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出版者:清华大学出版社

作者:李文海

出品人:

页数:286

译者:

出版时间:2004-6-1

价格:27.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787810822008

丛书系列:

图书标签:

• 数字通信
• 光纤通信
• 光数字传输
• 通信原理
• 信号处理
• 调制解调
• 信道编码
• 多路复用
• 现代通信
• 信息论

《现代信号处理导论》 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代信号处理理论与技术基础。内容涵盖了从离散时间信号和系统分析到现代谱估计方法，再到先进的滤波器设计与应用等多个核心领域。全书结构严谨，理论推导详尽，同时注重理论与实际应用的结合，是工程师、研究人员及相关专业高年级本科生和研究生的理想教材与参考书。 第一部分：离散时间信号与系统基础 本部分奠定了信号处理的数学基础。首先，系统地介绍了离散时间信号的表示、性质以及其在傅里叶变换域内的分析工具——离散时间傅里叶变换（DTFT）和离散傅里叶变换（DFT）。我们深入探讨了线性时不变（LTI）系统的基本概念，包括其差分方程表示、卷积的数学形式及其在频域的意义。 系统的稳定性、因果性等关键性质得到了详尽的阐述。特别地，本书花费大量篇幅讲解了Z变换，不仅作为分析离散系统的强大工具，还详细分析了Z平面上的收敛域（ROC）如何决定系统的稳定性与因果性。通过大量的实例分析，读者能够熟练掌握如何利用Z变换来求解系统的零极点位置及其对系统时域响应的影响。 第二部分：数字滤波器设计 本部分是本书的重点之一，系统地介绍了数字滤波器（Digital Filters）的设计原理和实用方法。我们区分并详细比较了无限脉冲响应（IIR）滤波器和有限脉冲响应（FIR）滤波器两大类结构。 对于FIR滤波器的设计，重点讲解了窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗等）及其对通带、阻带衰减和过渡带宽的影响。此外，还引入了频率采样法和Parks-McClellan算法（最小二乘法优化设计），以获得具有最优性能的滤波器。 对于IIR滤波器的设计，首先回顾了模拟滤波器（如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器）的经典设计规范。随后，详细介绍了从模拟滤波器到数字滤波器的双线性变换法（Bilinear Transformation）和脉冲响应不变法。本书强调了IIR滤波器在资源受限环境下的高效性，同时也分析了其潜在的非线性相位失真问题。 本书还涉及了滤波器结构的实现细节，包括直接型、级联型和并联型结构，并讨论了量化效应和有限精度对滤波器性能的影响。 第三部分：现代谱分析 频谱分析是信号处理中至关重要的一环。本书从传统的傅里叶分析方法出发，引入了周期图（Periodogram）及其局限性（方差大、分辨率低）。 随后，本书系统地介绍了参数化谱估计方法，特别是自回归（AR）模型、滑动平均（MA）模型和AR-MA（ARMA）模型的原理。详细推导了Yule-Walker方程，并讲解了Burg算法等高效估计AR模型参数的方法。这些现代方法极大地提高了低信噪比环境下信号参数估计的精度和分辨率。 此外，本书还深入探讨了非参数化（或称非模型基）谱估计，包括了经典的重叠相加法（Welch's method）以降低周期图的方差，以及先进的多重信号分类（MUSIC）和旋转子空间法（Minimum Variance Distortionless Response, MVDR）等高分辨率谱估计技术。通过具体的数值例子，展示了这些方法在识别相近频率分量时的优越性。 第四部分：自适应滤波与应用 自适应滤波是信号处理领域最具实用价值的分支之一。本部分集中介绍基于误差信号反馈不断调整滤波器权值的自适应算法。 核心内容包括最小均方（LMS）算法的推导、收敛性分析及其步长选择对性能的影响。在此基础上，本书进一步介绍了归一化LMS（NLMS）算法，该算法通过动态调整步长，提高了算法的鲁棒性和收敛速度。 我们还讨论了递归最小二乘（RLS）算法，虽然计算复杂度较高，但其具有更快的收敛速度，特别适用于快速变化的信道环境。 本书将自适应滤波理论应用于多个实际场景，包括： 1. 噪声抵消：分析了自适应噪声消除器（ANC）的结构与性能。 2. 回声消除：重点讲解了在通信系统中消除声学或混合回声的关键技术。 3. 信道均衡：阐述了如何利用自适应均衡器来补偿信道引起的信号失真，确保数据传输的可靠性。 第五部分：小波变换基础（选讲） 作为一种多分辨率分析工具，小波变换已成为现代信号处理中不可或缺的一部分。本部分简要介绍了连续小波变换（CWT）和离散小波变换（DWT）的基本概念。重点讨论了小波基的选择、多分辨率分析（MRA）框架以及基于Mallat算法的快速分解与重构过程。这部分内容为后续在图像处理和压缩领域的深入学习奠定了基础。 全书特点： 理论与实践并重： 每一章的理论推导都辅以清晰的数学证明，并结合MATLAB/Python等工具的仿真实例，帮助读者理解算法的实际运行效果。 覆盖面广： 涵盖了从基础理论到前沿应用的完整知识体系，是进行进一步专业研究的坚实基础。 层次清晰： 结构安排遵循由浅入深的逻辑，确保初学者能逐步掌握复杂概念。

