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出版者:科学出版社

作者:金惠平

出品人:

页数:155

译者:

出版时间:2003-8

价格:15.00元

装帧:

isbn号码:9787030120267

丛书系列:

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• 模拟电子技术
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• 电子工程
• 实操

深入解析：现代通信系统中的信号处理与调制技术 （本书不涉及模拟电子技术实训教程中的任何具体电路或实验内容，而是聚焦于现代信息传输的理论基石与核心算法。） --- 前言：信息时代的无形之舞 在当今这个数据爆炸的时代，我们对信息传输的依赖达到了前所未有的高度。从高清视频流到全球定位系统，从智能手机的日常通话到深空探测器的遥远回音，所有这些奇迹的背后，都依赖于对信息进行高效、可靠编码和传输的复杂过程。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，剖析支撑现代通信系统的核心——信号处理与调制技术。 我们不再关注晶体管的物理特性或电阻电容的参数选择，而是将目光投向信息的数学本质，探讨如何将抽象的数据转化为可以在物理信道中可靠传播的波形，以及如何在接收端精确地还原这些信息。 --- 第一部分：数字信号处理的基石 本部分将建立读者理解现代通信系统的数学框架，重点在于如何对离散化后的信号进行有效的分析与操作。 第一章：离散时间信号与系统 本章从连续时间信号的采样定理出发，阐释了如何从模拟世界中提取出数字信息而不失真（奈奎斯特-香农采样定理的精细解读）。随后，深入探讨了离散时间信号的表示方法，包括Z变换的原理及其在系统分析中的应用。我们将详细分析线性时不变（LTI）系统的冲激响应、频率响应，并引入卷积的概念，这是所有信号操作的数学核心。本章将大量使用傅里叶分析的离散形式，特别是离散时间傅里叶变换（DTFT）和离散傅里叶变换（DFT），为后续的频谱分析奠定基础。 第二章：有限冲击响应（FIR）与无限冲击响应（IIR）滤波器设计 滤波器是信号处理中的“手术刀”，用于选择性地提取或抑制特定频率范围的信号成分。本章对比了FIR和IIR滤波器的结构、优缺点及适用场景。对于FIR滤波器，我们将详细讲解窗函数法（如汉宁窗、海明窗）的设计流程，以及更高效的频率采样法。对于IIR滤波器，重点将放在双线性变换法，如何将连续时间滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫）映射到数字域，确保稳定性和相位特性。本章的重点在于通过数学推导，指导读者根据实际的性能指标（如过渡带宽、阻带衰减）来精确确定滤波器的阶数和系数。 第三章：快速傅里叶变换（FFT）及其应用 傅里叶分析虽然强大，但直接计算DFT的复杂度较高。本章的核心在于FFT算法，特别是蝶形运算和分治策略，如何将计算复杂度从 $O(N^2)$ 降低到 $O(Nlog N)$。我们将分析不同FFT算法（如Cooley-Tukey算法）的实现细节和资源消耗。在应用层面，FFT被广泛用于频谱分析（功率谱密度估计）、相关运算以及高效的滤波实现（频域滤波）。本章会探讨实际应用中零填充（Zero Padding）对频谱分辨率的影响。 --- 第二部分：现代数字调制与信道编码 信息经过预处理和数字化后，需要通过调制技术将其加载到载波上以便通过物理信道传输。同时，为了对抗噪声和干扰，必须引入冗余信息——信道编码。 第四章：数字基带传输与成形 本章关注信号在尚未载波调制前的基带形式。我们将深入研究脉冲整形技术，如升余弦滤波器（Raised Cosine Filtering），它在保证信息不发生码间串扰（ISI）的同时，优化了信号的带宽效率。本章还将解析最佳接收器（匹配滤波器）的设计原理，证明其在加性高斯白噪声（AWGN）信道中能够达到最低的误码率（BER）。此外，本章还将引入眼图分析，作为判断信道质量和均衡器性能的直观工具。 第五章：线性复杂调制技术 本章是现代高速通信系统的核心。我们不再满足于简单的ASK或FSK，而是转向了M进制振幅键控（M-ASK）、M进制相位键控（M-PSK）以及正交幅度调制（QAM）。我们将详细分析这些调制的星座图、能量效率、带宽效率以及它们各自的误码率性能曲线。重点解析了M进制调制中，如何通过增加相位或幅度状态的数量来提高频谱效率，以及这种提升带来的抗噪声能力下降的权衡。我们还将探讨MPSK和MQAM在实际系统（如Wi-Fi和LTE）中的具体应用和选择依据。 第六章：高级调制与多载波技术 为了进一步提高频谱利用率，本章探讨了正交频分复用（OFDM）技术。我们将从傅里叶变换的正交性原理出发，推导OFDM的数学模型，解释其如何通过将高速数据流分解到大量低速子载波上来有效对抗频率选择性衰落和ISI。本章将详细分析循环前缀（Cyclic Prefix, CP）的作用、插入与移除，以及如何在接收端利用FFT/IFFT进行解调和均衡。此外，还会简要介绍正交幅度与相位调制（OFDM的混合应用）及其在4G/5G通信中的关键地位。 第七章：信道编码与纠错理论 本章关注如何通过在数据流中增加受控的冗余信息来提高传输的可靠性。我们将从香农信道容量定理出发，理解信息论的极限。随后，深入研究代数编码方法，包括分组码（如汉明码、BCH码、里德-所罗门码RS码）的编码与译码过程。对于Turbo码和低密度奇偶校验码（LDPC码）等现代高性能编码，本章会阐述其迭代译码的原理及其如何接近香农极限的性能。重点将放在编码增益的概念及其在实际通信系统设计中的量化分析。 --- 结语：从理论到实践的桥梁 本书的编写目标是为读者构建一个坚实的理论基础，使其能够理解并设计现代通信链路中的关键模块。我们着重于信号的数学建模、算法推导和性能分析，而非具体的硬件实现细节。掌握这些原理，读者将能够自信地分析任何基于正交、数字调制的通信协议，并理解其性能瓶颈所在，为后续更深入的系统级研究打下坚实的基础。

