计算机网络原理与技术

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出版者:黑龙江哈尔滨工业大学
作者:姚万生
出品人:
页数:342
译者:
出版时间:2007-9
价格:26.00元
装帧:
isbn号码:9787560322698
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机网络
  • 网络原理
  • 网络技术
  • 数据通信
  • TCP/IP
  • 网络协议
  • 网络安全
  • 计算机科学
  • 通信工程
  • 网络编程
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具体描述

《数字信号处理与系统分析》 本书简介 《数字信号处理与系统分析》是一部全面深入探讨数字信号处理(DSP)理论基础、核心算法与工程应用的专业教材与参考手册。本书旨在为电子工程、通信工程、控制工程、计算机科学以及相关领域的学生、研究人员和工程师提供一个扎实、系统且具有前瞻性的知识体系。 本书的结构设计严谨,内容覆盖面广,从最基本的离散时间信号与系统理论出发,逐步过渡到复杂的滤波器设计、快速傅里叶变换(FFT)的应用,以及现代自适应信号处理技术。全书共分为四个主要部分,共十二章节,逻辑清晰,层层递进。 --- 第一部分:离散时间信号与系统基础 (Chapters 1-3) 本部分为后续高级主题奠定坚实的数学和理论基础。 第一章:连续时间信号与离散时间信号的表示 本章首先回顾了连续时间信号的性质,并详细阐述了信号的采样过程,包括采样定理的推导、混叠现象的分析与避免策略。重点介绍了离散时间信号(序列)的表示方法,如差分方程、脉冲响应序列等。此外,还深入讨论了周期序列、能量信号与功率信号的定义及其特性。本章通过大量的实例说明,帮助读者建立从连续世界到离散世界的桥梁。 第二章:离散时间系统的基本性质与分析 本章聚焦于描述和分析离散时间系统的基本工具。详细讲解了线性、时不变性(LTI)系统的概念及其判定方法。系统的冲激响应和卷积和是本章的核心内容,通过全卷积公式,展示了输入信号与系统特性如何共同决定系统的输出。我们还探讨了系统的因果性、稳定性(BIBO稳定性)的判据,并引入了转移函数的概念,为Z变换的分析做铺垫。 第三章:Z变换及其在系统分析中的应用 Z变换是分析离散时间系统的核心数学工具。本章系统地介绍了双边Z变换和单边Z变换的定义、收敛域(ROC)的物理意义及其重要性。详细推导了常用序列的Z变换对,并深入分析了时移、微分(在离散时间系统中的对应操作)等重要性质。最后,利用Z变换求解线性常系数差分方程(LCCDE),并分析了零、极点在Z平面上的分布与系统响应之间的关系,强调了ROC对系统稳定性和因果性的决定性作用。 --- 第二部分:频域分析与变换 (Chapters 4-6) 本部分将分析的重点从时间域转向频域,这是理解信号处理本质的关键步骤。 第四章:离散傅里叶变换(DFT)与序列的周期延拓 本章首先从连续时间傅里叶变换(FT)的周期延拓过渡到离散时间傅里叶变换(DTFT)。DTFT虽然能提供连续频率信息,但难以直接计算。因此,本章引出DFT,它是DTFT在等间隔频率点上的采样。详细讲解了DFT的定义、性质,并深入分析了圆周卷积的概念。本章还探讨了有限长序列的DFT特性,如频谱泄漏(Spectral Leakage)现象及其对实际分析的影响。 第五章:快速傅里叶变换(FFT)算法 FFT是现代数字信号处理效率的基石。本章聚焦于如何高效地计算DFT。详细介绍并推导了最著名的两种FFT算法:按时间抽取(Decimation-In-Time, DIT)和按频率抽取(Decimation-In-Frequency, DIF)的基-2 FFT算法。通过蝶形运算(Butterfly Diagram)的原理图解,清晰展示了算法的递归结构和计算复杂度的大幅降低。此外,还讨论了非2的N次方的序列长度的处理方法,如零填充(Zero Padding)技术。 