《國外電子與通信教材系列:信號與系統(第2版)》討論了信號與系統分析的基本理論、基本分析方法及其應用。全書共分11章,主要講述了線性系統的基本理論、信號與系統的基本概念、線性時不變系統、連續與離散信號的傅里葉表示、傅里葉變換以及時域和頻域系統的分析方法等內容。
《國外電子與通信教材系列:信號與系統(第2版)》作者使用了大量在濾波、采樣、通信和反饋系統中的實例,并行討論了連續系統、離散系統、時域系統和頻域系統的分析方法,使讀者能透徹地理解各種信號系統的分析方法并比較其異同。
《國外電子與通信教材系列:信號與系統(第2版)》可作為通信與電子系統類、自動化類以及全部電類專業信號與系統課程的教材,也可以供所有從事信息獲取、轉換、傳輸及處理工作的其他專業研究生、教師和廣大科技工作者參考。
本書適合作為大學本科“信號與系統”課程教科書。雖然這類課程通常屬于電氣工程類的課程,但作為該課程核心的一些基本概念和方法,對于所有工程類的專業來說都很重要。事實上,隨著工程師們面臨著需要對一些復雜過程進行分析或綜合的新挑戰,信號與系統分析方法潛在的和實際的應用范圍都一直在擴大著。為此我們認為,信號與系統方面的課程不僅是工程教學中一門最基本的課程,而且也能夠成為工程類學生在大學教育階段所修課程中最有得益而又引人入勝并且最有用處的一門課。
關于“信號與系統”課程的處理和論述的基本宗旨和看法,第二版與第一版相同,但是在內容的組織和選取上有較大的變化,基本上屬于重寫和重新組織,并有較多的補充。這些變化的目的在于更有助于教師講授這門課和學生掌握這門課的內容。在第一版的前言中曾提到過,由于在信號與系統設計和實現手段上的持續發展,對于學生來說,需要對連續時間和離散時間系統的分析與綜合技術都很熟悉,這一點越來越重要。當我們寫第二版前言時,更堅定了這樣的看法和指導原則。這樣,學習信號與系統的學生就不僅要在基于物理學定律的那些課程上應該具有堅實的基礎,而且在使用計算機進行現象分析和系統及算法的實現上也必須具備扎實的基礎。結果,在現在的工程類課表中就反映出一些混雜的課程,有些是涉及連續時間模型的,而另一些又主要是針對計算機應用和離散表示的。因此,在工程類學生的教育及其所選定的領域中,為了給現在和將來的發展做準備,以一種統一的方式,在信號與系統課中將離散時間和連續時間的概念揉合在一起顯得日益重要。
正是本著這些目的,該書以并行的方式建立了連續時間和離散時間信號與系統的分析方法。這一途徑在教學上也是十分可取的,它可以利用連續和離散時間方法之間的共同點來分享各自所獲得的理性和感性認識;而兩者之間的差異又可用來加深理解各自不同的獨特性質。
在材料組織方面(無論是第一版還是第二版),我們還認為本書所論述的基本方法在某些重要方面的應用也應該作為基本內容介紹給學生。這樣做不僅能讓學生了解目前所學內容的某些應用方面和進一步研究的方向,而且還有助于加深對問題本身的理解。為此,就濾波、通信、采樣、連續時間信號的離散時
第1章 信號與系統
1.0 引言
1.1 連續時間和離散時間信號
1.1.1 舉例與數學表示
1.1.2 信號能量與功率
1.2 自變量的變換
1.2.1 自變量變換舉例
1.2.2 周期信號
1.2.3 偶信號與奇信號
1.3 指數信號與正弦信號
1.3.1 連續時間復指數信號與正弦信號
1.3.2 離散時間復指數信號與正弦信號
1.3.3 離散時間復指數序列的周期性質
1.4 單位沖激與單位階躍函數
1.4.1 離散時間單位脈沖和單位階躍序列
1.4.2 連續時間單位階躍和單位沖激函數
1.5 連續時間和離散時間系統
1.5.1 簡單系統舉例
1.5.2 系統的互聯
1.6 基本系統性質
1.6.1 記憶系統與無記憶系統
1.6.2 可逆性與可逆系統
1.6.3 因果性
1.6.4 穩定性
1.6.5 時不變性
1.6.6 線性
1.7 小結
習題
第2章 線性時不變系統
2.0 引言
2.1 離散時間線性時不變系統:卷積和
2.1.1 用脈沖表示離散時間信號