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这本书的结构安排，简直就像一位经验老到的工程师在为你制定学习路线图。它没有像许多教科书那样将理论知识点零散地堆砌，而是构建了一个清晰的逻辑框架，从最基本的信号表示、限带系统，一步步过渡到现代通信系统的核心——数字调制与解调。我尤其喜欢其中关于信道特性的分析部分，作者对各种信道模型（如瑞利衰落、莱斯信道）的描述非常到位，不仅给出了数学描述，更重要的是，结合了实际环境中的影响，比如城市峡谷效应或者深空通信的特点。这种层层递进的讲解，使得我对信号在传输过程中可能遇到的“挑战”有了全方位的认识。更令人称道的是，书中对功率谱密度的讲解，非常注重其物理意义，而不是仅仅停留在傅里叶变换的计算层面，这帮助我真正理解了为什么有些调制方式更“省”带宽，有些则更“抗”噪声。对于希望系统性地构建数字通信知识体系的工程师来说，这本书的章节布局和知识点的铺陈，提供了一个极佳的自学路径，每读完一章，都会有一种豁然开朗的感觉，为后续更高级的课题（如MIMO或OFDM）打下了坚实的地基。

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这本书的专业深度是毋庸置疑的，但最让我感到惊喜的是其对前沿技术发展的关照度。尽管这是一本基础教材，它并没有故步自封于经典的香农理论，而是相当及时地引入了现代高速通信所必需的关键技术概念。例如，在介绍脉冲成形滤波器时，它不仅详细对比了升余弦滤波器（Raised Cosine）和平方根升余弦滤波器的优劣，还提及了在超高速率传输中，如何利用非均匀采样和更复杂的波形设计来提高频谱利用率。此外，对于数字基带处理中遇到的定时和频率同步问题，书中提供的解决方案详实且富有洞察力，尤其是关于Gardner定时提取器和循环前缀的应用，讲解得比我在其他任何资料中看到的都要清晰。这表明作者紧跟行业脉搏，确保了书中的知识体系不仅稳固于经典理论，更能为读者衔接到当前正在部署或研发中的下一代通信标准提供必要的知识桥梁。对于希望从事研发工作的专业人士而言，这种对细节的把握和对前沿的适度覆盖，是极其宝贵的财富。

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我必须承认，这本书的阅读体验非常“沉浸式”，这很大程度上归功于作者精妙的语言组织能力和对读者心理的把握。阅读技术书籍时，最怕的就是陷入术语的泥潭，但这本书的行文风格显得异常流畅和人性化。它的用词精准却不晦涩，总能在关键时刻用一个恰当的比喻来锚定一个复杂的概念。举个例子，讲解多址接入技术时，作者用了一个非常形象的场景来区分TDMA、FDMA和CDMA的资源分配策略，让我瞬间明白了它们在时域、频域和码域上各自的“主权范围”。这种将抽象的数学模型转化为具象场景的能力，极大地增强了知识的留存率。此外，书中的练习题设计也堪称一绝，它们不是简单的计算题，而是引导性的探索，很多题目都指向了实际工程中需要权衡的关键参数，迫使读者必须动手动脑，真正“玩转”这些理论工具。总而言之，这本书在学术的严谨性和教学的艺术性之间，找到了一个罕见的黄金分割点，让学习过程从一种任务变成了一种享受。

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读完这本书，我最大的感受是，它不仅仅是一本“技术手册”，更像是一部“思想启蒙录”。作者在讲解通信系统设计时，始终贯穿着一种深刻的系统工程思维。例如，在讨论信源编码时，它没有仅仅局限于香农熵的理论极限，而是深入探讨了如何选择合适的编码器（如行程长度编码或算术编码）来匹配特定数据源的统计特性，以及这种选择对后续量化和调制的反向影响。这种辩证的、全局的视角，对于培养一个合格的通信系统设计师至关重要。我发现书中对“噪声容限”的讨论尤为精彩，它没有简单地给出误码率曲线，而是深入剖析了系统设计中如何通过优化预加重、均衡器参数来最大化信噪比的有效利用。这种对“效率”和“性能”之间永恒矛盾的深刻洞察，使得阅读过程充满了思辨的乐趣。它引导我思考的不仅仅是“如何实现”，更是“为什么这样实现是当前最优解”，这份对设计哲学的阐述，远超了一般教科书的范畴。

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这本书，从翻开第一页开始，就给我一种深入浅出的感觉，作者的叙述方式非常贴合初学者的认知曲线。我记得最开始接触相关理论时，总是被那些复杂的数学公式和抽象的信号模型绕得晕头转向，但这本书却巧妙地避开了枯燥的理论堆砌，而是通过大量生动的工程实例和直观的图示来阐释核心概念。比如，在讲解调制解调原理时，书中并不是简单地抛出星座图，而是结合实际通信场景，比如如何在噪声环境下区分不同的信号点，甚至细致地分析了不同调制方式在频谱效率和抗干扰能力上的权衡。这种“以用带学”的编排思路，极大地降低了学习门槛。我特别欣赏作者在引入信道编码和均衡技术时所展现的匠心，他们没有止步于讲解哈明码或者维特比算法的数学推导，而是着重阐述了这些技术在实际的无线信道衰落和多径效应中是如何发挥“救生圈”作用的，让我深刻理解了理论与实践的紧密结合。对于想要打下扎实基础，并对未来深入研究方向有所了解的读者来说，这本书无疑是开启探索之旅的优秀向导，它成功地在严谨性和可读性之间找到了一个绝佳的平衡点。

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