资 源 简 介
最经典的信号与系统教材。国外教材第2版。生全±130A78(2)信号与系统(第二版)ALan V OPPENHEIMALAN S. WILLSKY为wITH S, HAMDD NAWAB刘树棠译00444130西安交通大学出版社rentice-Hal内容筒介本书全面系统地论述了卡号与系统分析的基本理论和方法。全书11亭,内容包括:信与与系统线竹时小变系统,周期信号的得叶级数表示,连续私离散时同傅叶变换,信号与系统的时域和频域特性,采样,通信系统,拉普拉斯和变换以及线性反馈系统。每章都有足够数量的例题和大量精选的可题:并将刊题分列为4种栏国,分属3种不同的层次便于侠用木书是在第版基础之上经重新组织,貢新改写并作补而成映保留原书结构新额,选材得当,论述严遴条理楚等特色外在某些方面更与所加强,恰似锦上添花,堪称反蚨信号与系统分析当代水+的一部佳作。本可作为通倍与电子系统类,自动化类以及全部电类专业信号与系统课程的教材,也叫以洪任付从事信息获取,转换传输及处理工作的其名专此研究生,教师和大科工作者参考Alan Y Oppenheim Alan S. Willsky with S, Hamid Nawab Signals and SystemsAuthorized translation from the English language edition published by Prentite-halCopyright 1997 Prenticc-HallAll rights resrved. For sale in Mainland China only本文中文简体宁版由西安交通大学出版社和美国西蒙与舒斯特国际出版公司合作出版来经出版者书面许可,不得以何方式复制或抄袋本书的任何部分。本书封面贴有 Prcnticc-hai防伪标签,无标签者不得销售。版权所有,翻印必究。(陕)新登字007号信号与系统(第二版ALAN V OPPENHEIMALAN S. WILLSKYWTTHS. HAMID NAWAB刘树棠译贲任编辑白居宪西安交通大学出版社出版发行匹安市威宁两路28号邮政编号710049电话:(29)2668316西安交通大学印刷厂装各地新华书店经销于本:737×1092116印张:44.5字数:175千字1998年3月箅1版1999年I1月第2次印刷印数:60【-9000SBv7-56059m3N53定价:58.0元陕版出图字:25-1997-036号若发现本社图有倒页英、少负版影响阿读献质量问题,青去当地销售部赒换或与我社发行科联系调换。发行科电话:(029)2668357,2667874译者前言美M[(马省理T学院)著名教授 Alan Y Oppenheim等所著“ Signals and Systens”一书早已为我国广大读者所熟悉。它的第1版自1983年问世以来,在许多国家已产生了广泛的影响,获得很高的言。经过14年的普遍使用之后,1997年又推出了第2版;这正是广大从事该方而教学的同仁们早已翘首以待所祈昐的了!相信该书第2版的出版,对H前我图各高校正右从事的面向21世纪课程体系和内容改革起到一定的借鉴作用。碱如作者在第2版前言中所指出的,第2版是在该书第1版的基础之上,经过重新组织重新改写,并作补充而成的;想必这是经过14年广泛使用之后,吸收考虑了各方面意见的结果。全书结构仍为11章,变动较大的是前6章。这就是:将原书第1章(绪论)抽出,另作新版的绪论处理;原书的第4-6章,重新组织为新版的第3-6章。在内容上则是将原书第4、5章的傅里叶级数表示部分单独袖出另立为新版的第3章,同时将原书的第6章(滤波)的内容拆开,分别醚人有关章节中,将信号与系统的时域和频域将性之间的关系这_重要概念另立章〔第6章冫作专门论述。