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这本书的装帧设计得非常吸引人，封面采用了沉稳的深蓝色调，配以清晰的白色字体，给人一种专业且可靠的感觉。纸张的质感也相当不错，光滑且厚实，拿在手里很有分量感。尤其值得称赞的是，书中的插图和电路图绘制得极其精美、细致入微，每一个元器件的符号都清晰可辨，让人在学习复杂的电路结构时，能迅速抓住重点。排版方面也做得非常人性化，章节之间的过渡自然流畅，段落间的留白恰到好处，即便是初学者在长时间阅读后也不会感到视觉疲劳。我特别喜欢它在章节开头设置的“学习目标”和结尾的“知识点回顾”环节，这极大地帮助我梳理和巩固了每一部分的学习内容，让知识的吸收过程变得系统而高效。这本书的整体视觉呈现，无疑为枯燥的电子技术学习增添了不少乐趣和专业气息。

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这本书的语言风格非常平易近人，丝毫没有那种高高在上的技术术语堆砌感。作者在解释一些相对抽象的概念时，总是善于采用生活中的类比，使得那些原本晦涩难懂的电子原理，瞬间变得生动起来。比如，在描述电容对交流信号的“隔直通交”特性时，作者竟然把它比喻成一个只允许特定“速度”的车辆通行的收费站，这个比喻让我一下子就抓住了核心概念，再也不容易混淆。而且，书中大量的注释和“专家提示”部分，都是以一种非常口语化、如同朋友间交流的方式呈现的，这极大地降低了学习的心理门槛。我常常觉得，这不是在看一本教材，更像是在听一位资深工程师娓娓道来他的经验总结，让人倍感亲切和受用。

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从内容的深度和广度来看，这本书的编排逻辑简直是教科书级别的严谨。它并非仅仅停留在基础元器件的介绍，而是很有层次地引入了多级电路的设计与分析。从最简单的分压电路，到逐步深入到运算放大器的级联应用，每一步的难度提升都控制得恰到好处，确保读者能够稳步攀升知识的阶梯。我尤其欣赏它在涉及反馈机制和频率响应分析时所展现出的数学功底，所有的公式推导都清晰可见，每一步的数学运算都有明确的物理意义解释，而不是单纯的公式罗列。这使得我对电路的动态特性有了更深层次的理解，不再满足于知道“能用”，而是开始追究“为什么能达到这样的性能”，这对于培养一个合格的电子工程师是至关重要的基石。

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这本书的配套资源体系搭建得相当完善，这点超出了我最初的预期。除了课本本身，附带的光盘或在线资源中包含了大量实用的仿真文件和参考代码片段。我发现，当我在书本上学习完一个模块，比如设计一个简单的音频放大器后，可以直接调用书上提供的.sch或.pspice文件进行虚拟搭建和调试。这极大地节省了我在物理实验中寻找元器件和反复接线的时间，让我能更专注于软件层面的优化和电路性能的验证。此外，书中还穿插了许多“历史上的经典电路回顾”和“前沿技术展望”的小栏目，这些内容虽然不是核心考点，却极大地拓宽了我的视野，让我对电子技术的发展脉络有了更宏观的认识，也激发了我未来继续探索更复杂领域的兴趣。

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我接触过不少技术类的教材，但很少有能像这本书一样，将理论知识与实际操作的结合点做得如此紧密和贴切。书中对每一个实验项目的引入，都先进行了详尽的理论铺垫，确保读者理解“为什么这么做”，而不是盲目地按照步骤操作。例如，在讲解某个放大电路的搭建时，作者不仅给出了标准的电路图，还详细分析了各个元器件参数对最终输出波形的影响，甚至预设了几个可能出现的错误连接，并指导我们如何进行故障排查。这种“预见性”的指导，极大地提升了我的动手能力和解决实际问题的信心。对我来说，一本好的实训教材，核心价值就在于它能否架起理论与实践之间的桥梁，而这本书在这方面做得堪称典范，让我感觉自己像是有了一位经验丰富的导师在身边实时指导。

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