本书系工业和信息化部“十四五”规划教材,注重理论普适性与应用特殊性相结合,过程推导与仿真验证相结合,能力培养与价值塑造相结合。全书共8 章,主要分三个部分。部分为数字信号与系统的分析方法,内容包括:离散时间信号与系统、离散时间信号与系统的频域分析、离散傅里叶变换、快速傅里叶变换。第二部分为系统的设计与实现,内容包括:滤波器的实现方法、IIR数字滤波器设计、FIR数字滤波器设计。第三部分为相关理论知识对应的实验内容。编者在改版本书的过程中,特意对本书进行了信息化建设,尤为注重对知识点进行深入浅出的诠释和喜闻乐见的立体化呈现。 本书可作为高等院校电子类、通信类、自动化类等相关专业的教材,也可用于硕士研究生相关课程的教学过程,还可作为广大科技工作者的参考书。

【章名目录】 第 1章 离散时间信号与系统 第 2章 离散时间信号和系统的频域分析 第3章 离散傅里叶变换 第4章 快速傅里叶变换 第5章 滤波器的实现方法 第6章 IIR 数字滤波器设计 第7章 FIR 数字滤波器设计 第8章 数字信号处理实验 【具体目录】 第 1章 离散时间信号与系统 1. 1 离散时间信号 …………………………… 2 1. 1. 1 常用典型序列 ………………… 3 1. 1. 2 序列的运算 …………………… 6 1. 2 离散时间系统 …………………………… 7 1. 2. 1 线性系统 ……………………… 8 1. 2. 2 时不变系统 …………………… 8 1. 2. 3 系统的因果性和稳定性 ……… 9 1. 3 离散时间系统的描述 ………………… 10 1. 3. 1 用单位脉冲响应与卷积表示线性时不变系统 ……………… 10 1. 3. 2 用线性常系数差分方程表示 线性时不变系统 ……………… 15 1. 3. 3 线性常系数差分方程的求解 … 15 1. 3. 4 线性卷积与相关函数之间的关系 …………………………… 18 1. 4 模拟信号的数字处理方法 …………… 18 1. 4. 1 采样定理 ……………………… 19 1. 4. 2 时域采样恢复 ………………… 22 1. 5 本章小结 ……………………………… 25 习题 1 ………………………………………… 25 第 2章 离散时间信号和系统的频域分析 2. 1 序列的傅里叶分析 …………………… 29 2. 1. 1 序列傅里叶变换 ……………… 29 2. 1. 2 序列傅里叶变换的性质与 定理 …………………………… 31 2. 1. 3 离散傅里叶级数 ……………… 40 2. 1. 4 离散傅里叶级数的性质 ……… 41 2. 1. 5 周期序列的傅里叶变换 ……… 43 2. 1. 6 离散时间信号傅里叶变换与模拟信号傅里叶变换的关系 … 46 2. 2 序列的 Z 变换 ………………………… 49 2. 2. 1 定义 …………………………… 49 2. 2. 2 收敛域 ………………………… 49 2. 2. 3 逆变换 ………………………… 52 2. 2. 4 Z 变换与拉普拉斯变换、序列傅里叶变换的关系 ……… 58 2. 2. 5 Z 变换的性质与定理 ………… 59 2. 2. 6 利用 Z 变换求解差分方程 …… 63 2. 3 系统的频域分析 ……………………… 65 2. 3. 1 传输函数与系统函数 ………… 65 2. 3. 2 用系统函数的极点分布分析系统的因果性与稳定性 ……… 66 2. 3. 3 用系统函数的零、极点分布分析系统的频率特性 ………… 67 2. 4 本章小结 ……………………………… 72 习题 2 ………………………………………… 73 第3章 离散傅里叶变换 3. 1 周期序列的离散傅里叶级数 ………… 77 3. 2 离散傅里叶变换的定义 ……………… 79 3. 2. 1 周期延拓与取主值运算 ……… 80 3. 2. 2 离散傅里叶变换定义 ………… 81 3. 2. 3 DFT 的矩阵表示 ……………… 84 3. 3 离散傅里叶变换的基本性质 ………… 86 3. 3. 1 线性性质 ……………………… 86 3. 3. 2 序列循环移位性质 …………… 86 3. 3. 3 循环卷积 ……………………… 90 3. 3. 4 频域循环卷积定理 …………… 94 3. 3. 5 复共轭序列和翻转序列的 DFT …………………………… 94 3. 3. 6 DFT 的共轭对称性 …………… 95 3. 3. 7 帕斯瓦尔定理 ………………… 98 3. 3. 8 DFT 性质小结 ………………… 99 3. 4 DFT、ZT 及 DTFT 之间的关系 ……… 99 3. 