另外,还将第1版第7章(调〕和第8章(采群)次序作了交换,并将章名“调制”改为通信系统”。以上就是第2版所反映的“重新组织"的主要方面。由于在前6章中结构上有较大的变化,加之各章内谷都有新的补充,因此全书重新政写也就是必然的。全书在正文内容上,除了第11章外,都有不同程度的补充。个别地方也有删除如原书第0章第8节“连线时问和离散时间系统之间的变换",在第2版正文中被删除),但补充的内容仍多于删除的。第2版补充最多的当属正文中的例题和各章末的习题部分。全书例题由原来的9个增加到195个,而习题则由原来的382道题增加到现在的668道题。并且,将数量大、类型各异难易差别悬赋的习题分成4种栏目:基本题(附答案)基本题深入题和扩充题;分属3种不同的层次3最后,第2版在符号上也作了相应的变化,不再在符号上区分连续域和离散域中的频率除74节外),而仅以X(j)与X(e)和H(ja)与H(e)来区分两类信号与系统第2版作者为什么要作这样的重组和变化,读者可从该版前言屮略见其详。有一点是肯的,经重组、重写和补充的结粜,总是要比第1版更趋于合理和完善,犹如锦上添花,更加便于教和学:但具体到每一处的变动,仍然有一个“仁者见仁,智者见智”的问题总的来说,第2版仍保留了第1版的基本特色(连续与离散并行,将基本理论和方法着重在通信、采样、连续时司信号的离教时间处理以及控制系统等方面的应用),涉及的主要内容和该书的适用范围均无大的变化。根据译者多年使用第1版所积累的经验,再结合第2版翻译过程所得釘的体会来看第2板至少在以下几个方面得到了进一步地郝强。首先,部分内容的增删和调整是仑适的。例如将第1版中第6章(滤波)的内容不再另辟一章是明智的。这样做既紧密结合了有关内容,又避免了原书第6章内容的单薄;单边拉普拉斯和z变换都适当加强,辉决了第1板该方面内容易教不易学的矛屠;在通信系统应用中,适当地增加了数字通信和码间÷挑的基本概念,也是符合当前发展趋势的。驾二,由于例题和习题的大量增加和分类,使该书在教与学两方面都更便于使月。例题的增加,一方面是紧密结合基本内容(概念方法)的应用;另一方面也减緩了对某些较抽象桃念理解上的梯度。厌此,例题的增邡使教材的可渎性增强。习题的分类,是所有使用过第1版的教师和同学所期昐的。最后,作为核心〔主千)谍程的教材,第2版的基础性得到进一步地加强。例姻,倍号与系统的时域和颛域特性之间的关系单立一章是很有创见性的;在引入码间干扰概中,从最一般的机理上阐述了为消除码间干扰而进行信道均衡的基本原理,而不只是就事论事详者曾杵10彩年前就议过,信号与系统’这门课的开设对象与涉及的内容,应该从传统的所诣无线电技术专业跨出去,部分电子学类专业电机类专业、乃至部分机械、动力和力学类专业都应该在不同深度七开设这门课。”今天,我们高兴地看到,传统的无线电技术专业名称早已不复存在,清华大学早就在全部电类专业开设了这门课,西安交通大学也于两年前在全部电芡各专业开设此课,并作为院定必修课。在目前进行的面向21世纪的教学改革中,加强素质培养,淡化专业,拓宽基础,提倡不同专业领域的交叉与渗透等已成了不可扭转的大势。深信该书第2版中译本的正式出版定会起到业有的作用。笫2版的篇幅比第1版增加了20%,其中正文部分和习题的篇幅几乎各增加了20%。除最后索引部分外,都按原著译出。考虑到英文索引的编制与中文有很大的不同,加之目录已十分详尽,再另编中文索引似无必要。为节省篇幅征得出版社同意,将索引部分略去。原书共有标以图号的图567幅,均由计算机做成原图清晰美观,但图中坐标符号等标注,均用正体字母给出,与正文中使用的斜体字母不一致,不符合我国出版规定。由于图量大,时间紧,重新描图或在原图上贴以斜体字母都难以确保质量、出版社经慎章究,除图中英文说明贴以汉字外,其余均不作改动。以上两点,在此特作说明。该书中译本由西安交通大学出版社与 Prentice-Hal internaional L址联合出版发行。