信號與系統(tǒng)講稿

1、信號與系統(tǒng)講稿第一講： 引言授課時(shí)數(shù)學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解信號的傳遞學(xué)習(xí)重點(diǎn)、難點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)通信系統(tǒng)的組成學(xué)習(xí)模式視覺模式，聽覺模式講授過程學(xué)習(xí)講授內(nèi)容體系設(shè)計(jì)預(yù)備知識引題材料移動(dòng)通信技術(shù)可以說從無線電通信發(fā)明之日就產(chǎn)生了。1897年，M·G·馬可尼所完成的無線通信試驗(yàn)就是在固定站與一艘拖船之間進(jìn)行的，距離為18海哩。而現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展始于上世紀(jì)20年代，大致經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段。35年前，誰也無法想象有一天每個(gè)人身上都有一部電話，被連接到這個(gè)世界。如今，人們可以通過手機(jī)進(jìn)行通訊，智能手機(jī)更如同一款隨身攜帶的小型計(jì)算機(jī)，通過3G等移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)接入后，可以方便的實(shí)現(xiàn)個(gè)

2、人信息管理及查閱股票、新聞、天氣、交通、商品信息、應(yīng)用程序下載、音樂圖片下載等。下讓我們來回顧一下移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展簡史。第一階段從上世紀(jì)20年代至40年代，為早期發(fā)展階段。在這期間，首先在短波幾個(gè)頻段上開發(fā)出專用移動(dòng)通信系統(tǒng)，其代表是美國底特律市警察使用的 車載無線電系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作頻率為2MHz，到40年代提高到3040MHz,可以認(rèn)為這個(gè)階段是現(xiàn)代移動(dòng)通信的起步階段，特點(diǎn)是專用系統(tǒng)開發(fā)，工作頻 率較低。1946年10月貝爾電話公司啟動(dòng)車載無線電話服務(wù)第二階段從上世紀(jì)40年代中期至60年代初期。在此期間內(nèi)，公用移動(dòng)通信業(yè)務(wù)開始問世。1946年，根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)的計(jì)劃，貝

3、爾系統(tǒng) 在圣路易斯城建立了世界上第一個(gè)公用汽車電話網(wǎng)，稱為“城市系統(tǒng)”。當(dāng)時(shí)使用三個(gè)頻道，間隔為120kHz，通信方式為單工，隨后，西德(1950年)、 法國(1956年)、英國(1959年)等國相繼研制了公用移動(dòng)電話系統(tǒng)。美國貝爾實(shí)驗(yàn)室完成了人工交換系統(tǒng)的接續(xù)問題。這一階段的特點(diǎn)是從專用移動(dòng)網(wǎng)向 公用移動(dòng)網(wǎng)過渡，接續(xù)方式為人工，網(wǎng)的容量較小。人工交換臺第三階段從上世紀(jì)60年代中期至70年代中期。在此期間，美國推出了改進(jìn)型移動(dòng)電話系統(tǒng)(IMTS)，使用150MHz和450MHz頻段，采用大區(qū) 制、中小容量，實(shí)現(xiàn)了無線頻道自動(dòng)選擇并能夠自動(dòng)接續(xù)到公用電話網(wǎng)。德國也推出了具有相同技術(shù)水準(zhǔn)的B網(wǎng)。可

4、以說，這一階段是移動(dòng)通信系統(tǒng)改進(jìn)與完善的階 段，其特點(diǎn)是采用大區(qū)制、中小容量，使用450MHz頻段，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)選頻與自動(dòng)接續(xù)。第四階段從上世紀(jì)70年代中期至80年代中期。這是移動(dòng)通信蓬勃發(fā)展時(shí)期。1978年底，美國貝爾試驗(yàn)室研制成功先進(jìn)的移動(dòng)電話系統(tǒng)(AMPS)，建成了蜂窩狀移動(dòng)通信網(wǎng)，大大提高了系統(tǒng)容量。該階段稱為1G（第一代移動(dòng)通訊技術(shù)），主要采用的是模擬技術(shù)和頻分多址(FDMA)技術(shù)。Nordic移動(dòng)電話（NMT）就是這樣一種標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于Nordic國家、東歐以及俄羅斯。其它還包括美國的高級移動(dòng)電話系統(tǒng)（AMPS），英國的總訪問通信系統(tǒng)（TACS）以及日本的JTAGS，西德的 C-Net

5、z，法國的Radiocom 2000和意大利的RTMI。這一階段的特點(diǎn)是蜂窩狀移動(dòng)通信網(wǎng)成為實(shí)用系統(tǒng)，并在世界各地迅速發(fā)展。移動(dòng)通信大發(fā)展的原因，除了用戶要求迅猛增加這一主要推動(dòng)力之外，還有幾 方面技術(shù)進(jìn)展所提供的條件。首先，微電子技術(shù)在這一時(shí)期得到長足發(fā)展，這使得通信設(shè)備的小型化、微型化有了可能性，各種輕便電臺被不斷地推出。其次，提出并形成了移動(dòng)通信新體制。隨著用戶數(shù)量增加，大區(qū)制所能提供的容量很快飽和，這就必須探索新體制。在這方面最重要的突破是貝爾試驗(yàn)室在70年代提出的蜂窩網(wǎng)的概念，解決了公用移動(dòng)通信系統(tǒng)要求容量大與頻率資源有限的矛盾。第三方面進(jìn)展是隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展而出現(xiàn)的微處理器

