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出版者:Prentice Hall

作者:Harold P.E. Stern

出品人:

页数:552

译者:

出版时间:2003-11-06

价格:USD 160.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780130402684

丛书系列:

图书标签:

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• 通信系统
• 信号处理
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深入探索信息时代的核心：现代信号处理与网络架构 图书名称： 现代信号处理与网络架构 图书简介： 在信息爆炸的今天，我们比以往任何时候都更依赖于高效、可靠的信息传输和处理技术。本书《现代信号处理与网络架构》旨在为读者提供一个全面、深入的视角，剖析支撑当代数字世界的两大核心支柱：先进的信号处理技术和复杂、健壮的网络架构设计。我们聚焦于那些在现代通信、传感、计算等领域起到决定性作用的关键理论、算法和工程实践，力求超越基础概念，直达前沿挑战与解决方案。 本书的结构设计兼顾理论的严谨性与应用的广泛性。第一部分专注于信号处理的深度革命，探讨如何从噪声中提取有用信息，以及如何以最小的失真将信息编码和传输。第二部分则将视角提升至系统层面，详细阐述了支撑全球互联的各种网络协议、拓扑结构和管理机制的设计哲学与实现细节。 第一部分：先进信号处理——信息的精炼与重构 本部分内容旨在构建读者对数字信号处理（DSP）的现代理解，特别关注那些在资源受限或高干扰环境中表现卓越的技术。 第一章：随机过程与最优滤波理论 本章从概率论和随机过程的严格数学基础出发，探讨了如何对不可预测的信号进行建模。我们深入研究了维纳-霍夫曼（Wiener-Hopf）方程的推导及其在经典最优线性滤波中的应用。重点在于理解噪声对信号估计的内在限制，以及如何通过卡尔曼滤波（Kalman Filtering）等递归方法，在实时系统中实现最优状态估计。讨论还将涉及扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF），以应对非线性系统的挑战，这对于现代导航、雷达和传感器融合至关重要。 第二章：现代频谱分析与稀疏信号处理 传统的傅里叶分析在处理非平稳信号时面临局限。本章引入了小波变换（Wavelet Transform）家族，包括连续小波变换（CWT）和离散小波变换（DWT），阐述它们在时频局部化方面的优势。随后，本书深入探讨了压缩感知（Compressed Sensing, CS）的颠覆性理念。我们详细解析了传感矩阵的设计原则、稀疏基的选择，以及基于$ell_1$范数最小化的重构算法（如Basis Pursuit和Orthogonal Matching Pursuit）。本章强调了如何通过稀疏性假设，实现远低于奈奎斯特速率的数据采集，这对高维数据（如医学成像和射电望远镜）的处理具有里程碑意义。 第三章：信道编码与纠错机制的演进 信息的可靠传输是通信的基石。本章回顾了经典的有理码（如BCH码和Reed-Solomon码），并着重介绍了现代高速率编码技术。我们详细剖析了LDPC（Low-Density Parity-Check）码的结构、Tanner图的构建及其基于概率的译码算法（如BP译码和SoS译码），解释了它们如何逼近香农极限。此外，还对极化码（Polar Codes）——一种在MIMO和5G标准中占据核心地位的编码方案——进行了深入的数学分析，包括其构造过程和通过仲裁（Summation of Overlapping Differences, SOD）实现的信道容量。 第二部分：复杂网络架构——连接世界的蓝图 本部分将焦点从单个信号的处理转移到信息如何在多个节点间高效、安全地路由和交换。我们关注网络设计的理论基础和关键工程实践。 第四章：网络层协议与路由机制的深度解析 本章细致考察了互联网协议栈（TCP/IP模型）中的核心协议。在网络层，我们深入探讨了IPv6的设计优势，特别是其在地址空间扩展和头部处理效率上的改进。对于路由选择，本书超越了简单的距离向量和链路状态算法，重点分析了策略路由（Policy-Based Routing）和边界网关协议（BGP）的复杂路径选择属性。我们研究了BGP的收敛性问题、路由黑洞和路径劫持的潜在风险，并讨论了最新的BGP安全扩展（如RPKI）。 第五章：拥塞控制与流量工程的动态博弈 可靠的网络传输依赖于精妙的拥塞控制机制。本章分析了TCP拥塞控制算法的演进历程，从经典的Tahoe/Reno到现代的CUBIC和BBR（Bottleneck Bandwidth and Round-trip propagation time）。我们利用排队论和博弈论的视角，来理解不同控制算法在竞争性网络环境下的性能权衡。此外，还详细介绍了软件定义网络（SDN）架构如何通过集中控制平面，实现更精细的流量工程和网络功能虚拟化（NFV）的部署，从而增强网络的灵活性和可编程性。 第六章：物理层网络与无线频谱的资源调度 面向未来，本章关注了物理层和介质访问控制（MAC）层在无线环境中的关键挑战。在无线接入网络中，频谱是稀缺资源。我们分析了正交频分复用（OFDM）技术在多径衰落信道下的鲁棒性，以及如何通过载波聚合（Carrier Aggregation）和波束赋形（Beamforming）来提升频谱效率。对于MAC层，本书深入研究了高级调度算法，如比例公平（Proportional Fairness）调度和最大加权完成时间（Max-Weight Scheduling），这些算法用于优化用户体验和系统吞吐量之间的平衡。此外，还讨论了超高频（mmWave）通信中的大规模MIMO系统设计及其在密集城市环境中的挑战。 第七章：网络安全与信息韧性 在所有先进架构中，安全是不可妥协的前提。本章从网络架构的角度审视安全威胁。我们分析了针对路由协议（如BGP劫持）和传输层（如DDoS攻击）的攻击向量。重点放在零信任（Zero Trust）架构的设计原则和实施细节，包括基于身份和上下文的动态访问控制。此外，本书还探讨了后量子密码学在网络协议栈中的集成路线图，确保未来通信基础设施的长期安全。 总结与展望： 《现代信号处理与网络架构》不仅仅是对现有技术的罗列，更是一部引导读者理解信息系统内在逻辑的工具书。通过对信号处理底层机制的精深掌握和对复杂网络架构宏观设计的清晰洞察，读者将能够在新一代无线技术、大规模数据中心和前沿计算范式（如边缘计算和量子计算网络）的研发与部署中，占据技术制高点。本书的最终目标是培养下一代能够设计、优化和保护全球信息基础设施的工程师和研究人员。