在中译本即将出版之际,应该特别提及画安交通大学出版社社长杨鸿森教授,没有他的远见卓识,寓于开拓进取和始终不渝地支持该书冲译本是难以如此快地与中国该者见面的译者对此表示诚摯地谢意。在该书的编辑过程中,始终得到了贲任编辑白居宽副编审的大力支持和有效帮助,合炸得十分和谐。西安交通大学人文学院酬院长,英语系王监龙教受,常常在关键时刻指点迷沖。西安交通大学电子与信息T程学院信息与通信工程系朱世华教授也给子过帮助。我的研究生崔古青及王红光同学在译稿的准备过程中都做了不少有益的工作。译者谨对所有曾给予过支持和提供帮助的同志表示深深地谢意。最后应该特别提起的是,这是一部王作量极大的译作,没有我的老伴,西安交通大学信息与通信工程系孙漪教授的支持鼓励帮助和忍耐精神是不可能完成的感谢她在1997年那个令人难熬而又漫长的酷暑始终与我同行做了大量的工作在本书的翻译过程中,已经发现原书有80多处错误但其中绝大部分属录入和排版中的疏漏,因此在中译本中未给予标注。但也有少量错误,这些都在译文中以“译者注”标出。译者已将发现的各种错误汇集成表格,分别用电子邮件和传真发给 Alan Y Oppenhein教授,并得到他的积极响应。由于全书篇幅太大,时间仓促,奶之译者水平又有限,错误和不妥之外,当属难免,恳塑读者批评指正刘树棠1997年11月于西安交通大学前言本书是用于大学本科信号与系统课程教科书的第二版。虽然这类课程通常属于电气工程类的课程,但是,作为该课程核心的一些基本概念和方法,对于所有工程类的专业来说也都是很重要的。事实上,随着工程师们面临着需要对一些复杂的过程进行分析或综合的新挑战,信号与系统分析方法潜在的和实际的应用范围都一直在扩大着。为此感到,信号与系统方面的课强不仅是工程教学中一门最基本的课程,而也能够成为程类学生在大学教育阶段所修课程中最有得益而又引人入胜和最有用处的一门课。关于信号与系统课程的处理和论述的基本宗旨和看法,第二版与第一版相同,但是在内容的组织和选取上有较大的变化,基本上腐于重写和重新组织,并有较多的补充。这些变化的月的在于有助于教师讲授这门课和学生掌握这门课的内容。在第一版的前言中曾提到过,由于在信号与系统设计和实现手段上的持续不断地发展,对于学生来说,需要对连续时间和离散时间系统的分析与综合技术都很熟悉,这一点是日益显得更为重要。当我们来写第二版前言的时候,这样一个看法和指导原甚至比以前更加确信无疑。这样,学习信号与系统的学生就不仅要在基于物理学定律的那些课程上应该具有坚实的基础,而且在使用计算机进行现象分析和系统及算法的实现上也必须具备扎实的基础。结果,在现在的工程类课表中就反映出一些混杂的课程有些是涉及连续时间模型的,而另一些又主要是针对计算机应用和离散表示的因此,在程类学生的教育中以及在他钔所选定的领城,为现在和将来的发展作准备上,以种统一的方式,在信号与系统课中将离散时间和连续时间的概念揉合在一起显得日益重要。正是本着这些目的,该书以并行的方式建立了连续时间和离散时间信号与系统的分析方法。这一速径在教学上也是十分可取的,它可以利用连续和离散时间方法之间的共同点来分享各自所状得的理性和感性认识;而两者之间的差异又可用来如深理解各自不同的独特性质在材料组织方面(无论是第一版还是第一版)我们还认为本书所论述的基本方法在某些重要方面的应用也应该作为基本的东西介绍给学生。这样做不仅是让学生了解到目前所学内容的某些应用方面和进-步研究的方向,而且还有助丁加深对问题本身的理解。为此,就滤波通信、采样、连线时间信号的离散时间处理,以及反馈等方面的内容都作了人门性介绍。事灾上,第二版的士要变化之·就是将频域滤波概念更早地在傅里叶分析中就给以引人。其目的既是为了给出讨论傅里叶分析这一重要论题的初衷,又可以对这一论题加深理解。