6、技術(shù)日趨成熟以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，從而為大型通信網(wǎng)的管理與控制提供了技術(shù)手段。以AMPS和TACS為代表的第一代移動(dòng)通信模擬蜂窩網(wǎng)雖然取得了很大成功，但也暴露了一些問題，比如容量有限、制式太多、互不兼容、話音質(zhì)量不高、不能提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、不能提供自動(dòng)漫游、頻譜利用率低、移動(dòng)設(shè)備復(fù)雜、費(fèi)用較貴以及通話易被竊聽等，最主要的問題是其容量已不能滿足日益增長的移動(dòng)用戶需求。第一代移動(dòng)電話世界上第一臺手機(jī)摩托羅拉DynaTAC 8000X重2磅，通話時(shí)間半小時(shí)，銷售價(jià)格為3,995美元，是名副其實(shí)的最貴重的磚頭。第五階段從上世紀(jì)80年代中期開始。這是數(shù)碼移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展和成熟時(shí)期。 該階段可以再分為2G

7、、2.5G、3G、4G等。2G：2G是第二代手機(jī)通信技術(shù)規(guī)格的簡稱，一般定義為以數(shù)碼語音傳輸技術(shù)為核心，無法直接傳送如電子郵件、軟件等信息；只具有通話和一些如時(shí)間日期等傳送的手機(jī)通信技術(shù)規(guī)格。不過手機(jī)短信SMS（Short message service）在2G的某些規(guī)格中能夠被執(zhí)行。主要采用的是數(shù)碼的時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)和碼分多址(CDMA)技術(shù)，與之對應(yīng)的是全球主要有GSM和CDMA兩種體制。經(jīng)典的2G手機(jī)2.5G：2.5G是從2G邁向3G的銜接性技術(shù)，由于3G是個(gè)相當(dāng)浩大的工程，所 2.5G手機(jī)牽扯的層面多且復(fù)雜，要從目前的2G邁向3G不可能一下就銜接得上，因此出現(xiàn)了介于2G和3G之

8、間的2.5G。HSCSD、WAP、EDGE、藍(lán)牙（Bluetooth）、EPOC等技術(shù)都是2.5G技術(shù)。2.5G功能通常與GPRS技術(shù)有關(guān)，GPRS技術(shù)是在GSM的基礎(chǔ)上的一種過渡技術(shù)。GPRS的推出標(biāo)志著人們在GSM的發(fā)展史上邁出了意義最重大的一步，GPRS在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動(dòng)用戶提供高速無線IP和X.25分組數(shù)據(jù)接入服務(wù)。較2G服務(wù)，2.5G無線技術(shù)可以提供更高的速率和更多的功能。傳統(tǒng)的2.5G手機(jī)3G3G是英文3rd Generation的縮寫，是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谌苿?dòng)通信技術(shù)。與從前以模擬技術(shù)為代表的第一代和目前正在使用的第二代移動(dòng)通信技術(shù)相比，3G將有

9、更寬的帶寬，其傳輸速度最低為384K，最高為2M，帶寬可達(dá)5MHz以上。不僅能傳輸話音，還能傳輸數(shù)據(jù)，從而提供快捷、方便的無線應(yīng)用，如無線接入Internet。能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和寬帶多媒體服務(wù)是第三代移動(dòng)通信的另一個(gè)主要特點(diǎn)。目前3G存在四種標(biāo)準(zhǔn)：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)能將高速移動(dòng)接入和基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的服務(wù)結(jié)合起來，提高無線頻率利用效率。提供包括衛(wèi)星在內(nèi)的全球覆蓋并實(shí)現(xiàn)有線和無線以及不同無線網(wǎng)絡(luò)之間業(yè)務(wù)的無縫連接。滿足多媒體業(yè)務(wù)的要求，從而為用戶提供更經(jīng)濟(jì)、內(nèi)容更豐富的無線通信服務(wù)。3G智能手機(jī)相對第一代模擬制式手機(jī)（1G）和第二代G

10、SM、TDMA等數(shù)字手機(jī)（2G），第三代手機(jī)一般而言，是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。是基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的終端設(shè)備，3G手機(jī)完全是通信業(yè)和計(jì)算器工業(yè)相融合的產(chǎn)物，和此前的手機(jī)相比差別實(shí)在是太大了，因此越來越多的人開始稱呼這類新的移 動(dòng)通信產(chǎn)品為“個(gè)人通信終端”。即使是對通信業(yè)最外行的人也可從外形上輕易地判斷出一臺手機(jī)是否是“第三代”：第三代手機(jī)都有一個(gè)超大的彩色顯示屏，往往還是觸摸式的。3G手機(jī)除了能完成高質(zhì)量的日常通信外，還能進(jìn)行多媒體通信。用戶可以在3G手機(jī)的觸摸顯示屏上直接寫字、繪圖，并將其傳送給另一臺手機(jī)，而所需時(shí)間可能不到一秒。當(dāng)然，也可以將這些信息