第六章:周期图与功率谱密度估计 本章将DFT/FFT的应用扩展到随机信号分析领域。首先定义了信号的能量谱和功率谱,并引入了功率谱密度(PSD)的概念。重点讲解了如何利用周期图(Periodogram)来估计信号的PSD,并分析了周期图固有的局限性,如方差大和分辨率低。为了解决这些问题,本章详细介绍了改进的谱估计方法,如Welch平均周期图法,通过分段平均来降低估计方差,平衡偏差与方差。 --- 第三部分:数字滤波器设计 (Chapters 7-9) 滤波器是DSP中最基础也是最重要的应用模块。本部分系统地介绍了IIR和FIR两种主流滤波器的设计方法。 第七章:无限脉冲响应(IIR)滤波器设计 IIR滤波器因其在低阶数下能实现陡峭的幅度响应而备受青睐。本章基于模拟滤波器设计理论,重点介绍双线性变换法(Bilinear Transformation)。详细讲解了如何将模仿巴特沃斯(Butterworth)和切比雪夫(Chebyshev)等经典模拟滤波器转换为数字滤波器,并讨论了预畸变(Prewarping)技术以消除非线性频率映射带来的误差。本章最后分析了IIR滤波器在有限精度运算下的量化效应和稳定性问题。 第八章:有限脉冲响应(FIR)滤波器设计 FIR滤波器因其内在的线性相位特性而在对相位敏感的应用中占据主导地位。本章详细介绍了FIR滤波器的主要设计方法,特别是窗函数法。系统讲解了矩形窗、汉宁窗、海明窗等常见窗函数的特性,以及如何根据所需的过渡带宽和阻带衰减来选择合适的窗函数。此外,还介绍了频率采样法和等波纹法(Parks-McClellan算法简介),为高级设计提供参考。 第九章:多速率信号处理与抽取/插值 多速率信号处理是现代通信和音频处理的关键技术。本章引入了采样率转换的概念,详细解释了降采样(抽取)和升采样(插值)的原理和实现。重点分析了如何利用半速率滤波器(Half-band filters)在保证信号质量的前提下,高效地进行采样率的整数倍或有理数倍的转换,并讨论了在软件定义无线电(SDR)系统中的实际应用。 --- 第四部分:自适应滤波与高级主题 (Chapters 10-12) 本部分将理论与前沿应用相结合,探讨了如何在信号特性未知或时变的环境下进行最优处理。 第十章:自适应线性预测器与均衡 自适应信号处理的核心在于系统参数能够根据输入信号的统计特性自动调整。本章首先介绍了线性预测的理论基础,即如何用过去或当前信号的最佳线性组合来估计未来的信号值。重点讲解了维纳滤波器(Wiener Filter)的最优解。随后,详细推导并分析了最著名的自适应算法——最小均方误差(LMS)算法的收敛性、步长选择对性能的影响,并将其应用于信道均衡和噪声消除。 第十一章:自适应滤波器在回声消除与噪声消除中的应用 本章将LMS算法应用于两个关键的实际问题。在回声消除中,分析了如何建立回声路径模型,并通过自适应滤波器持续估计该路径的冲激响应,从而实时产生反相信号抵消回声。在噪声消除中,讨论了如何利用参考噪声源(如麦克风阵列)来构建噪声消除系统,特别是盲源分离(BSS)的初步概念。 第十二章:数字滤波器结构的优化与实现考量 本章从工程实现的视角出发,讨论了如何优化数字滤波器的实现结构以提高效率和精度。对比了直接型、级联型和并联型三种基本结构,并重点分析了二阶IIR节(Biquad Sections)的设计,以增强量化稳定性。此外,本章还探讨了有限字长效应,包括乘法器和加法器中的量化噪声对系统性能的影响,强调了定点数和浮点数在DSP实现中的权衡。 --- 本书特色: 理论与实践并重: 每章均配有大量的例题和习题,并辅以MATLAB/Python实现的仿真案例,帮助读者将抽象的理论转化为可操作的工程代码。 深度与广度兼顾: 从经典理论(如Z变换、FFT)到现代技术(如LMS、多速率处理),构建了完整的知识链。 清晰的数学推导: 所有核心算法和公式均提供详细的推导过程,确保读者不仅知其然,更知其所以然。 本书适用于作为高等院校电子信息类专业本科高年级及研究生的教材或教学参考书,同时也是从事通信、控制、声学、图像处理等领域的工程师必备的案头工具书。