另外,为了帮助愿意继续在信号与系统分析方法和应用方面深入学习的学生,书末还附有最新的参考文献目录。我们相信,要全面掌握这门课没有…定数量且能应用这些基本方法的练习是不可能完成的。因此在第二版中大大增加了各章例题的数量。同时,还将第一版所具有的最为珍贵的点一一-各章末丰宮多彩、类型各异的习题,作了进一步加强,使得习题的总效多达600多道,其中大多数习题都是新的。这样就为教师安捧课外作业提供了更多的灵活性。另外,为了对学生和教师更好地使用这些习题刈这些习题的组织按排上作了一华变化。特别是把各章末的习题分成几种类型其中每种类型的题都覆盖了全章的内容但具有不同的目的。前两部分习题是看重于各章基本概念和方法的应用其中的第一类标以“基本题(附答案),答案(不是题解)在书末给出。这些答案以一种筒单而即时的方式给学生验证一下他们对内容的理解程度。这部分题般是适合于作为课外作业布置的。另外,为了给教师布置课外作业有某些灵活性还提供了另一套不附给答案的基卒题。各章末标以“深入题〔4 dvanced problems)”的是第三种类型的题。这部分题是根据教内容的棊本原理和真内涵进行深入钻研和进一步发辉的题。这些题往往涉及一出数学推寻似及在各章中所提到的概念和方法的更深层次的应用。在某些章中还列了称之为“扩充题( Extension problems)这样一种类型的题,这类题要么是涉及本章内容的扩充,或者是其他方面的应用(例如一些高级的电路或机械系统〉,而这些都是超出课程内容的。在习题方而总的变化都是希望给学生提供一些途径来加深理解各章的内容;同时也为教师布置课外作业提供更多的灵活性,并对不同要求的学生提供因材施教的余地。对于讲受本门课的教师可以通过出版社获犸习题的题解。第二版另一个突出的特点是为它提供了一本与之配套的书 Exploration in Signals andSystems Using MATLABA(由Bnck,anie和 Singer编写)。这本书包括了课文中每个专题的计算机作业 MATLAB。这本书无论对教师或是学生来说都应有很大的稻助使用本书的学生,假定已具有基本微积分学方面的基础,有进行复数运算的能力,以及在微分方程方面出有某些接触有了这些基础以后,本书就自成体系了,尤其是不需要事先具备系统分析卷积傅里叶分析或拉普拉斯变换和z变换等方面的知识。在学弓信号与系统课之前,大多数学生或许都上过适合于电气工程师们所要求的基本电路课,或者是针对机械工程师们所用的动力学原理这样的课;这些课都多少接触一些本书将要给子深入讨论的那些基本视念。在学习本书时,这些基础很显然对于学生深入理解本书内容都会有很大的帮助。紧接着前言的是简短的绪论。它是要给读者概述一下有关对信号与系统课的出发点和看法,特别是我们对这一问题的观点和处置。第1章从介绍与信号和系统的数学表示有关的某些基本概念入手特是讨论了一个信号独立变量的某些变换(如时移和尺度变换),接着介绍了某些最重要的基本连续时间和离散时间信号,即指数和复指数信号、连续时间和离散时间单位阶跃和单位冲激信号等。第1章还介绍了系统丐联的方框图表示,并讨论了儿个本的系统性质如因果性线性和时不变性。第2章是在上述最后两个性质的基础上,冉结合单惊脉冲的移位性质来建立离散时间线性时不变(ITI)系统的卷积和表示,以及连续时间LTI系统的卷积积分表示。在这里,我们是采用从导出离款时间情况所得到的直观认识,来导出圻理解在连续时间情况下所对应的结论的。然后把问题转到讨论由线性常系数微分及差分方程所表征的因果I1系统上来。在初步讨论中复习了涉及解线性微分方程的±基本方法(大多数学生对此都会有某些接触),并对线性差分方程的类似解法作了讨论。然而,第2章讨论这些问题的主要着限点不是在求解的具体方法上,因为稍后将要讨论然利用变换法求解将更为方佃。