系统的频率响应 $H(s)$ 扩展到复平面上的 $s$ 平面分析，并明确地给出了系统稳定性的判据（即零点位置与右半平面的关系）。 第三部分：离散时间信号与系统 现代电子系统几乎都基于数字技术，因此将连续时间信号转化为离散时间信号并进行处理是工程实践的必然要求。 第七章：离散时间信号与Z变换 本章将前述概念推广到离散时间信号（DT Signals），如单位冲激序列 $delta[n]$ 和单位阶跃序列 $u[n]$。系统的核心运算从卷积积分变为卷积和（Convolution Sum）。随后，我们引入了Z变换作为离散时间系统的主要分析工具，它与拉普拉斯变换在数学结构上具有高度的对应性。Z变换的收敛域（Region of Convergence, ROC）在离散系统中起着至关重要的作用，用于区分因果系统和反因果系统。本章详细分析了系统的传递函数 $H(z)$ 及其零点和极点在稳定性判断中的应用。 第八章：采样理论与量化效应 本章探讨了从连续时间世界过渡到离散时间世界的核心理论——采样定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem）。我们详细阐述了欠采样（Undersampling）的后果——混叠（Aliasing），并探讨了理想采样、自然采样和保持（Zero-Order Hold）技术的区别。本章不涉及具体的模数转换器（ADC）的设计细节，而是专注于理论层面上采样率与信号带宽的关系，这是所有数字系统中必须遵守的黄金法则。 第九章：离散傅里叶变换（DFT）与快速算法 离散时间傅里叶变换（DTFT）虽然是连续的，但要进行计算机计算，必须离散化，这就引出了离散傅里叶变换（DFT）。本章分析了DFT的周期性和对称性，并重点介绍了DFT计算的效率问题。我们将深入解析快速傅里叶变换（FFT）算法的原理，例如如何通过蝶形运算将 $N^2$ 的复杂度降低到 $Nlog N$，从而使大规模频谱分析成为可能。本章旨在让读者理解频谱分析背后的计算效率考量。 第四部分：数字滤波器设计基础 本部分将分析工具应用于实际的滤波问题，这是信号处理应用中最常见的任务。 第十章：无限脉冲响应（IIR）滤波器设计 本章专注于设计IIR数字滤波器。我们首先介绍如何利用双线性变换（Bilinear Transformation）将成熟的模拟滤波器设计（如巴特沃斯和切比雪夫滤波器）映射到数字域。我们详细分析了预掎变（Pre-warping）的必要性，并探讨了IIR滤波器在频率响应、相位特性和计算实现上的优缺点。 第十一章：有限脉冲响应（FIR）滤波器设计 FIR滤波器因其线性相位特性而在许多对相位失真敏感的应用中占据主导地位。本章重点介绍窗函数法，分析了不同窗函数（如矩形窗、汉宁窗、海明窗）对滤波器过渡带宽度和旁瓣衰减的影响。此外，本章还将介绍更高级的频率采样法和等波纹优化法（Parks-McClellan）的基本思想，用以获得最优的FIR滤波器特性。本章关注于如何根据规格要求，选择合适的窗函数并确定滤波器的阶数。 总结与展望： 本书的结构遵循了从连续到离散、从时域到频域、从理论到应用的递进路线。我们专注于信号处理的普适性数学工具，而非特定于某一通信协议或硬件实现。读者完成本书的学习后，将能够独立分析任何线性时不变系统（无论其输入是连续的模拟信号还是离散的数字序列），熟练运用傅里叶和Z变换进行频谱分析，并掌握设计满足特定性能要求的数字滤波器所需的理论知识和工程方法。本书为后续深入研究如自适应滤波、随机过程或高级数字调制技术打下了坚实的基础。

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我发现这本书在“技术概论”这个定位上做得非常平衡，它没有陷在纯理论的象牙塔里，而是紧密结合了当前的技术热点和实际应用场景。比如，在介绍无线信道传播模型时，作者没有停留在经典的奥古斯塔模型，而是花费了相当篇幅来探讨5G时代至关重要的毫米波传播特性和大规模衰落的应对策略。这种前瞻性体现在很多地方，比如，书中对软件定义无线电（SDR）的概念解析得非常到位，不仅仅是介绍其架构，还探讨了其在未来灵活频谱管理中的潜力。对于光通信部分，作者也处理得恰如其分，既介绍了光纤的物理特性，也着重阐述了相干检测、非线性效应补偿等核心技术在超高速网络中的重要性。这种既仰望星空（理论前沿），又脚踏实地（工程实践）的写作风格，让我觉得这本书的价值远超出了书名所暗示的“概论”范畴，更像是一份现代通信领域的“百科全书式”的指引手册。

