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。
1.清晰化搭建体系结构
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2.多元化呈现知识内容
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3.创新性融入特色案例
编者修订、更新和改进了体现通信特色的案例，增加了以通信应用为例的综合性习题，有利于提高读者综合运用信号处理基础理论知识，分析和解决特定工程领域中复杂工程问题的能力，进而实现经典理论知识的活化。
4.立体化打造教辅资源
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卢光跃：
西安电子科技大学信号与信息处理专业博士，西安邮电大学教授、副校长；主持完成国家863、国家重大专项、国家自然科学青年基金、国家自然科学基金面上项目、陕西省自然科学基金、陕西省国际合作计划等各类纵横向项目20余项，在国内外期刊和国内外会议上发表学术论文60余篇，合作出版教材3部，申请获批国家发明专利4项；获 陕西高等学校科学技术奖一等奖一项、二等奖两项、三等奖一项、中国电子学会电子信息科学技术奖三等奖一项、西安市科学技术奖二等奖、三等奖各一项，获陕西省高等教育教学成果奖一等奖、二等奖。
【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
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