“信號與系統(tǒng)”是一門關(guān)鍵性的技術(shù)基礎(chǔ)理論課，與大學(xué)本科前后課程的聯(lián)系非常緊密，可起到承前啟后的作用。國內(nèi)外著名大學(xué)都非常重視這一課程，大多定為重點課程。
本書介紹確定性信號經(jīng)線性時不變系統(tǒng)傳輸和處理的基本概念、基本理論和基本分析方法。主要包括連續(xù)時間和離散時間信號與系統(tǒng)的時域分析及變換域分析，還融入了“數(shù)字信號處理”課程核心理論的部分內(nèi)容。
本書是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，少而精的選材體現(xiàn)了作者多年的教學(xué)和科研經(jīng)驗。本書的主要特點是采用了并行串行講法，并堅持了學(xué)用結(jié)合的原則。選用本書的讀者將在深刻理解、牢固掌握課程內(nèi)容和相關(guān)的數(shù)學(xué)理論等方面達到事半功倍的效果。通過課程的學(xué)習(xí)，讀者還可進一步提高分析問題和解決問題的能力。
本書可作為高等院校工科或理科信號與系統(tǒng)類型課程的教材，也可供科研和工程技術(shù)人員參考。
本書是《全國高等學(xué)校自動化專業(yè)系列教材》的一員，系列教材提出了要“優(yōu)化整體教學(xué)體系、拓寬專業(yè)面、面向研究型人才的培養(yǎng)”以及教材應(yīng)具有“先進性、創(chuàng)新性、適用性” 等要求。作者盡力去實現(xiàn)這些目標(biāo)，自覺仍有差距。
本書可作為高等院校理工科“信號與系統(tǒng)”類型課程的教材，也可供科研和工程技術(shù)人員自學(xué)參考。
本教材的研究范圍是確定性信號經(jīng)線性、時不變系統(tǒng)傳輸與處理的基本概念和基本分析方法，囊括了時域到變換域以及連續(xù)到離散等非常豐富的內(nèi)容。教材研究的重點是系統(tǒng)的輸入、輸出描述，應(yīng)用的背景是控制工程、通信工程和信號處理。考慮到大學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)以及與其他課程分工、配合的需要，本書對傳統(tǒng)的課程內(nèi)容有所增刪。
內(nèi)容上的“少而精”以及著眼于學(xué)生分析、解決問題能力的提高是作者編寫教材的理念。為此，全書貫穿了啟發(fā)式、探索式分析，精心處理了某些理論與方法的比例、取舍和相互關(guān)系，使學(xué)生在有限的學(xué)時里掌握更多的知識，以適應(yīng)教學(xué)、科研和其他領(lǐng)域?qū)θ瞬排囵B(yǎng)的需求。教材的體系建設(shè)和材料組織便于學(xué)生運用和鞏固學(xué)過的知識，并實現(xiàn)了多層面的互相呼應(yīng)，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。課程中使用的數(shù)學(xué)工具較多，通過闡述數(shù)學(xué)表達式的物理意義、引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)并理解應(yīng)用數(shù)學(xué)工具的方法，進一步提高學(xué)生對數(shù)學(xué)和基礎(chǔ)理論重要性的認識，深化對課程內(nèi)容的理解。教材注意了理論與實際的關(guān)系，使學(xué)生養(yǎng)成既能積極思考、長于分析、善于推導(dǎo)的本領(lǐng)和良好習(xí)慣，又能了解實際工作的需求，在掌握基礎(chǔ)理論知識的同時加深對理論、概念和方法的理解。
為了全面掌握本門課程，本書精選、編寫了一定數(shù)量的習(xí)題，并于書后給出了習(xí)題答案，供讀者自學(xué)時參考。
使用本書的讀者應(yīng)該學(xué)過基本微積分學(xué)，并具備微分方程、復(fù)變函數(shù)的初步知識。為了加深對課程內(nèi)容的理解，最好學(xué)過基本電路理論或相近的課程。除此之外，本書自成體系。也就是說，學(xué)習(xí)本門課程無需具備系統(tǒng)分析、卷積、傅里葉變換、拉普拉斯變換、Z變換等方面的知識。作者希望在學(xué)習(xí)本門課程的過程中，基礎(chǔ)和程度不同的學(xué)生都能達到溫故知新和“各按步伐、共同前進”的目標(biāo)。
為使讀者更清晰、全面地了解本門課程，筆者在緒論中詳細撰寫了有關(guān)課程的重要性、本書在體系結(jié)構(gòu)、教材內(nèi)容和理論應(yīng)用等幾個方面的考慮，希望對讀者有所幫助。
