9787563528691 通信原理 北京郵電大學齣版社有限公司 李輝 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

基本信息

書名：通信原理

定價：35.00元

作者：李輝

齣版社：北京郵電大學齣版社有限公司

齣版日期：2012-02-01

ISBN：9787563528691

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.359kg

編輯推薦

---

內容提要

---

　　《21世紀高職高專規劃教材：通信原理》以現代通信係統模型為主綫，以數字通信原理與技術為重點，係統地闡述瞭通信係統的基本組成、基本原理和基本實現方法。
　　全書共9章，內容包括通信係統概述、信號分析、信道與噪聲、模擬調製、模擬信號的數字傳輸、數字基帶傳輸、數字調製、差錯控製編碼、同步原理等。
　　《21世紀高職高專規劃教材：通信原理》可作為高職高專通信、電子信息類或相近專業的教材，也可作為相關科技人員的參考用書。

目錄

---

作者介紹

---

文摘

---

序言

---

《信號與係統》 引言 在現代科技飛速發展的今天，信息無處不在，從我們手中的智能手機到全球範圍內的通信網絡，再到各種復雜的工業控製係統，都離不開對信號和係統的深刻理解。而《信號與係統》這門課程，正是揭示信息傳遞奧秘的基石。它係統地介紹瞭信號的錶示、變換、分析方法，以及各種係統（包括綫性時不變係統、連續時間係統和離散時間係統）的特性、建模和響應。本書旨在為讀者提供一個堅實的基礎，幫助理解和掌握通信、控製、電子工程、計算機科學等領域中的核心概念。 第一部分：信號的錶示與初步分析 第一章：信號概述 本章首先界定“信號”的概念，將信號視為攜帶信息的物理量或數學錶達式。我們將從物理現象齣發，引入不同類型的信號，如語音信號、圖像信號、生物電信號等，並探討它們在時域和頻域中的基本特徵。 信號的分類： 按時間特性：連續時間信號（如模擬電壓、溫度）與離散時間信號（如數字采樣值）。我們將深入探討兩者之間的關係，特彆是采樣定理如何連接連續世界與離散世界。 按幅度特性：連續幅度信號（模擬信號）與離散幅度信號（數字信號）。 按周期性：周期信號、非周期信號。周期信號的重復性在分析中至關重要，而非周期信號則需要更廣泛的數學工具。 按能量/功率：能量信號（有限能量）與功率信號（有限平均功率）。這種劃分對於理解信號的整體特性和分析方法的選擇具有指導意義。 基本信號： 指數信號：作為許多信號的基石，指數信號 $e^{at}$ 及其復指數形式 $e^{jomega t}$ 在分析中扮演著核心角色。我們將研究其在實數和復數域中的行為。 正弦信號： $Acos(omega t + phi)$ 是自然界中最常見的周期信號之一，在通信、振動等領域應用廣泛。 單位階躍信號（ $u(t)$ 或 $u[n]$ ）：錶示信號的開啓或關閉，是理解係統響應的重要起點。 單位衝激信號（ $ delta(t) $ 或 $ delta[n] $ ）：作為一種理想化的信號，它在係統分析中具有不可替代的作用，特彆是在捲積積分/和的計算中。我們將詳細介紹其“篩選”性質。 矩形信號、三角信號等：這些信號在實際中也有應用，同時也是理解更復雜信號的良好起點。 信號運算： 尺度變換（時間伸縮、時間反轉）：例如， $f(at)$ 和 $f(-t)$ 的幾何意義和數學錶達式。 移位（時間平移）： $f(t-t_0)$ 的意義。 幅度縮放。 信號的相加、相乘。 第二章：係統概述與綫性時不變係統 本章將引入“係統”的概念，將其定義為一個將輸入信號轉換為輸齣信號的變換器。我們將重點關注一類非常重要且具有廣泛應用價值的係統——綫性時不變（LTI）係統。 係統的分類： 按因果性：因果係統（輸齣僅依賴於當前及過去的輸入）與非因果係統（輸齣依賴於未來的輸入）。在實際係統中，因果性是普遍存在的。 按穩定性：BIBO（有界輸入，有界輸齣）穩定性是工程上最為關注的穩定性概念。 按記憶性：記憶係統（輸齣依賴於過去的輸入值）與無記憶係統（輸齣僅依賴於當前輸入）。 按是否是綫性的：綫性係統與非綫性係統。 按是否是時不變的：時不變係統與時變係統。 綫性係統： 疊加原理：如果係統對信號 $x_1(t)$ 的響應是 $y_1(t)$ ，對信號 $x_2(t)$ 的響應是 $y_2(t)$ ，那麼對信號 $a x_1(t) + b x_2(t)$ 的響應就是 $a y_1(t) + b y_2(t)$ 。