2.1.2 離散時間線性時不變系統的單位脈沖響應及卷積和表示
2.2 連續時間線性時不變系統:卷積積分
2.2.1 用沖激表示連續時間信號
2.2.2 連續時間線性時不變系統的單位沖激響應及卷積積分表示
2.3 線性時不變系統的性質
2.3.1 交換律性質
2.3.2 分配律性質
2.3.3 結合律性質
2.3.4 有記憶和無記憶線性時不變系統
2.3.5 線性時不變系統的可逆性
2.3.6 線性時不變系統的因果性
2.3.7 線性時不變系統的穩定性
2.3.8 線性時不變系統的單位階躍響應
2.4 用微分和差分方程描述的因果線性時不變系統
2.4.1 線性常系數微分方程
2.4.2 線性常系數差分方程
2.4.3 用微分和差分方程描述的一階系統的方框圖表示
2.5 奇異函數
2.5.1 作為理想化短脈沖的單位沖激
2.5.2 通過卷積定義單位沖激
2.5.3 單位沖激偶和其他奇異函數
2.6 小結
習題
第3章 周期信號的傅里葉級數表示
3.0 引言
3.1 歷史回顧
3.2 線性時不變系統對復指數信號的響應
3.3 連續時間周期信號的傅里葉級數表示
3.3.1 成諧波關系的復指數信號的線性組合
3.3.2 連續時間周期信號傅里葉級數表示的確定
3.4 傅里葉級數的收斂
3.5 連續時間傅里葉級數性質
3.5.1 線性性質
3.5.2 時移性質
3.5.3 時間反轉
3.5.4 時域尺度變換
3.5.5 相乘
3.5.6 共軛及共軛對稱
3.5.7 連續時間周期信號的帕斯瓦爾定理
3.5.8 連續時間傅里葉級數性質列表
3.5.9 舉例
3.6 離散時間周期信號的傅里葉級數表示
3.6.1 成諧波關系的復指數信號的線性組合
3.6.2 周期信號傅里葉級數表示的確定
3.7 離散時間傅里葉級數性質
3.7.1 相乘
3.7.2 一次差分
3.7.3 離散時間周期信號的帕斯瓦爾定理
3.7.4 舉例
3.8 傅里葉級數與線性時不變系統
3.9 濾波
3.9.1 頻率成形濾波器
3.9.2 頻率選擇性濾波器
3.10 用微分方程描述的連續時間濾波器舉例
3.10.1 簡單RC低通濾波器
3.10.2 簡單RC高通濾波器
3.11 用差分方程描述的離散時間濾波器舉例
3.11.1 一階遞歸離散時間濾波器
3.11.2 非遞歸離散時間濾波器
3.12 小結
習題
第4章 連續時間傅里葉變換
4.0 引言
4.1 非周期信號的表示:連續時間傅里葉變換
4.1.1 非周期信號傅里葉變換表示的導出
4.1.2 傅里葉變換的收斂
4.1.3 連續時間傅里葉變換舉例
4.2 周期信號的傅里葉變換
4.3 連續時間傅里葉變換性質
4.3.1 線性性質
4.3.2 時移性質
4.3.3 共軛與共軛對稱性
4.3.4 微分與積分
4.3.5 時間與頻率的尺度變換
4.3.6 對偶性
4.3.7 帕斯瓦爾定理
4.4 卷積性質
4.4.1 舉例
4.5 相乘性質
4.5.1 具有可變中心頻率的頻率選擇性濾波
4.6 傅里葉變換性質和基本傅里葉變換對列表
4.7 由線性常系數微分方程表征的系統
4.8 小結
習題
第5章 離散時間傅里葉變換
5.0 引言
5.1 非周期信號的表示:離散時間傅里葉變換
5.1.1 離散時間傅里葉變換的導出
5.1.2 離散時間傅里葉變換舉例
5.1.3 關于離散時間傅里葉變換的收斂問題
5.2 周期信號的傅里葉變換
5.3 離散時間傅里葉變換性質
5.3.1 離散時間傅里葉變換的周期性
5.3.2 線性性質
5.3.3 時移與頻移性質
5.3.4 共軛與共軛對稱性
5.3.5 差分與累加
5.3.6 時間反轉
5.3.7 時域擴展
5.3.8 頻域微分
5.3.9 帕斯瓦爾定理
5.4 卷積性質
5.4.1 舉例
5.5 相乘性質
5.6 傅里葉變換性質和基本傅里葉變換對列表
5.7 對偶性
5.7.1 離散時間傅里葉級數的對偶性
5.7.2 離散時間傅里葉變換和連續時間傅里葉級數之間的對偶性
5.8 由線性常系數差分方程表征的系統
5.9 小結