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《Communication Systems》这本书，给我带来的不仅仅是知识的增长，更是对未来科技发展的一种期待。书中关于网络架构和协议设计的章节，尤其让我感到兴奋。我开始理解，支撑我们日常通讯的，是一个多么庞大而精密的系统。从物理层到应用层，层层递进的协议栈，如同数字世界的交通规则，确保着信息的顺畅流通。我曾好奇，为何同一个网站，在不同的网络环境下，打开速度会有如此大的差异，这本书让我找到了答案。书中对TCP/IP协议族、以及各种路由算法的介绍，让我得以一窥网络世界的“幕后英雄”。

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《Communication Systems》这本书，在我看来，更像是一次探索未知领域的奇妙旅程。它不仅仅是关于技术，更是关于连接。从早期电报的“滴答”声，到如今无处不在的 Wi-Fi 和 5G，这本书都以一种宏大的视角，梳理了通讯技术发展的脉络。我特别喜欢书中关于信息论基础的介绍，它像一把钥匙，为我打开了理解信息传输效率和容量的窗口。香农的信息熵概念，在书中被讲解得既有深度又不失趣味，让我开始思考，在信息的海洋中，我们到底能够传递多少有价值的东西。这种从根本上理解通讯本质的思考，是许多技术书籍所缺乏的。

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读到《Communication Systems》的某些章节，我仿佛置身于一个繁忙的通讯枢纽，眼前闪烁着无数信号的轨迹。书中对不同通讯方式的比较分析，可以说是鞭辟入里。它不仅详细介绍了有线通讯的稳定与局限，更深入探讨了无线通讯的灵活性与挑战。我尤其对书中关于信号衰减、干扰以及多径效应的论述印象深刻。作者没有回避这些技术难题，反而通过清晰的图示和详实的解释，让我们理解了这些因素是如何影响信号质量的。更令人惊喜的是，书中还探讨了各种先进的纠错编码技术和调制解调方案，这些内容虽然技术性很强，但在作者的引导下，我竟然也窥见了其解决实际通讯问题的精妙之处。

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阅读《Communication Systems》的过程中，我深刻地体会到，通讯的本质在于克服时空的限制，实现信息的传递。书中对各种调制技术的详尽阐述，让我明白了信号是如何被“打扮”成能够穿越各种媒介的形态。无论是幅度调制、频率调制还是相位调制，作者都用形象的比喻和逐步深入的解析，将抽象的数学公式转化为易于理解的物理过程。我曾一度对复杂的调制解调过程感到头疼，但在这本书的引导下，我逐渐理清了其中的逻辑关系，甚至开始对这些看似“看不见”的技术充满了敬意。

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一本名为《Communication Systems》的书，最近终于被我捧在手里，迫不及待地翻开了序章。这本书给我最深刻的印象，是它以一种令人耳目一新的方式，将原本可能枯燥的技术概念，描绘得生动形象。作者并非一味地堆砌公式和理论，而是巧妙地融入了大量贴近现实生活的案例。比如，在讲解信息编码与解码的原理时，书中并没有止步于抽象的比特流，而是以日常生活中我们发送短信、接收广播信号的过程为例，让我们能够直观地理解信息是如何被转换、传输再还原的。这种“理论联系实际”的做法，极大地降低了理解门槛，也让我对通讯世界的复杂性有了更深刻的认识。

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