我们的意图是首先让学生对于这个极为重要的系统具有某些了解,因为在以后的各章中将会经常選到这类系统。最后,第2意以简短讨论奇异函数(阶跃、冲激和冲激偊等等)及其在描运和分析连续时间LlI系统中的作用作为纳束。在讨论中特别强週如何在卷积的意义下定义并解释这类信号,也就是说利用L们系统对这些理想化信号的响应来理解这些奇异信号。第3章到第6章完整地建M∫连练和离散纣间的傅里叶分析方法。这…-部分在第二版中徹了很大的重新组织和改写。尤其是如在前面已经指岀的,把频城滤波的概念比较早地作了介绍,这是为了给傅里叶方法的讨论提供具体应用背景和初衷。正如在第一版中所提到的,在第3章一开始就指出傅里叶分析在连续和离散时间信号与系统硏究中所起的重要作用都是从强调并说明如下两个甚本理由入手的:(1)相当广泛的一类信号都可以表示成复指数信号的加权和或加权积分;(2)LⅣⅠ系统对复指数输人信号的响应就是同一复指数信号乘以该系统的复数特征值。然而,与第一版不同是,第3章关注的焦点是放在连续时间和离散时间周期信弓的傅里叶级数表示L。这样做的结果,我们就不仅介绍并研究了傅甲叶表小的许多性质而勿需要求另外数学上的一般化以得到非周期性信号的傅里叶变换,而且还能够在更早的时候引人在滤波方面的减用。尤其是利用复指数是L们系统的特征函数这一点,可以引入1T系统频率响应,并利用它来讨论频率选择性滤波的概念,介绍理想滤波器以及由微分和差分方程描述的几个非理想浓波器的例子。以这种方式就可以用最少的数学准备给学生关于傅里叶表示的内涵.以及对为什么它是如此有用的一个概念得到较深人的理解。第4章和第5章是建立在第3章讨论的基础之上的。首先在第4章研究了连续时间傅里叶变换,并以平行的方式在第5章研究了离散时间傅里叶变换。在这两章中都是采用将一个周期信号的周期任意趋大时求其傅里叶级数的极限来导出非周期信号的傅里叶变换表示的。这种观点强调了傅里卟级数和傅里叶变换之间的密切关系,这种关系将在后续的几节中作进步地讨论。这样就能够把在第3章所得到的傅里叶级数直观认识转移到更为一般的傅里叶变换上来。这两章都讨论了傅里叶变换的很多性质,并且特别强调了卷积性质和柑乘性质特删是卷积性质给频率进择性滤波这样的论题提供了另一个审视的角度,而相乘性质则是后续各章有关处理采样和调制的出发点。最后,第4和第5章的最后一节都是利用变换法来确定由微分和差分方程所描述的LT系统的频率响应,并用几个例子来说明傅里叶变换是如何用来计算这样一些系统的响座的。为了补充这些讨论(以及后面控普拉斯变换与z变换的讨论),再次将部分分式展开法的讨论作为附录放在书末在这两章中是以并行的方式来处理傅里叶分析的。具体地说,在第5章的讨论中可以利用许多在第4章对连续时间情况下所获得的概念和细节,直到第5章结束都强调了诠续时间和离散时间傅里叶表示的完全对偶关系;同时,也用对比两者的不同点来加深对各自特殊性质的理解熟悉第一版的人会注意到,第二版中第4章和第5章的篇幅是大大地少于第一版中所对应的两章。这不仅仅是由于现在把傅里叶级数放在单独一章来讨论而且还将几个内容移到了第6章。我们相信这样的安排有几个明显的好处。首先,在三个较短的章中讲授傅里叶分析的基本概念和结果,再与频率选择性港液概念的引人结合在一起,应该有助于学生总结他们对这些内容掌镯和理解的程度,建立有关对频域的某些直观认识及其潜在的应用价值。有了第3章到第5章的基础,就可以更详细地讨论几个重要的河题和应用。第6章比较深入地研究了LT系统的时域和颎域特性。例郊介绍了频率响应的嶇相特性及波特图表示,并讨论了颗率响应中的相位特性对LT系统输出时域特性上的影响。另外,还研究了理想和非理想漶波器的时域和频域特性,以及在两者之间如何求得折衷,而这…点在实际应用中是必须要给予重视的。我们还仔细地分析了一阶与二阶系统,以及它们在连续和离散时间复杂系统的综合和分析中作为基本构造单元所起的作用。