我們將通過數學推導和實例來闡述這一原理。 齊次性（比例性）： $L{ax(t)} = a L{x(t)}$ 加性： $L{x_1(t) + x_2(t)} = L{x_1(t)} + L{x_2(t)}$ 時不變係統： 如果輸入信號 $x(t)$ 産生輸齣 $y(t)$ ，那麼將輸入信號延遲 $t_0$ 時間，即 $x(t-t_0)$ ，産生的輸齣也將是原輸齣的延遲，即 $y(t-t_0)$ 。 LTI係統的基本性質： 零輸入響應與零狀態響應：一個LTI係統的總響應可以分解為由初始狀態引起的零輸入響應和由輸入信號引起的零狀態響應。 係統函數/衝激響應：LTI係統的核心描述工具。我們將引入衝激響應 $h(t)$ （連續時間）或 $h[n]$ （離散時間），它定義瞭係統對單位衝激信號的響應。瞭解衝激響應，就如同瞭解瞭係統的“指紋”，可以通過它推斷係統對任意輸入的響應。 第二部分：時域分析與係統響應 第三章：連續時間LTI係統的時域分析 本章將深入探討如何利用LTI係統的衝激響應來分析係統對任意輸入信號的響應。 捲積積分： 連續時間LTI係統的輸齣 $y(t)$ 可以通過輸入信號 $x(t)$ 與係統衝激響應 $h(t)$ 的捲積積分得到： $y(t) = x(t) h(t) = int_{-infty}^{infty} x( au) h(t- au) d au$ 我們將詳細推導捲積積分的意義，並解釋其在時域中錶示的“滑動”、“相乘”、“積分”過程。 通過多種示例，包括不同形狀的輸入信號和衝激響應，演示捲積積分的計算方法，例如信號為階躍函數、衝激函數，以及衝激響應為指數函數、衝激函數的情況。 捲積的性質：交換律、結閤律、分配律。這些性質在簡化係統組閤和分析中非常有用。 零輸入響應與零狀態響應： 如何通過初始條件計算零輸入響應。 如何通過捲積計算零狀態響應。 零輸入響應和零狀態響應的疊加構成瞭係統的全響應。 微分方程與差分方程描述的LTI係統： 許多LTI係統可以用常係數綫性微分方程（連續時間）或差分方程（離散時間）來描述。 我們將學習如何從微分方程/差分方程齣發，求解係統的衝激響應。 如何利用拉普拉斯變換/Z變換將微分方程/差分方程轉化為代數方程，從而簡化求解過程。 第四章：離散時間LTI係統的時域分析 與連續時間係統類似，本章研究離散時間LTI係統的時域分析方法。 捲積和： 離散時間LTI係統的輸齣 $y[n]$ 可以通過輸入信號 $x[n]$ 與係統衝激響應 $h[n]$ 的捲積和得到： $y[n] = x[n] h[n] = sum_{k=-infty}^{infty} x[k] h[n-k]$ 我們將詳細解釋捲積和的計算步驟，以及其在時域上的幾何意義。 通過示例演示捲積和的計算，包括信號為單位階躍序列、單位衝激序列，以及衝激響應為指數序列、單位衝激序列的情況。 捲積和的性質：交換律、結閤律、分配律。 零輸入響應與零狀態響應： 如何通過初始條件計算離散時間LTI係統的零輸入響應。 如何通過捲積和計算離散時間LTI係統的零狀態響應。 零輸入響應和零狀態響應的疊加構成離散時間LTI係統的全響應。 差分方程描述的LTI係統： 重點講解如何從差分方程齣發，求解離散時間LTI係統的衝激響應。 與連續時間係統類似，Z變換是求解差分方程的強大工具。 第三部分：頻域分析與係統特性 第五章：傅裏葉級數與傅裏葉變換 本章是頻域分析的核心，它將引入將信號分解為不同頻率正弦分量的數學工具。 傅裏葉級數： 指數形式傅裏葉級數：對於周期信號 $x(t)$ ，可以錶示為： $x(t) = sum_{k=-infty}^{infty} c_k e^{jkomega_0 t}$ 其中 $c_k = frac{1}{T} int_0^T x(t) e^{-jkomega_0 t} dt$ 是傅裏葉係數， $T$ 是周期， $omega_0 = frac{2pi}{T}$ 是基頻。 三角形式傅裏葉級數：將指數形式展開，得到正弦和餘弦項。 傅裏葉級數的收斂性：狄利剋雷條件。 周期信號的頻譜：傅裏葉級數的係數 $c_k$ 反映瞭信號在離散頻率上的成分，形成離散的譜綫。 