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孫會楠 編

圖書標籤:

• 通信原理
• 信號與係統
• 調製解調
• 信道編碼
• 信息論
• 無綫通信
• 數字通信
• 模擬通信
• 通信係統
• 高等教育

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115362520

版次：1

商品編碼：11528389

包裝：平裝

叢書名： 21世紀高等院校信息與通信工程規劃教材——高校係列

開本：16開

齣版時間：2014-08-01

用紙：膠版紙

頁數：200

正文語種：中文

內容簡介

　　本書以各種現代通信係統的基本組成為模型，全麵係統地論述瞭現代通信的基本原理和技術。全書共8章，內容包括：緒論、信道、模擬調製係統、數字基帶傳輸係統、數字調製係統、模擬信號的數字傳輸、同步原理、差錯控製編碼等。
　　本書最大的特點是物理概念清楚，公式推導詳略得當，內容敘述深入淺齣，語言流暢，條理清楚，例題豐富，便於讀者自學以及組織實施教學活動。另外，本書的另一個特色是各章均有完整的知識小結和思考題與習題，便於讀者更好地熟悉、提煉所學內容，以及對所學內容的掌握情況進行自我檢查，有助於更好地掌握所學知識。
　　本書可作為應用型本科通信工程、信息工程、電子工程及相近專業的教材，適當刪節也可作為相關專業的專科學生教材，還可供相關工程技術人員參考。

內頁插圖

目錄

第1章　緒論　1
1．1　通信的基本概念　1
1．2　通信係統的組成　2
1．2．1　通信係統一般模型　2
1．2．2　模擬通信係統模型和數字通信係統模型　3
1．3　通信係統的分類與通信方式　5
1．3．1　通信係統分類　5
1．3．2　通信方式　7
1．4　信息及其度量　8
1．5　通信係統的主要性能指標　11
1．5．1　模擬通信係統的主要傳輸性能指標　11
1．5．2　數字通信係統的主要傳輸性能指標　12
本章小結　13
思考題與練習題　14

第2章　信道　15
2．1　信道的定義及其數學模型　15
2．1．1　信道的定義　15
2．1．2　信道的數學模型　16
2．2　恒參信道及其對信號傳輸的影響　18
2．2．1　恒參信道　18
2．2．2　恒參信道特性及其對信號傳輸的影響　22
2．3　隨參信道及其對信號傳輸的影響　24
2．3．1　隨參信道　24
2．3．2　隨參信道特性及其對信號傳輸的影響　27
2．3．3　隨參信道特性的改善　30
2．4　信道的加性噪聲　32
2．5　信道容量　34
2．5．1　信道容量定義　34
2．5．2　離散信道信道容量　34
2．5．3　連續信道信道容量　36
本章小結　37
思考題與練習題　38

第3章　模擬調製係統　40
3．1　綫性調製的基本原理　40
3．1．1　調幅　41
3．1．2　雙邊帶調製　44
3．1．3　單邊帶調製　45
3．1．4　殘留單邊帶調製　47
3．1．5　解調　47
3．2　綫性調製係統的抗噪聲性能分析　49
3．2．1　抗噪聲性能的分析模型　49
3．2．2　相乾解調的抗噪聲性能　50
3．2．3　非相乾解調的抗噪聲性能　53
3．3　非綫性調製的原理　56
3．3．1　角度調製的基本原理　56
3．3．2　窄帶角度調製信號　57
3．3．3　調頻信號的産生與解調　57
3．4　調頻係統的抗噪聲性能分析　59
3．4．1　相乾解調的抗噪聲性能　59
3．4．2　非相乾解調的抗噪聲性能　60
3．5　調頻係統的加重技術　64
本章小結　65
思考題與練習題　65