最后,分别在连续时间和离散时间系统中讨论了几个较为复杂的滤波器例子。这些例子再与本章习题中所用的很多其它滤波方面的问题结合在一起,就能够给学生呈现出这样个重要的领城是多么丰富多彩和饶有趣味。虽然在第6章所提出的问题在第一版中郡提到了,但是我们相信在紧接着傅里叶分析基本建立之盾将它们重新组织到单独一章中,既叮简化在第3章到第5章引入这一重要论题的麻烦,又吋以把时域和频城这一重要论题在第6章以一种更为紧密的关系号现出来。根据大多数使第一版教材用户的意见和偏爱,这一版在傅里叶变换讨论中所用的符号已作了一些修改,以便与大多数在连线时间和离散时间傅里叶变换中所用的符号取得更为致。具体地说,在第3章一开始就将连续时间傅里叶变换记作X(j),离散时间傅里叶变换记作X(e)。但是,就符号选取而言,对傅里叶变换用什么符号表示并不存在唯一的最好选择。不过,我们以及我们的大多数同行都感到这一版所用的符号更为可取第7章采样问题的处理主要着重在采样定理及其含义上。然而,为了正确提出这问题,采用了从讨论连续时间信号的样本来表示信号和利用内插来重建信号的一般概念人手。在利用频域方法导出采样定理以后,对欠采样( Undersampling)下的混叠现象既从频域又从时域的角度都作了直观的解释。采样的一种很重要应用是在连续时间倍号的离散时间处理上,本章在这一同题上的阐述花了一定的篇幅。紧接着把问题转向离散时间信号的采样上来,并用在连续时间下讨论所采用的相同方式来建立离散时间采样的基本结果,以及这些基本结果在抽取和内插问题中的应用。连续时间和离散时间采样的其它各种应用仍将在习题中给出。熟悉第一版的读者再次注意到这一版的另一个变化,这就是将采样与通信系统提出次序颠倒了一下。在第二版中将釆样放在通信系统之前,一方面是由于能够借助于采样的直观性来提出并描述采样过程和样本重建过程;另一方面也是由这样的安排便于在第8章中更容易地谈及通信系统的类型因为它们是与采样密切相关的,或者是基本上依赖于利用要被传送信号的采样结果。第8章讨论的通信系统包括—定深度地讨论了连续时间正弦幅度调制(AM)。这是从接利用相乘性质来叙述正弦AM在频域中的效果入乎的,并讨论了如何能把始调制信号恢复出来的原理。接着讨论了与正弦调制有关的儿个间题和应用其中包括频分多路复用和单边带调制。在习题中还涉及到更多的例子和成用。在第8章中还包括了其它几个论题。其中之一是脉冲串幅度调制和时分多路复用,这些是与第7章采样问题有直接联系的。的确我们将这种联系弄得更加明显,并且通过介绍和简短地讨论脉冲幅度调制(PAM)和码问干扰,初步涉猎到数字通倍这一重要领域。最后讨论了频率调制问题,这只是使读者对非线性调制问题有一个初步的接触。虽然FM系统的分析不像AM系统那样来得直接但是对FM的初步讨论指出了如何能够利用频域的方法来获得对FM信号和系统特性的实质有足够的了解。通过这些讨论,以及在本章习题中所用到的很多其它调制和通倌系统力面的问趣,我们相信,学生能够对于通信领域的丰富内容以及信号与系统分析方法在其中所起的核心作用得出应有的评价第9和第10两章分别讨论拉普拉斯变换和z变换。虽然在这网章的最后一节也讨论了这两种变换的单边形式,及其在非零初始条件下求解微分和差分方程中的应用,但是大部分篇幅都是集中在双边变换上。其内容包括拉普拉斯变换和z变换与傅里叶变换之间的关系;有理函数一类的变换及其用零极点的表示变换的收敛域与被变换信号特性的关系;利用部分分式展开求反变换;根据零极图对系统函数和频率响应作儿何求值以及变换的基本性质等等。另外,在每一章还分别利用这两种变换对LTI系统的系统函数的性质和应用进行了讨论,其中包括由微分和差分方程表征的系统及系统函数的确定;利用系统函数的代数关系来构成I系统的互联以及具有有理系统函数的系统,其级联型、并联型和直接型方框图表示的构成