4. 1 已知有限长度序列的 ZT、DTFT,确定其 DFT ………………… 100 3. 4. 2 已知有限长度序列的 DFT,确定其 ZT、DTFT …………… 102 3. 5 频率采样定理 ………………………… 103 3. 6 离散傅里叶变换在信号频谱分析方面的应用 ………………………………… 107 3. 6. 1 四种傅里叶分析方法小结 … 107 3. 6. 2 利用 DFT 对非周期时间连续信号进行频谱分析 ………… 109 3. 6. 3 用 DFT 对序列进行频谱分析 ………………………… 115 3. 7 DFT在正交频分复用系统中的应用 … 116 3. 7. 1 OFDM 的基本原理…………… 118 3. 7. 2 循环卷积应用——克服 OFDM 符号之间的干扰 …………… 120 3. 7. 3 旋转因子正交性——频率不同步对 OFDM 系统的影响 … 122 3. 7. 4 DFT 性质的应用——OFDM 信号的峰均值比问题 ……… 122 3. 7. 5 奈奎斯特采样定理的应用 ——导频插入间隔以及导 频图样 ……………………… 124 3. 8 本章小结 ……………………………… 126 习题 3 ……………………………………… 127 第4章 快速傅里叶变换 4. 1 DFT 运算量 …………………………… 133 4. 1. 1 直接计算 DFT 运算量的考虑 ………………………… 133 4. 1. 2 影响运算量的因素及解决方案 ……………………… 133 4. 2 基 2 按时间抽取的快速傅里叶变换 …………………………………… 134 4. 2. 1 基 2 DIT-FFT 的基本原理 … 135 4. 2. 2 DIT-FFT 的运算量、运算特点 ………………………… 139 4. 3 基 2 按频率抽取的快速傅里叶变换 …………………………………… 141 4. 4 IDFT 的快速算法 …………………… 145 4. 4. 1 稍微变动 FFT 程序和参数的 IFFT 实现方法 ……………… 145 4. 4. 2 直接利用 FFT 的 IFFT 实现方法 ………………………… 146 4. 5 实序列的 FFT ………………………… 148 4. 6 快速傅里叶变换的应用——快速卷积 …………………………………… 149 4. 6. 1 快速卷积计算原理 ………… 149 4. 6. 2 块卷积 ……………………… 154 4. 7 Chirp-Z 变换 ………………………… 157 4. 7. 1 CZT 的基本原理 …………… 158 4. 7. 2 CZT 的实现步骤 …………… 161 4. 7. 3 CZT 的优点 ………………… 162 4. 8 双音多频信号的检测 ………………… 163 4. 9 本章小结 ……………………………… 167 习题 4 ……………………………………… 167 第5章 滤波器的实现方法 5. 1 数字滤波器的结构表示方法 ………… 171 5. 2 无限长单位脉冲响应基本网络结构 …………………………………… 172 5. 2. 1 直接型 ……………………… 172 5. 2. 2 级联型 ……………………… 175 5. 2. 3 并联型 ……………………… 177 5. 3 有限长单位脉冲响应基本网络结构 …………………………………… 180 5. 3. 1 直接型 ……………………… 181 5. 3. 2 级联型 ……………………… 181 5. 3. 3 频率采样型 ………………… 182 5. 4 本章小结 ……………………………… 188 习题 5 ……………………………………… 189 第6章 IIR 数字滤波器设计 6. 1 数字滤波器的基本概念 ……………… 193 6. 1. 1 数字滤波器的分类 ………… 193 6. 1. 2 数字滤波器的技术指标 …… 194 6. 1. 3 数字滤波器的设计方法 …… 195 6. 2 模拟滤波器的设计 …………………… 196 6. 2. 1 物理可实现系统的幅频特性 ………………………… 197 6. 2. 2 模拟低通滤波器的设计指标和逼近方法 …………… 198 6. 2. 3 巴特沃斯模拟低通滤波器 … 198 6. 2. 4 切比雪夫滤波器 …………… 205 6. 3 用脉冲响应不变法设计 IIR 数字低通滤波器 …………………………… 213 6. 4 用双线性变换法设计 IIR 数字低通滤波器 ……………………………… 224 6. 