第4章　數字基帶傳輸係統　67
4．1　數字基帶信號　67
4．1．1　數字基帶信號的碼型設計原則　67
4．1．2　數字基帶信號的常用碼型　68
4．1．3　數字基帶信號的頻譜特性　72
4．2　數字基帶信號的傳輸與碼間串擾　75
4．2．1　數字基帶傳輸係統的組成　75
4．2．2　數字基帶傳輸係統的數學分析　76
4．2．3　碼間串擾的消除　77
4．3　無碼間串擾的基帶傳輸係統　77
4．3．1　無碼間串擾的時域條件　77
4．3．2　無碼間串擾的頻域條件　78
4．3．3　理想基帶傳輸係統　78
4．3．4　實用的無碼間串擾基帶傳輸特性　79
4．4　部分響應係統　81
4．4．1　部分響應係統的基本原理　81
4．4．2　一種實用的部分響應係統　83
4．4．3　一般形式的部分響應係統　83
4．5　眼圖　85
4．5．1　眼圖的概念　85
4．5．2　眼圖形成原理及模型　85
本章小結　86
思考題與練習題　87

第5章　數字頻帶傳輸係統　89
5．1　二進製幅移鍵控　89
5．1．1　基本原理　90
5．1．2　功率譜密度及帶寬　91
5．1．3　二進製幅移鍵控抗噪聲性能　92
5．2　二進製頻移鍵控　96
5．2．1　基本原理　96
5．2．2　功率譜密度及帶寬　98
5．2．3　二進製頻移鍵控抗噪聲性能　100
5．3　二進製相移鍵控　103
5．3．1　基本原理　104
5．3．2　功率譜密度及帶寬　107
5．3．3　二進製相移鍵控抗噪聲性能　108
5．4　二進製數字調製係統的性能比較　110
5．5　多進製數字調製原理　112
5．5．1　多進製幅移鍵控　112
5．5．2　多進製頻移鍵控　113
5．5．3　多進製相移鍵控　114
本章小結　116
思考題與練習題　116

第6章　模擬信號的數字傳輸　118
6．1　模擬信號的抽樣　118
6．1．1　理想抽樣　119
6．1．2　脈衝振幅調製　120
6．2　抽樣信號的量化　123
6．2．1　均勻量化　123
6．2．2　非均勻量化　125
6．3　脈衝編碼調製　128
6．3．1　脈衝編碼調製基本原理　128
6．3．2　常用的編碼方法　129
6．3．3　A律13摺綫編碼　130
6．3．4　PCM係統的抗噪聲分析　134
6．4　差分脈衝編碼調製　135
6．4．1　預測編碼簡介　135
6．4．2　差分脈衝編碼調製原理及性能　135
6．5　增量調製　136
6．5．1　增量調製原理　136
6．5．2　增量調製係統中的量化噪聲　138
本章小結　139
思考題與練習題　139

第7章　同步原理　141
7．1　載波同步　141
7．1．1　直接法　142
7．1．2　插入導頻法　148
7．1．3　載波同步係統的性能　151
7．2　位同步　153
7．2．1　外同步法　153
7．2．2　直接法　155
7．2．3　位同步係統的性能及其相位誤差對性能的影響　160
7．3　群同步　162
7．3．1　連貫插入法　163
7．3．2　間隔式插入法　165
7．3．3　群同步係統的性能　167
7．3．4　群同步的保護　169
本章小結　169
思考題與練習題　170

第8章　差錯控製編碼　172
8．1　差錯控製編碼基本概念　172
8．1．1　差錯控製方式　172
8．1．2　差錯控製編碼的分類　174
8．1．3　檢錯與糾錯的基本原理　174
8．1．4　碼長、碼重、碼距、編碼效率　175
8．1．5　最小碼距d0與碼的糾、檢錯能力之間的關係　176
8．2　常用檢錯碼　176
8．2．1　奇偶校驗碼　176
8．2．2　行列奇偶校驗碼　177
8．2．3　恒比碼　178
8．2．4　正反碼　179
8．3　綫性分組碼　179
8．3．1　綫性分組碼基本原理　179
8．3．2　漢明碼　186
8．4　循環碼　186
8．4．1　循環碼的特點　186
8．4．2　碼多項式及按模運算　187
8．4．3　循環碼的生成多項式和生成矩陣　188
8．4．4　循環碼的編碼　189
8．4．5　循環碼的解碼　191
8．5　捲積碼　192
8．5．1　捲積碼的編碼原理　192
8．5．2　捲積碼的圖形描述　193
8．5．3　捲積碼的維特比譯碼　194
8．6　Turbo碼　196
本章小結　197
思考題與練習題　198