習題
第6章 信號與系統的時域和頻域特性
6.0 引言
6.1 傅里葉變換的模和相位表示
6.2 線性時不變系統頻率響應的模和相位表示
6.2.1 線性與非線性相位
6.2.2 群時延
6.2.3 對數模和相位圖
6.3 理想頻率選擇性濾波器的時域特性
6.4 非理想濾波器的時域和頻域特性討論
6.5 一階與二階連續時間系統
6.5.1 一階連續時間系統
6.5.2 二階連續時間系統
6.5.3 有理型頻率響應的伯德圖
6.6 一階與二階離散時間系統
6.6.1 一階離散時間系統
6.6.2 二階離散時間系統
6.7 系統的時域分析與頻域分析舉例
6.7.1 汽車減震系統的分析
6.7.2 離散時間非遞歸濾波器舉例
6.8 小結
習題
第7章 采樣
7.0 引言
7.1 用信號樣本表示連續時間信號:采樣定理
7.1.1 沖激串采樣
7.1.2 零階保持采樣
7.2 利用內插由樣本重建信號
7.3 欠采樣的效果:混疊現象
7.4 連續時間信號的離散時間處理
7.4.1 數字微分器
7.4.2 半采樣間隔延時
7.5 離散時間信號采樣
7.5.1 脈沖串采樣
7.5.2 離散時間抽取與內插
7.6 小結
習題
第8章 通信系統
8.0 引言
8.1 復指數與正弦幅度調制
8.1.1 復指數載波的幅度調制
8.1.2 正弦載波的幅度調制
8.2 正弦幅度調制的解調
8.2.1 同步解調
8.2.2 非同步解調
8.3 頻分多路復用
8.4 單邊帶正弦幅度調制
8.5 用脈沖串進行載波的幅度調制
8.5.1 脈沖串載波調制
8.5.2 時分多路復用
8.6 脈沖幅度調制
8.6.1 脈沖幅度已調信號
8.6.2 脈沖幅度調制系統中的碼間干擾
8.6.3 數字脈沖幅度調制和脈沖編碼調制
8.7 正弦頻率調制
8.7.1 窄帶頻率調制
8.7.2 寬帶頻率調制
8.7.3 周期方波調制信號
8.8 離散時間調制
8.8.1 離散時間正弦幅度調制
8.8.2 離散時間調制轉換
8.9 小結
習題
第9章 拉普拉斯變換
9.0 引言
9.1 拉普拉斯變換
9.2 拉普拉斯變換收斂域
9.3 拉普拉斯逆變換
9.4 由零-極點圖對傅里葉變換進行幾何求值
9.4.1 一階系統
9.4.2 二階系統
9.4.3 全通系統
9.5 拉普拉斯變換的性質
9.5.1 線性性質
9.5.2 時移性質
9.5.3 s域平移
9.5.4 時域尺度變換
9.5.5 共軛
9.5.6 卷積性質
9.5.7 時域微分
9.5.8 s域微分
9.5.9 時域積分
9.5.10 初值定理與終值定理
9.5.11 性質列表
9.6 常用拉普拉斯變換對
9.7 用拉普拉斯變換分析與表征線性時不變系統
9.7.1 因果性
9.7.2 穩定性
9.7.3 由線性常系數微分方程表征的線性時不變系統
9.7.4 系統特性與系統函數的關系舉例
9.7.5 巴特沃思濾波器
9.8 系統函數的代數屬性與方框圖表示
9.8.1 線性時不變系統互聯的系統函數
9.8.2 由微分方程和有理系統函數描述的因果線性時不變系統的方框圖表示
9.9 單邊拉普拉斯變換
9.9.1 單邊拉普拉斯變換舉例
9.9.2 單邊拉普拉斯變換性質
9.9.3 利用單邊拉普拉斯變換求解微分方程
9.10 小結
習題
第10章 z變換
10.0 引言
10.1 z變換
10.2 z變換的收斂域
10.3 z逆變換
10.4 利用零-極點圖對傅里葉變換進行幾何求值
10.4.1 一階系統
10.4.2 二階系統
10.5 z變換的性質
10.5.1 線性性質
10.5.2 時移性質
10.5.3 z域尺度變換
10.5.4 時間反轉
10.5.5 時間擴展
10.5.6 共軛
10.5.7 卷積性質
10.5.8 z域微分
10.5.9 初值定理
10.5.10 性質小結
10.6 幾個常用z變換對
10.7 利用z變換分析與表征線性時不變系統
10.7.1 因果性
10.7.2 穩定性
10.7.3 由線性常系數差
……