5 数字低通、高通、带通、带阻滤波器的设计 ………………………… 230 6. 6 IIR 数字滤波器的直接设计法 ……… 241 6. 6. 1 零极点累试法 ……………… 241 6. 6. 2 时域直接设计法 …………… 242 6. 6. 3 频域直接设计法 …………… 243 6. 7 本章小结 ……………………………… 247 习题 6 ……………………………………… 248 第7章 FIR 数字滤波器设计 7. 1 FIR 数字滤波器的特点 ……………… 252 7. 2 线性相位 FIR 数字滤波器 …………… 252 7. 2. 1 线性相位条件 ……………… 252 7. 2. 2 线性相位 FIR 数字滤波器幅度特性 …………………… 254 7. 2. 3 零点分布特点 ……………… 258 7. 2. 4 线性相位网络结构 ………… 258 7. 3 利用窗函数设计FIR数字滤波器 …… 260 7. 3. 1 窗函数法 …………………… 260 7. 3. 2 常用窗函数 ………………… 264 7. 3. 3 设计步骤 …………………… 268 7. 4 利用频率采样法设计 FIR 数字滤波器 …………………………………… 275 7. 4. 1 频率采样法 ………………… 275 7. 4. 2 频域采样法的线性相位条件 ………………………… 276 7. 4. 3 逼近误差分析与改进措施 … 277 7. 5 IIR 和 FIR 数字滤波器的比较 ……… 282 7. 6 其他类型的数字滤波器设计 ………… 282 7. 6. 1 全通滤波器 ………………… 283 7. 6. 2 梳状滤波器 ………………… 284 7. 6. 3 小相位系统 ……………… 285 7. 7 本章小结 ……………………………… 287 习题 7 ……………………………………… 288 第8章 数字信号处理实验 8. 1 实验一:信号的表示 ………………… 292 8. 1. 1 实验目的 …………………… 292 8. 1. 2 实验设备 …………………… 292 8. 1. 3 实验内容 …………………… 292 8. 1. 4 参考实例 …………………… 292 8. 1. 5 思考题及实验报告 ………… 297 8. 2 实验二:FFT 频谱分析及应用 ……… 297 8. 2. 1 实验目的 …………………… 297 8. 2. 2 实验设备 …………………… 297 8. 2. 3 实验内容 …………………… 297 8. 2. 4 参考实例 …………………… 298 8. 2. 5 思考题及实验报告 ………… 301 8. 2 实验三:信号的运算——卷积 ……… 302 8. 3. 1 实验目的 …………………… 302 8. 3. 2 实验设备 …………………… 302 8. 3. 3 实验内容 …………………… 302 8. 3. 4 参考实例 …………………… 302 8. 3. 5 思考题及实验报告 ………… 304 8. 4 实验四:线性卷积的快速处理方法——重叠相加法 ……………………… 304 8. 4. 1 实验目的 …………………… 304 8. 4. 2 实验设备 …………………… 305 8. 4. 3 实验内容 …………………… 305 8. 4. 4 参考实例 …………………… 305 8. 4. 5 思考题及实验报告 ………… 306 8. 5 实验五:线性卷积的快速处理方法——重叠保留法 ……………………… 307 8. 5. 1 实验目的 …………………… 307 8. 5. 2 实验设备 …………………… 307 8. 5. 3 实验内容 …………………… 307 8. 5. 4 参考实例 …………………… 307 8. 5. 4 思考题及实验报告 ………… 308 8. 6 实验六:IIR 数字滤波器的设计 …… 308 8. 6. 1 实验目的 …………………… 308 8. 6. 2 实验设备 …………………… 308 8. 6. 3 实验内容 …………………… 309 8. 6. 4 参考实例 …………………… 309 8. 6. 5 思考题及实验报告 ………… 317 8. 7 实验七:FIR 数字滤波器的设计 …… 317 8. 7. 1 实验目的 …………………… 317 8. 7. 2 实验设备 …………………… 317 8. 7. 3 实验内容 …………………… 317 8. 7. 4 参考实例 …………………… 317 8. 7. 5 思考题及实验报告 ………… 320 参考文献 …………………………………… 322