主要參考文獻　200

前言/序言

《高精度信號處理技術與應用》 內容簡介： 本書深入探討瞭現代通信係統中至關重要的高精度信號處理技術，旨在為讀者提供一套全麵、係統且極具實踐價值的知識體係。在信息爆炸的時代，通信質量的提升與數據處理的效率直接決定瞭技術的先進性與應用的廣度。本書正是為瞭滿足這一需求而誕生的，它將從理論基石齣發，逐步延展至復雜算法的實現，並結閤前沿應用場景，為讀者勾勒齣信號處理在通信領域波瀾壯闊的發展圖景。 第一部分：信號處理的數學基礎與核心概念 在深入探討具體技術之前，本書將首先為讀者夯實必要的數學基礎。我們將迴顧並強化傅裏葉變換、拉普拉斯變換、Z變換等在信號分析中不可或缺的工具。重點將放在理解這些變換如何揭示信號在時域和頻域的內在聯係，以及它們在信號濾波、調製解調等過程中的作用。 傅裏葉級數與傅裏葉變換： 詳細闡述周期信號和非周期信號的頻譜分析方法，介紹離散傅裏葉變換（DFT）及其高效實現算法——快速傅裏葉變換（FFT）的原理與應用。讀者將理解FFT如何在計算效率上實現質的飛躍，並掌握其在信號的頻譜分析、濾波和捲積等操作中的應用。 拉普拉斯變換與Z變換： 深入講解連續時間和離散時間係統分析的強大工具，重點關注係統函數的概念、穩定性判據以及它們在係統建模和設計中的作用。本書將強調Z變換在數字信號處理中的核心地位，以及如何利用它分析離散時間係統的頻率響應和瞬態響應。 捲積定理與相關函數： 闡述捲積操作在信號係統中的重要性，包括如何利用捲積實現濾波、係統響應的計算等。同時，本書將詳細介紹自相關和互相關函數的概念及其在信號檢測、同步和參數估計中的應用，例如在雷達和聲納係統中用於目標距離和速度的測量。 概率論與隨機信號基礎： 鑒於通信信號往往受到噪聲乾擾，本書將係統迴顧概率論的基本概念，並重點介紹隨機變量、概率密度函數、期望、方差等。在此基礎上，本書將深入探討隨機信號的統計特性，如平穩性、遍曆性，以及功率譜密度（PSD）的概念，為後續的噪聲抑製和信號檢測打下理論基礎。 第二部分：濾波器設計與應用 濾波器是信號處理中最基礎也最核心的組成部分，它們用於去除噪聲、分離信號或提取特定頻率成分。本書將覆蓋從經典濾波器理論到現代數字濾波器設計的全過程。 模擬濾波器： 迴顧巴特沃斯、切比雪夫、橢圓等經典模擬濾波器設計方法，分析它們在幅度和相位特性上的權衡。本書將重點介紹這些濾波器的設計流程，包括如何根據技術指標選擇閤適的濾波器類型、確定濾波器階數以及計算濾波器元件參數。 數字濾波器基礎： 區分無限衝激響應（IIR）和有限衝激響應（FIR）濾波器，深入分析它們的結構、性能特點及設計方法。讀者將理解IIR濾波器在實現相同性能時所需階數較低的優勢，以及FIR濾波器在綫性相位和穩定性方麵的優越性。 IIR數字濾波器設計： 詳細介紹雙綫性變換法、脈衝不變法等將模擬濾波器原型轉換為數字濾波器的技術，並闡述如何根據給定的幅度響應規格設計IIR數字濾波器。本書將通過實例演示，幫助讀者掌握設計過程中的關鍵步驟和注意事項。 FIR數字濾波器設計： 重點介紹窗函數法（如矩形窗、漢寜窗、海明窗、巴特沃斯窗等）和頻率采樣法等FIR濾波器設計技術。本書將深入分析不同窗函數對濾波器性能（如阻帶衰減、過渡帶寬度）的影響，並提供如何根據具體需求選擇閤適窗函數的指導。 自適應濾波器： 引入自適應濾波器這一強大工具，介紹其基本原理和常見結構，如最小均方（LMS）算法和遞歸最小二乘（RLS）算法。本書將著重闡述自適應濾波器在噪聲消除、迴聲消除、信道均衡等通信場景中的應用，展示其動態適應環境變化的強大能力。 第三部分：采樣、量化與模數/數模轉換 數字通信係統的核心在於將模擬信號轉化為數字信號進行處理，並將數字信號恢復為模擬信號。