中科院學(xué)部委員（中科院院士）常教授和中國人工智能、神經(jīng)網(wǎng)等學(xué)會理事、教研室主任閻平凡教授等曾多次建議筆者寫出“信號與系統(tǒng)”教材，由于工作繁忙等多種原因一直未能動筆。最后，在系教學(xué)主任王雄教授的要求、支持下，在清華大學(xué)出版社王一玲編輯的督催、幫助下才得以完稿。
鄭君里教授早我三年畢業(yè)，并共事10余年，我們就本門課程教學(xué)的多次交流使本人受益頗深。閻平凡教授仔細閱讀了本書的全部手稿，并提出了許多寶貴的意見。
作者對以上各位表示衷心的感謝，并借此機會對所有關(guān)心本課程的師長、領(lǐng)導(dǎo)、同事和朋友們表示衷心的感謝。
20多年來，40 多人次的老師和博士生擔(dān)任了本門課程的輔導(dǎo)和作業(yè)的批改，先后有4000多學(xué)生聽課。他們在課后提出的許多問題促進了筆者的思考，他們的留言和建議也給作者以極大的鼓舞和鞭策。在成書過程中，卓晴副教授，博士生楊琳、閭海榮、王路、溫明、韓慧， 碩士生王崇、何國勛、高楠、王磊、肖桓等曾與作者進行過多次討論，提出了一些很好的想法，研究生們還認真繪制了本書的插圖。作者對他們表示深深的謝意。
最后，作者要感謝我的兄長北京大學(xué)物理系王文采教授和我的夫人清華大學(xué)電子系王秀壇教授。我們之間的相互切磋常給作者以啟發(fā)，后者還在工作、生活等方面給予了充分的理解和支持。
由于時間倉促，錯誤與不妥之處在所難免，敬請讀者不吝賜教，以便再版時更正。
王文淵
2007年7月12日
于北京清華園
第0章緒論
0.1課程的重要性
0.2本教材的特點
0.3信號與系統(tǒng)理論的應(yīng)用舉例
0.3.1語音信號處理
0.3.2石油勘探
0.3.3社會經(jīng)濟系統(tǒng)
第1章信號與系統(tǒng)
1.1連續(xù)時間信號
1.1.1信號的表征和分類
1.1.2基本連續(xù)時間信號
1.1.3連續(xù)時間奇異信號
1.1.4信號的分解
1.2離散時間信號——序列
1.2.1基本離散時間信號
1.2.2離散時間復(fù)指數(shù)信號的周期性質(zhì)
1.3信號的基本運算
1.3.1對因變量進行的運算
1.3.2對自變量進行的變換
1.4系統(tǒng)
1.4.1基本概念
1.4.2系統(tǒng)的分類
1.5課程的研究內(nèi)容
1.6小結(jié)
習(xí)題
第2章線性時不變系統(tǒng)
2.1引言
2.2線性時不變系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
2.3線性時不變系統(tǒng)的微分方程和差分方程
2.4微分方程和差分方程的求解
2.4.1齊次解
2.4.2特解
2.4.3初始條件的確定
2.4.4 δ函數(shù)平衡法
2.4.5零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)
2.5用微分方程和差分方程描述的一階系統(tǒng)的方框圖表示
2.6系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)
2.6.1用δ［n］表示任意序列
2.6.2用δ(t)表示任意的連續(xù)時間信號
2.6.3系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)和階躍響應(yīng)
信號與系統(tǒng)
目錄
2.7卷積積分
2.7.1連續(xù)時間系統(tǒng)對任意輸入的響應(yīng)
2.7.2卷積運算的圖解法
2.8卷積和
2.9卷積的性質(zhì)
2.9.1卷積的運算規(guī)律
2.9.2卷積的主要性質(zhì)
2.10線性時不變系統(tǒng)的特性
2.11小結(jié)
習(xí)題
第3章信號的頻譜分析
3.1周期信號的頻譜分析——傅里葉級數(shù)（FS）
3.1.1正交函數(shù)集
3.1.2三角函數(shù)形式的傅里葉級數(shù)
3.1.3指數(shù)形式的傅里葉級數(shù)
3.1.4傅里葉級數(shù)的收斂條件
3.2周期信號傅里葉級數(shù)示例
3.2.1奇諧函數(shù)的傅里葉級數(shù)
3.2.2周期矩形信號的傅里葉級數(shù)
3.3傅里葉變換(FT)
3.3.1傅里葉變換
3.3.2傅里葉變換存在的充分條件
3.4典型非周期信號的傅里葉變換
3.5傅里葉變換的性質(zhì)
3.5.1線性
3.5.2奇偶虛實性
3.5.3比例變換特性
3.5.4時移特性
3.5.5頻移特性
3.5.6微分特性
3.5.7積分特性
3.5.8時域卷積特性