傅裏葉變換： 將周期信號的傅裏葉級數推廣到非周期信號，通過令周期 $T o infty$ ，基頻 $omega_0 o 0$，得到傅裏葉變換： $X(jomega) = mathcal{F}{x(t)} = int_{-infty}^{infty} x(t) e^{-jomega t} dt$ 傅裏葉逆變換： $x(t) = mathcal{F}^{-1}{X(jomega)} = frac{1}{2pi} int_{-infty}^{infty} X(jomega) e^{jomega t} domega$ 傅裏葉變換的意義： $X(jomega)$ 錶示信號 $x(t)$ 在頻率 $omega$ 上的復幅度（幅度和相位），它揭示瞭信號的頻譜特性。 傅裏葉變換的性質： 綫性： $mathcal{F}{ax_1(t) + bx_2(t)} = aX_1(jomega) + bX_2(jomega)$ 時移： $mathcal{F}{x(t-t_0)} = e^{-jomega t_0} X(jomega)$ 頻移： $mathcal{F}{e^{jomega_0 t} x(t)} = X(j(omega - omega_0))$ 尺度變換： $mathcal{F}{x(at)} = frac{1}{|a|} X(jfrac{omega}{a})$ 時域微分： $mathcal{F}{frac{dx(t)}{dt}} = jomega X(jomega)$ 頻域微分： $mathcal{F}{t x(t)} = j frac{d}{domega} X(jomega)$ 捲積定理： $mathcal{F}{x_1(t) x_2(t)} = X_1(jomega) X_2(jomega)$ （這是頻域分析的關鍵，將時域的捲積運算轉化為頻域的乘積運算）。 帕斯瓦爾定理：信號的能量在時域和頻域是相等的。 典型信號的傅裏葉變換：例如，單位衝激信號、單位階躍信號、矩形信號、指數信號、正弦信號的傅裏葉變換。 離散時間傅裏葉變換 (DTFT)： 對於離散時間非周期信號 $x[n]$ ，其傅裏葉變換為： $X(e^{jomega}) = sum_{n=-infty}^{infty} x[n] e^{-jomega n}$ DTFT的性質：與連續時間傅裏葉變換類似，但周期性有所不同。 離散時間周期信號的傅裏葉級數：其傅裏葉變換是離散的衝激串。 第六章：LTI係統的頻域分析 本章將利用傅裏葉變換來分析LTI係統的頻率響應特性。 係統函數/頻率響應： 對於LTI係統，其輸齣信號 $Y(jomega)$ 是輸入信號 $X(jomega)$ 與係統衝激響應 $h(t)$ 的傅裏葉變換 $H(jomega)$ 的乘積： $Y(jomega) = X(jomega) H(jomega)$ $H(jomega) = mathcal{F}{h(t)}$ 稱為係統的頻率響應，它描述瞭係統對不同頻率分量的增益和相位變化。 幅度響應： $|H(jomega)|$ 錶示係統對不同頻率信號的放大或衰減作用。 相位響應： $angle H(jomega)$ 錶示係統對不同頻率信號引入的相位延遲。 LTI係統的濾波特性： 低通濾波器：允許低頻信號通過，衰減高頻信號。 高通濾波器：允許高頻信號通過，衰減低頻信號。 帶通濾波器：允許特定頻率範圍內的信號通過。 帶阻濾波器：衰減特定頻率範圍內的信號。 我們將通過分析係統的頻率響應 $|H(jomega)|$ 來理解其濾波特性。 離散時間LTI係統的頻率響應： $Y(e^{jomega}) = X(e^{jomega}) H(e^{jomega})$ $H(e^{jomega})$ 稱為離散時間係統的頻率響應。 第四部分：傅裏葉變換的離散化與Z變換 第七章：拉普拉斯變換 拉普拉斯變換是傅裏葉變換在復數域上的推廣，它能夠處理更廣泛的信號，特彆是那些傅裏葉變換不存在或收斂性不好的信號，並能更好地分析不穩定係統。 單邊拉普拉斯變換： $X(s) = mathcal{L}{x(t)u(t)} = int_0^infty x(t) e^{-st} dt$，其中 $s = sigma + jomega$ 是復頻率。 收斂域 (ROC)： 拉普拉斯變換存在的 $s$ 的取值範圍。收斂域對於唯一確定一個信號從其拉普拉斯變換反變換至關重要。 拉普拉斯變換的性質： 綫性、時移、頻移、尺度變換、微分、積分等。 LTI係統的係統函數： 在拉普拉斯域中，LTI係統的係統函數 $H(s)$ 可以通過微分方程直接得到，它是有理函數（多項式之比）。 $Y(s) = X(s) H(s)$ 零極點分析： 係統函數的零點和極點決定瞭係統的穩定性和特性。 穩定性的判斷：係統的所有極點必須位於復平麵的左半平麵（實部小於零），此時收斂域包含虛軸。 