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这本书最让我感到惊喜的是其对未来趋势的宏大视野和批判性思考。很多技术书籍只是简单地描述“是什么”和“怎么做”，但作者却花了笔墨探讨“为什么”以及“下一步会怎样”。例如，在探讨量子通信和物理层安全时，作者并没有将其视为遥远的概念，而是将其置于当前加密技术面临的挑战背景下进行分析，并冷静地评估了其在工程化落地中的瓶颈。这种超越现有技术范畴的讨论，极大地拓宽了我的思维边界。它促使我思考，我们现在所依赖的成熟技术，在未来几十年内可能面临怎样的颠覆。此外，书中对“绿色通信”和“能效优化”的关注，也体现了作者的社会责任感，将通信技术的进步与可持续发展紧密联系起来。读完这本书，我收获的不仅仅是具体的知识点，更是一种面对快速迭代的通信技术时的从容和前瞻性的战略眼光。它让我意识到，学习通信，就是要不断地追逐下一个未知的边界。

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这本书的深度和广度着实让人惊叹，它绝非市面上那些泛泛而谈的“入门读物”。我特别欣赏作者在处理高级主题时的那种毫不含糊的学术态度。比如，在涉及MIMO（多输入多输出）系统时，作者并没有回避其背后的线性代数和矩阵运算的复杂性，而是将其作为理解空间复用和抗干扰能力的关键。书中对预编码、波束赋形等前沿技术的讲解，逻辑链条非常完整，从理论推导到实际应用的限制都考虑到了。我甚至发现了一些在一些专业研究生教材中才会深入探讨的细节，比如信道估计误差对系统性能的影响分析。这使得这本书不仅适合初学者建立框架，更适合已经有一定基础的工程师进行查漏补缺和深入研究。每一次我感觉自己快要被复杂的数学公式“淹没”时，总能找到作者精心设置的“锚点”——往往是一段深刻的总结性文字，将所有的数学运算拉回到实际的工程意义上。这就像是一场高难度的攀岩，虽然路线陡峭，但每一步的支撑点都异常稳固可靠。

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这本《现代通信原理与技术概论》的封面设计得相当吸引人，那种深邃的蓝色调配上跳跃的电路图纹理，立刻给人一种专业、严谨的感觉。我原本以为这是一本枯燥的教科书，但翻开第一页就被作者的叙事方式所折服。它没有一开始就抛出晦涩的公式，而是从通信的起源讲起，那种娓娓道来的历史感，让人仿佛置身于早期的电报室或无线电发射台。书中对信息论基础的阐述极为精妙，不是简单的罗列定理，而是通过一系列生动的类比，将“熵”、“信道容量”这些抽象的概念具象化了。例如，作者在解释香农公式时，没有直接给出复杂的数学推导，而是用一个假设的“嘈杂房间里的对话”场景来模拟信息传输的损耗，这种接地气的方式极大地降低了初学者的理解门槛。更值得称赞的是，它对数字调制技术的介绍，从传统的ASK、FSK到复杂的QAM，图示清晰，配合详细的性能分析，让人对不同调制方式的优劣有了直观的认识。读完前几章，我感觉自己像是经历了一场从模拟到数字的“穿越”，对现代通信的基石有了扎实且充满兴趣的认识。

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坦率地说，这本书的排版和图表质量是业界顶尖水平。在阅读技术书籍时，图表的清晰度直接决定了理解的效率。这本教材在这方面几乎是无可挑剔的。无论是星座图的绘制，还是频谱图的对比，线条都锐利清晰，色彩搭配专业而不花哨。尤其是在解释OFDM（正交频分复用）的原理时，作者使用的时域和频域示意图，层次分明，通过动画般的逻辑推进，将子载波的相互正交性展示得淋漓尽致，这比我之前看过的任何一个PPT或在线教程都要直观。此外，书中对公式的引用格式非常规范，变量定义清晰明确，这对于需要对照查阅的读者来说，是极大的便利。我甚至发现，书中的每一个图表都配有详尽的图注，确保读者在不翻阅正文的情况下，也能大致理解图表所传达的核心信息。这种对细节的极致追求，体现了编者对读者体验的深度尊重。

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