這一過程涉及采樣和量化，是數字信號處理的起點和終點。 采樣定理： 深入剖析奈奎斯特-香農采樣定理，解釋其在防止混疊（aliasing）方麵的重要作用。本書將詳細分析采樣頻率與信號帶寬的關係，以及欠采樣和過采樣的原理與適用場景。 量化誤差分析： 探討均勻量化和非均勻量化（如μ-law、A-law）的原理，分析量化誤差的産生及其對信號保真度的影響。讀者將學習如何評估量化噪聲的功率，以及如何通過增加量化比特數來提高信噪比。 模數轉換器（ADC）： 介紹不同類型的ADC，如逐次逼近型（SAR）、雙積分型、流水綫型和Σ-Δ型ADC。本書將分析它們的性能指標（如分辨率、采樣率、功耗、精度），並結閤實際應用場景，指導讀者如何選擇閤適的ADC。 數模轉換器（DAC）： 講解R-2R梯形DAC、權電流DAC等DAC的結構和工作原理，以及其關鍵性能指標。本書將重點介紹DAC在數字信號迴放、閤成等應用中的作用。 第四部分：現代通信信號處理算法 本部分將聚焦於當前通信係統中廣泛應用的先進信號處理算法，這些算法是實現高效、可靠通信的關鍵。 調製與解調技術： 深入分析幅度調製（AM）、頻率調製（FM）、相位調製（PM）以及各種數字調製技術，如ASK、FSK、PSK、QAM等。本書將重點闡述這些調製方式的原理、頻譜特性、抗噪聲能力以及在實際通信係統中的應用。 均衡技術： 探討通信信道中的失真，特彆是符號間乾擾（ISI）的産生及其影響。本書將詳細介紹各種均衡器，包括橫跨式均衡器（T/R均衡）、判決反饋均衡器（DFE）以及自適應均衡算法（如LMS、RLS在均衡中的應用）。讀者將理解均衡器如何補償信道失真，提高數據傳輸的準確性。 信道編碼與解碼： 介紹糾錯編碼的基本原理，包括綫性分組碼（如Hamming碼、BCH碼）、捲積碼以及現代通信中廣泛應用的Turbo碼和LDPC碼。本書將深入分析這些編碼方案的編碼增益，以及它們如何在數據傳輸中提供強大的糾錯能力，從而顯著降低誤碼率。 多速率信號處理： 講解上采樣和下采樣技術，以及它們在改變信號采樣率時的應用。本書將介紹抽取器（Downsampler）和插值器（Interpolator）的設計，以及它們在多速率濾波器組（如QMF）中的應用，這些在軟件無綫電和多媒體通信中尤為重要。 譜估計技術： 介紹經典譜估計方法（如周期圖法）的局限性，並深入探討現代譜估計技術，如Welch法、Burg法（AR模型）、MUSIC算法（ESPRIT）等。本書將闡述這些方法在提高頻譜分辨率、抑製噪聲方麵的優勢。 第五部分：信號處理在通信係統中的實際應用 本部分將理論與實踐相結閤，將前麵所學的信號處理技術應用於具體的通信係統場景。 無綫通信係統： 詳細講解在蜂窩網絡（如4G、5G）、Wi-Fi、藍牙等無綫通信標準中，信號處理技術是如何被應用的。這包括： OFDM（正交頻分復用）： 深入解析OFDM的原理，包括如何利用FFT/IFFT實現多載波調製，以及其在對抗多徑衰落和提高頻譜利用率方麵的優勢。 MIMO（多輸入多輸齣）技術： 探討MIMO係統中的空時編碼（STC）、預編碼（Precoding）、波束成形（Beamforming）等信號處理技術，以實現更高的信道容量和可靠性。 認知無綫電與軟件定義無綫電（SDR）： 介紹SDR平颱中信號處理算法的實現，以及認知無綫電如何通過信號分析動態調整工作參數以優化頻譜利用。 衛星通信與深空探測： 分析在低信噪比環境下，如何利用先進的信號處理技術（如長碼編碼、糾錯解碼、同步技術）實現遠距離、高可靠的數據傳輸。 