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读后感

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用户评价

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这本书的讲解深入浅出,对于初学者来说,简直是一盏明灯。作者没有一上来就堆砌那些晦涩难懂的专业术语,而是用了很多贴近生活的比喻来阐释复杂的概念,比如将数据包比作信件,路由器比作邮局的分拣中心。我记得第一次接触网络协议时,各种层次结构和协议名称弄得我晕头转向,但读了这本书,特别是关于TCP/IP协议栈的那几章,感觉豁然开朗。它细致地剖析了每一层的功能和它们之间的协作关系,让你明白为什么网络需要分层设计,以及这种设计带来的好处。尤其是那些关于拥塞控制和流量控制的章节,讲解得非常细致到位,不仅仅是理论的陈述,还穿插了实际应用中的例子,让我能更好地理解在带宽有限的情况下,网络是如何保证数据传输的稳定性和效率的。这本书的图文并茂也是一个巨大的加分项,那些精心绘制的流程图和拓扑结构图,直观地展示了数据流动的路径和状态,比单纯的文字描述有效得多。这本书的结构安排也很有逻辑性,从物理层的基础开始,逐步向上构建起整个网络世界的知识体系,读起来有一种层层递进、稳扎稳打的感觉,让人信心倍增。

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这本书的实践指导部分可以说是教科书级别的范例,对于想动手搭建或维护网络环境的工程师来说,价值无可估量。它不仅仅停留在理论层面,而是大量篇幅用于讲解实际的配置和故障排除技巧。我特别欣赏它对主流网络设备配置命令的详尽介绍,无论是思科还是华为的设备,都有相应的实操案例。比如关于VLAN划分和路由协议(OSPF/EIGRP)的配置讲解,步骤清晰,每一步的操作意图都解释得非常到位,避免了新手在实际操作中‘盲目敲命令’的窘境。更重要的是,书中对常见网络问题的排查思路和方法论进行了系统性的梳理,比如如何利用`ping`、`traceroute`以及更底层的工具来定位丢包和延迟的根源,这种系统化的思维训练,比记住一堆孤立的命令更有价值。每次遇到棘手的网络问题时,我都会翻阅这本书的故障排除章节,总能从中找到思路的启发,它教会我的不是‘怎么做’,而是‘如何思考’一个网络问题。这本书的实操性之强,足以让一名刚毕业的学员迅速成长为能处理实际问题的网络工程师。

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这本书的宏大叙事角度非常独特,它将网络技术的发展历程和前沿趋势融入到基础理论的讲解之中,使得学习过程充满了历史感和未来感。很多教材只关注当前的技术标准,但这本书却花了不少笔墨回顾了早期的网络演进,从早期的ARPANET到如今的SDN和5G,这种纵深感让人对当前技术有了更深刻的理解,明白了我们现在所用的技术都是历史选择的结果。例如,在讲解IP寻址时,它顺带提到了IPv4地址耗尽的历史背景,从而自然地引出了IPv6的设计理念和优势,这种结合历史背景的解释,极大地增强了知识点的记忆深度。此外,书中对未来网络方向的展望,例如网络功能虚拟化(NFV)和软件定义网络(SDN)的介绍,视角非常开阔,虽然这些前沿技术可能更新迭代很快,但它提供的基本架构思想和设计哲学是稳固的。阅读这本书,就像是获得了一张全景地图,不仅能看清脚下的路,还能预见远方的风景,让人对这个领域保持持久的热情和探索欲。

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这本书的语言风格简直是一股清流,在充斥着干燥技术术语的领域里,作者展现出了一种难得的人文关怀和教学热情。叙述的语调非常平和、鼓励性强,读起来完全没有传统教材那种拒人于千里之外的冰冷感。作者善于使用类比和反问句来引导读者的思考,让人感觉像是在和一位经验丰富、耐心细致的导师进行一对一的交流。比如在解释三次握手建立连接的机制时,作者不是简单地罗列SYN、ACK的交换,而是通过‘你在打电话前如何确认对方是否准备好听你讲话’这样的生活场景来比拟,瞬间消除了距离感。而且,这本书的版式设计也极为用心,重点概念加粗、关键公式独立成块,阅读体验极其流畅。它有效地避免了长时间阅读技术文档带来的视觉疲劳。这本书的价值远超其本身的知识传授,它成功地将一门可能枯燥的技术学科,转化成了一段充满启发性和愉悦感的学习旅程,让人愿意主动投入时间和精力去深入钻研。

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我必须强调这本书在严谨性上的无可挑剔,它的学术深度足以满足研究生级别的学习要求,同时又保持了对本科生的友好度。书中对于某些核心算法的推导过程,比如路由选择算法中的最短路径计算,推导过程逻辑严密,每一步的数学基础都阐述得清清楚楚,没有丝毫的跳跃或含糊不清的地方。对于那些对网络底层机制有极致追求的读者来说,这本书绝对是宝库。它甚至涉及到了一些更深层次的性能分析和建模,比如如何利用排队论来分析路由器缓冲区的设计对网络延迟的影响。这种对理论根源的深挖,使得读者在面对新的网络协议或技术出现时,能够迅速理解其背后的原理,而不是简单地背诵新的配置手册。对于我这种喜欢刨根问底的人来说,这本书的每一个公式、每一个定理背后都有详尽的数学或逻辑支撑,让人不得不佩服作者在学术功底上的深厚积累。阅读过程中,我感觉自己不仅仅是在学习一门技术,更是在学习一种严谨的工程思维模式。

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