3.5.9頻域卷積定理
3.5.10傅里葉變換的對偶性
3.5.11帕斯瓦爾定理
3.6周期信號的傅里葉變換
3.6.1正弦、余弦信號的傅里葉變換
3.6.2一般周期信號的傅里葉變換
3.6.3求取Fn的簡便方法
3.7小結(jié)
習(xí)題
第4章頻譜分析技術(shù)的應(yīng)用
4.1通信系統(tǒng)
4.1.1通信系統(tǒng)的模型
4.1.2信道
4.2幅度調(diào)制
4.2.1調(diào)制的分類
4.2.2正弦載波調(diào)幅
4.2.3復(fù)指數(shù)載波調(diào)制
4.3正弦調(diào)幅的解調(diào)
4.3.1同步解調(diào)（相干解調(diào)或相干檢測）
4.3.2非同步解調(diào)
4.4單邊帶 （SSB）通信
4.5調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用舉例
4.6連續(xù)時間信號的采樣
4.6.1離散性與周期性的對應(yīng)關(guān)系
4.6.2采樣定理
4.6.3采樣中的幾個問題
4.7用采樣樣本值重建信號——采樣內(nèi)插公式
4.8零階保持采樣
4.8.1零階保持
4.8.2采樣恢復(fù)的實際重構(gòu)
4.9頻分復(fù)用與時分復(fù)用
4.9.1頻分復(fù)用——FDM
4.9.2時分復(fù)用——TDM
4.10數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠嘘P(guān)概念
4.10.1數(shù)字通信的優(yōu)點
4.10.2無失真?zhèn)鬏?br />
4.11數(shù)據(jù)傳輸機實現(xiàn)方案中的頻譜分析
4.11.1技術(shù)實現(xiàn)的主要矛盾
4.11.2解決辦法
4.12小結(jié)
習(xí)題
第5章Z變換和拉普拉斯變換
5.1Z變換（ZT）的定義
5.2Z變換的收斂域
5.2.1級數(shù)收斂的充分條件
5.2.2Z變換的零點與極點
5.2.3序列形式與Z變換收斂域的關(guān)系
5.3Z反變換
5.3.1Z反變換公式
5.3.2長除法(冪級數(shù)展開法)
5.3.3留數(shù)法
5.3.4部分分式法
5.4Z變換的基本性質(zhì)
5.4.1線性
5.4.2序列移位
5.4.3序列的指數(shù)加權(quán)(z域比例變換)
5.4.4時間反轉(zhuǎn)特性
5.4.5時間擴展
5.4.6z域微分特性
5.4.7復(fù)序列的共軛
5.4.8初值定理
5.4.9終值定理
5.4.10時域卷積定理
5.4.11z域卷積定理
5.4.12差分和累加
5.4.13帕斯瓦爾定理
5.5有關(guān)拉普拉斯變換（LT）的幾個問題
5.5.1拉普拉斯變換的引出
5.5.20-系統(tǒng)
5.5.3拉普拉斯變換的性質(zhì)
5.5.4拉普拉斯變換的收斂域
5.5.5拉普拉斯變換中應(yīng)注意的一些問題
5.5.6拉普拉斯變換與傅里葉變換的關(guān)系
5.5.7常用函數(shù)的拉普拉斯變換
5.6微分方程和差分方程的變換域解法
5.6.1用Z變換解差分方程
5.6.2用拉普拉斯變換解微分方程
5.7小結(jié)
習(xí)題
第6章變換域分析
6.1拉普拉斯變換、傅里葉變換和Z變換
6.1.1s平面與z平面的映射關(guān)系
6.1.2變換域之間關(guān)系的進一步探討
6.2傳遞函數(shù)和單位樣值響應(yīng)
6.3傳遞函數(shù)零、極點分布對系統(tǒng)特性的影響
6.3.1由傳遞函數(shù)H(s)的零、極點分布確定h(t)
6.3.2由傳遞函數(shù)H（z）的零、極點分布確定h［n］
6.3.3系統(tǒng)的穩(wěn)定性
6.4系統(tǒng)的頻率響應(yīng)
6.4.1系統(tǒng)的頻率響應(yīng)
6.4.2系統(tǒng)頻響的幾何確定法
6.5零點分布對系統(tǒng)相位特性的影響
6.5.1零點分布與相頻特性
6.5.2因果性最小相位系統(tǒng)
6.5.3連續(xù)系統(tǒng)的情況
6.6小結(jié)
習(xí)題
第7章離散傅里葉變換（DFT）及其快速算法
7.1離散傅里葉級數(shù)（DFS）
7.2離散傅里葉變換
7.2.1四種類型的信號及其傅里葉表示
7.2.2離散傅里葉變換的定義
7.3離散傅里葉變換的性質(zhì)
7.3.1線性
7.3.2圓移位
7.3.3頻域圓移位特性
7.3.4圓卷積特性
7.3.5頻域圓卷積
7.3.6共軛對稱性
7.3.7帕斯瓦爾定理
7.4用離散傅里葉變換計算線卷積
7.5頻率采樣理論