雷達與聲納係統： 講解脈衝壓縮、多普勒處理、目標檢測、跟蹤等信號處理技術在雷達和聲納係統中的應用。 光通信係統： 探討光信號的調製、解調、濾波以及數字信號處理在光縴通信係統中的應用，例如在高速光信號處理和光網絡管理中的作用。 信號處理的硬件實現： 簡要介紹在數字信號處理器（DSP）、現場可編程門陣列（FPGA）以及專用集成電路（ASIC）上實現信號處理算法的挑戰和方法，為讀者在工程實踐中提供指導。 本書特點： 理論與實踐並重： 本書不僅闡述瞭信號處理的數學原理，更注重其在實際通信係統中的應用，通過豐富的實例和場景分析，幫助讀者建立直觀的理解。 循序漸進的結構： 內容從基礎概念逐步深入到高級算法和實際應用，邏輯清晰，便於讀者逐步掌握。 前沿技術覆蓋： 涵蓋瞭OFDM、MIMO、Turbo碼、LDPC碼等當前通信領域的熱點技術。 注重工程實現： 對硬件實現的簡要介紹，為讀者在工程實踐中提供必要的參考。 通過本書的學習，讀者將能夠深入理解現代通信係統中信號處理的核心技術，掌握設計和分析各種信號處理算法的能力，為從事通信係統設計、研發、優化等相關工作打下堅實的基礎。無論是通信工程專業的學生、研究人員，還是相關領域的工程師，都能從中獲益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事方式，讓我仿佛置身於一場生動有趣的通信曆史畫捲之中。 我一直認為，學習一門技術，瞭解它的發展曆程和背後故事，能夠極大地提升學習的趣味性和深入程度。這本書在這方麵做得非常齣色。它在介紹各個通信技術的同時，並沒有忘記迴顧其發展背景和關鍵人物。比如，在講解模擬通信的曆史演變時，書中穿插瞭貝爾、馬可尼等通信先驅的故事，讓我對他們的偉大貢獻有瞭更深的敬意。而當進入數字通信部分，書中則詳細介紹瞭信息論的誕生，以及香農如何通過其革命性的工作，為現代通信奠定瞭理論基礎。這種敘事風格，使得枯燥的技術概念變得鮮活起來，讓我更容易産生共鳴。我特彆喜歡書中關於編碼理論發展的章節，從早期的海明碼，到後來的捲積碼、Turbo碼，再到LDPC碼，書中清晰地梳理瞭每一種編碼技術的齣現及其解決的關鍵問題，以及它們如何一步步推動瞭通信係統的性能飛躍。閱讀這些內容，不僅讓我瞭解瞭技術的演進，也讓我對通信科學的整體發展脈絡有瞭更宏觀的認識，這對於拓展我的視野非常有益。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度，足以讓我在通信領域進行一次徹底的“考古”挖掘。 我並非是初學者，對通信理論已經有瞭一定的積纍，但一直覺得在某些關鍵概念上，我的理解不夠透徹，總覺得隔靴搔癢。這本書的齣現，恰好填補瞭這些知識空白。它在介紹基本概念後，立刻深入到一些更具挑戰性的主題，比如信息論中的香農編碼定理，以及各種調製解調技術的數學原理。作者在推導公式的過程中，詳細地解釋瞭每一步的邏輯，並對關鍵的參數進行瞭深入的剖析，讓我能夠清晰地看到理論是如何與實際應用相結閤的。例如，在講解ASK、FSK、PSK等基本調製方式時，不僅僅是羅列公式，而是從信號的時域和頻域特性入手，詳細分析瞭它們在噪聲環境下性能的差異，以及各自的優缺點。更讓我驚喜的是，書中還探討瞭一些高級的通信技術，如OFDM（正交頻分復用）和MIMO（多輸入多輸齣）係統。對於OFDM，它不僅解釋瞭其能夠剋服多徑衰落的原理，還詳細描述瞭其IFFT/FFT的實現過程，讓我對高速率、高頻譜利用率的無綫通信有瞭更深的認識。而MIMO部分，則通過對空間復用和分集增益的深入分析，揭示瞭如何利用多天綫技術提升通信係統的容量和可靠性。這本書的分析邏輯嚴謹，內容豐富，讓我感覺每一頁都蘊含著寶貴的知識。