第八章：Z變換 Z變換是離散時間信號分析的拉普拉斯變換的等價形式，它能夠處理離散時間信號，並分析離散時間LTI係統。 單邊Z變換： $X(z) = mathcal{Z}{x[n]u[n]} = sum_{n=0}^infty x[n] z^{-n}$ 雙邊Z變換： $X(z) = sum_{n=-infty}^infty x[n] z^{-n}$ 收斂域 (ROC)： Z變換存在的 $z$ 的取值範圍，通常是一個圓環。 Z變換的性質： 綫性、時移、頻移、尺度變換、微分（乘 $n$ ）、捲積等。 離散時間LTI係統的係統函數： 在Z域中，離散時間LTI係統的係統函數 $H(z)$ 可以通過差分方程直接得到，它也是有理函數。 $Y(z) = X(z) H(z)$ 零極點分析： 係統函數的零點和極點決定瞭離散時間LTI係統的穩定性。 穩定性的判斷：所有極點必須位於單位圓內。 第五部分：高級概念與應用 第九章：傅裏葉變換的離散化與采樣 本章深入探討瞭連續信號離散化（采樣）過程中産生的頻譜特性，以及如何避免混疊。 采樣定理： 一個帶限信號 $x(t)$ （帶寬小於 $B$ Hz），以高於 $2B$ Hz 的采樣率進行采樣，則原始信號可以從其采樣值中完全恢復。 $f_s > 2B$ 。 混疊現象：當采樣率低於奈奎斯特速率時，高頻分量會“摺疊”到低頻區域，導緻原始信號失真。 抗混疊濾波器：在采樣前使用低通濾波器去除高頻分量，以滿足采樣定理的要求。 離散傅裏葉變換 (DFT)： 對連續時間信號進行采樣後，其傅裏葉變換的無限積分變為有限和。 DFT的定義：對於一個長度為 $N$ 的有限長序列 $x[n]$ ( $0 le n le N-1$ )，其DFT為： $X[k] = sum_{n=0}^{N-1} x[n] e^{-j frac{2pi}{N} kn}$ ， $0 le k le N-1$ DFT的意義：將信號的頻譜離散化，便於計算機處理。 逆離散傅裏葉變換 (IDFT)： $x[n] = frac{1}{N} sum_{k=0}^{N-1} X[k] e^{j frac{2pi}{N} kn}$ DFT的性質：綫性、周期性、循環移位、捲積等。 快速傅裏葉變換 (FFT)：DFT的高效計算算法，極大地加速瞭頻譜分析。 第十章：係統的穩定性、因果性與狀態空間錶示 本章將對LTI係統的基本性質進行更深入的探討，並引入更通用的係統描述方法。 穩定性： BIBO穩定性：對有限輸入産生有限輸齣。 Lyapunov穩定性（更一般，適用於非綫性係統）：在零輸入零狀態下，係統軌跡收斂到平衡點。 LTI係統的穩定性條件： 連續時間：所有極點在左半平麵。 離散時間：所有極點在單位圓內。 因果性： 輸齣僅依賴於當前及過去的輸入。 LTI係統的因果性條件： 連續時間：衝激響應 $h(t) = 0$ for $t<0$ 。 離散時間：衝激響應 $h[n] = 0$ for $n<0$ 。 狀態空間錶示： 一種更通用的係統描述方法，適用於綫性和非綫性、時變和時不變係統。 將係統描述為一組一階微分方程（連續時間）或差分方程（離散時間），以及一個輸齣方程。 狀態嚮量：描述係統在某一時刻內部狀態的最小一組變量。 綫性係統狀態空間錶示： 連續時間： $dot{mathbf{x}}(t) = mathbf{A}mathbf{x}(t) + mathbf{B}mathbf{x}(t)$ ， $mathbf{y}(t) = mathbf{C}mathbf{x}(t) + mathbf{D}mathbf{x}(t)$ 離散時間： $mathbf{x}[n+1] = mathbf{A}mathbf{x}[n] + mathbf{B}mathbf{x}[n]$ ， $mathbf{y}[n] = mathbf{C}mathbf{x}[n] + mathbf{D}mathbf{x}[n]$ 狀態空間錶示在現代控製理論、信號處理和係統辨識等領域有廣泛應用。 結論 《信號與係統》是一門貫穿多個工程技術領域的 foundational 課程。通過對信號的錶示、係統特性的分析，以及時域、頻域和復域（拉普拉斯域、Z域）的數學工具的掌握，讀者將能夠深入理解信息是如何産生、傳輸、處理和變換的。本書不僅為進一步學習通信、控製、電子、計算機等高級課程奠定堅實基礎，更能培養解決實際工程問題的分析能力和係統思維。掌握本書內容，意味著掌握瞭現代信息社會的核心技術語言。