7.5.1離散傅里葉變換與Z變換的關(guān)系
7.5.2頻域采樣不失真條件
7.5.3X(z)的內(nèi)插表達式
7.5.4對X(z)和X(ejω)進行時域、頻域展開的小結(jié)
7.6離散傅里葉變換的快速算法——FFT
7.6.1離散傅里葉變換在計算上存在的問題
7.6.2時域抽取快速傅里葉變換算法——Decimation
in time(DIT)
7.6.3時域抽取快速傅里葉變換算法的特性
7.6.4頻域抽取快速傅里葉算法——Decimation in
frequency(DIF)
7.6.5DIT和DIF算法的比較
7.7利用離散傅里葉變換作譜分析
7.8小結(jié)
習(xí)題
第8章數(shù)字濾波器
8.1理想低通濾波器
8.1.1定義
8.1.2矩形脈沖通過理想低通濾波器
8.2數(shù)字濾波器設(shè)計的基本概念
8.2.1數(shù)字低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)
8.2.2有限脈沖響應(yīng)（FIR）與無限脈沖響應(yīng)(IIR)數(shù)字濾波器
8.2.3無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器的設(shè)計方法
8.2.4數(shù)字濾波器的設(shè)計步驟
8.3數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)
8.3.1IIR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)
8.3.2FIR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)
8.4常用模擬低通濾波器設(shè)計簡介
8.4.1巴特沃斯濾波器
8.4.2切比雪夫濾波器
8.5無限長單位樣值響應(yīng)（IIR）數(shù)字濾波器的設(shè)計
8.5.1脈沖響應(yīng)不變法
8.5.2雙線性變換法
8.6IIR數(shù)字濾波器的頻率變換
8.6.1概述
8.6.2模擬域變換法
8.6.3模擬原型直接變換法
8.6.4數(shù)字域的頻率變換法
8.7有限長單位樣值響應(yīng)（FIR）數(shù)字濾波器的設(shè)計
8.7.1線性相位FIR數(shù)字濾波器的特點
8.7.2FIR數(shù)字濾波器的窗函數(shù)設(shè)計法
8.8小結(jié)
習(xí)題
附錄AMATLAB 簡介
A.1MATLAB 入門學(xué)習(xí)的要點
A.2MATLAB語言初步
A.2.1變量和常量
A.2.2數(shù)組、向量和矩陣
A.3符號運算
A.3.1微分運算
A.3.2積分運算
A.4繪圖函數(shù)
A.4.1基本繪圖函數(shù)
A.4.2使用舉例
A.4.3繪圖技巧
A.4.4坐標(biāo)軸的調(diào)整和標(biāo)注
A.4.5其他繪圖函數(shù)
A.5控制結(jié)構(gòu)
A.6M文件
A.7MATLAB的工具箱
附錄B信號與系統(tǒng)中使用 MATLAB的部分例子
B.1信號的產(chǎn)生和圖形表示
B.1.1典型序列的產(chǎn)生
B.1.2信號的圖形表示
B.2常用的多項式函數(shù)
B.3多項式的乘法、除法與卷積
B.4單位脈沖響應(yīng)
B.5系統(tǒng)的零狀態(tài)響應(yīng)
B.6傅里葉變換和反變換
B.7部分分式展開
B.8拉普拉斯變換及反變換
B.9Z變換及Z反變換
B.10系統(tǒng)模型的轉(zhuǎn)換
B.11零、極圖的繪制
B.12系統(tǒng)的頻率響應(yīng)
B.13FFT
附錄C數(shù)字濾波器用到的MATLAB函數(shù)
C.1濾波器階數(shù)的選擇
C.2IIR模擬低通原型濾波器的設(shè)計
C.3模擬域的頻率變換
C.4用模擬濾波器理論設(shè)計IIR數(shù)字濾波器
C.5直接設(shè)計數(shù)字和模擬低通濾波器的函數(shù)
C.6窗函數(shù)
C.7窗口法設(shè)計 FIR 數(shù)字濾波器
C.8零、極、增益模型向二階節(jié)模型的轉(zhuǎn)換
附錄D傳遞函數(shù)零、極點分布與h(t)波形的對應(yīng)關(guān)系
D.1傳遞函數(shù)的極點分布與h(t)波形的對應(yīng)關(guān)系（一）
D.2傳遞函數(shù)的極點分布與h(t)波形的對應(yīng)關(guān)系（二）
附錄E序列傅里葉變換的性質(zhì)
習(xí)題答案
索引
參考書目
書單推薦