評分☆☆☆☆☆

這不僅僅是一本教材，更像是一位經驗豐富的導師，在我遇到瓶頸時，總能及時給予我啓發。 作為一名已經有幾年工作經驗的通信工程師，我深知理論知識與實際工程之間的差距。很多時候，我們遇到的問題並非 textbook style，而是充滿瞭各種意想不到的復雜性。這本書最讓我稱道的一點，在於它對通信係統性能分析的透徹性。它不僅僅停留在理論公式的層麵，而是通過大量的仿真例子和工程實踐中的常見問題，來驗證和闡述理論。例如，在講解誤碼率（BER）時，書中並沒有簡單地給齣一個公式，而是通過分析不同信噪比（SNR）下，不同調製方式的BER麯綫，並結閤實際的信道模型，來解釋為什麼在實際應用中，我們需要根據信道條件選擇閤適的調製解調方式。此外，書中還對一些關鍵的工程參數，如星座圖、眼圖等進行瞭非常詳細的解釋，讓我能夠更準確地理解和分析通信係統的實際錶現。書中對於糾錯編碼的闡述也讓我印象深刻，不僅僅是介紹瞭幾種編碼方式，還深入分析瞭它們在糾錯能力、編碼復雜度以及實現方式上的權衡。這對於我進行係統設計和故障排查，提供瞭非常實用的指導。

評分☆☆☆☆☆

初涉通信世界，這本書像是一盞明燈，照亮瞭我前行的方嚮。 作為一個對信息傳輸充滿好奇，卻又對具體原理一知半解的新手，我一直渴望找到一本能夠循序漸進、深入淺齣的教材。市麵上相關的書籍不少，但很多要麼過於理論化，充斥著晦澀的公式和符號，讓人望而卻步；要麼過於淺顯，隻能泛泛而談，無法滿足我深入探索的願望。就在我迷茫之際，偶然翻閱瞭這本書，一股豁然開朗的感覺油然而生。它沒有一開始就拋齣復雜的數學模型，而是從最基礎的概念講起，比如什麼是信號，信號是如何編碼和傳輸的。作者用生動形象的比喻，將抽象的通信過程具象化，讓我這個門外漢也能輕鬆理解。例如，在講解信道衰減時，作者巧妙地將其比作聲音在傳播過程中逐漸變小，又結閤實際的無綫信號在空氣中傳播時會受到各種乾擾，使得信號強度逐漸減弱。這種貼近生活的類比，極大地降低瞭學習門檻。更重要的是，它並非止步於概念的講解，而是逐步引導讀者去理解不同通信技術的優劣，以及它們在不同場景下的應用。我尤其喜歡其中對信號頻譜和帶寬的闡述，通過圖文並茂的方式，清晰地展示瞭不同信號所占用的頻率範圍，以及帶寬對信息傳輸速率的影響。這讓我對無綫通信、光縴通信等技術有瞭更直觀的認識，也為我後續更深入的學習打下瞭堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格，如同知己般娓娓道來，讓我在不知不覺中掌握瞭復雜的通信知識。 有些技術書籍，讀起來如同在啃一本字典，生硬而乏味，讓人提不起學習的興緻。但這本書則完全不同，它的語言流暢而富有感染力，讀起來有一種輕鬆愉悅的感覺。作者善於使用通俗易懂的語言，將復雜的數學公式和理論概念解釋得清晰明瞭。即便是在講解一些高深的數學原理時，作者也能夠通過巧妙的比喻和類比，將其與生活中的現象聯係起來，讓我能夠更容易地理解和消化。我印象最深刻的是書中關於隨機過程的講解，作者將復雜的隨機變量和隨機過程的概念，通過模擬骰子遊戲、信號的隨機漲落等例子進行瞭生動的闡述，讓我這個對概率論不太感冒的人，也能從中找到樂趣，並理解其在通信係統中的重要性。此外，書中對一些工程實踐中的細節描述也十分到位，例如在講解噪聲對信號的影響時，作者詳細描述瞭不同類型的噪聲，以及它們在不同通信場景下的錶現，並給齣瞭相應的抑製方法，這對於我進行實際的係統設計和調試非常有幫助。總而言之，這本書在知識的深度和易讀性之間找到瞭完美的平衡點。