11、傳送給一臺計(jì)算機(jī)，或從計(jì)算機(jī)中下載某些信息；用戶可以用3G手機(jī)直接上網(wǎng)，查看電子郵件或?yàn)g覽網(wǎng)頁；將有不少型號的3G手機(jī)自帶攝像頭，這將使用戶可以利用手機(jī)進(jìn)行計(jì)算機(jī)會議，甚至替代數(shù)碼相機(jī)。4G4G是第四代移動(dòng)通信及其技術(shù)的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務(wù)的要求。而在用戶最為關(guān)注的價(jià)格方面，4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價(jià)格方面不相上下，而且計(jì)費(fèi)方式更加靈活機(jī)動(dòng)，用戶完全可以根據(jù)自身的需求確定所需的服務(wù)。此外

12、，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展到整個(gè)地區(qū)。 很明顯，4G有著不可比擬的優(yōu)越性。使用LTE網(wǎng)絡(luò)播放高清流媒體效果正當(dāng)LTE(Long Term Evolution,長期演進(jìn))和WiMax在全球電信業(yè)大力推進(jìn)時(shí)，前者（LTE）也是最強(qiáng)大的4G移動(dòng)通訊主導(dǎo)技術(shù)IBM數(shù)據(jù)顯示，67%運(yùn)營商正考慮使用LTE，因?yàn)檫@是他們未來市場的主要來源。上述消息也證實(shí)了IBM的這一說法。而只有8%的運(yùn)營商考慮使用WiMAX。盡管WiMax 可以給其客戶提供市場上傳輸速度最快的網(wǎng)絡(luò)，但仍然不是LTE技術(shù)的競爭對手。LTE(Long Term Evolution,長期演進(jìn))項(xiàng)目是3G

13、的演進(jìn)，它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)。主要特點(diǎn)是 在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的峰值速率，相對于3G網(wǎng)絡(luò)大大的提高了小區(qū)的容量，同時(shí)將網(wǎng)絡(luò)延遲大大降低：內(nèi)部單向傳輸時(shí)延低于5ms，控制平面從睡眠狀態(tài)到啟動(dòng)狀態(tài)遷移時(shí)間低于50ms，從駐留狀態(tài)到啟動(dòng)狀態(tài)的遷移時(shí)間小于100ms。4G是集3G與WLAN于一體，并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像，它的圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比目前的撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對

14、于無線服務(wù)的要求。而在用戶最為關(guān)注的價(jià)格方面，4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價(jià)格方面不相上下，而且計(jì)費(fèi)方式更加靈活機(jī)動(dòng)，用戶完全可以根據(jù)自身的需求確定所需的服務(wù)。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展到整個(gè)地區(qū)。很明顯，4G有著不可比擬的優(yōu)越性。4G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)4G移動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能，它們由無線和核心網(wǎng)的結(jié)合格式完成。中間環(huán)境層的功能有QoS映像、地址變換和完全性管理等。物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開放的，它使發(fā)展和提供新的應(yīng)用及服務(wù)變得更為容易，提供無縫高數(shù)據(jù)率

15、的無線服務(wù)，并運(yùn)行于多個(gè)頻帶。這一服務(wù)能自適應(yīng)多個(gè)無線標(biāo)準(zhǔn)及多模終端能力，跨越多個(gè)運(yùn)營者和服務(wù)，提供大范圍服務(wù)。移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括信道傳輸；抗干擾性強(qiáng)的高速接入技術(shù)、調(diào)制和信息傳輸技術(shù)；高性能、小型化和低成本的自適應(yīng)數(shù)組智能天線；大容量、低成本的無線接口和光接口；系統(tǒng)管理資源；軟件無線電、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)協(xié)議等。移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是以正交頻分復(fù)用（OFDM）為技術(shù)核心。OFDM技術(shù)的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高度可擴(kuò)展，具有良好的抗噪聲性能和抗多信道干擾能力，可以提供比目前無線數(shù)據(jù)技術(shù)質(zhì)量更高（速率高、時(shí)延?。┑姆?wù)和更好的性能價(jià)格比，能為4G無線網(wǎng)提供更好的方案。例如無線區(qū)域環(huán)路（WLL）、數(shù)碼音訊廣播（

16、DAB）等，都將采用OFDM技術(shù)。4G移動(dòng)通信對加速增長的廣帶無線連接的要求提供技術(shù)上的響應(yīng)，對跨越公眾的和專用的、室內(nèi)和室外的多種無線系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)保證提供無縫的服務(wù)。通過對最適合的可用網(wǎng)絡(luò)提供用戶所需求的最佳服務(wù)，能應(yīng)付基于網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)通信所期望的增長，增添新的頻段，使頻譜資源大擴(kuò)展，提供不同類型的通信接口，運(yùn)用路由技術(shù)為主的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以傅利葉變換來發(fā)展硬件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。移動(dòng)通信將向資料化，高速化、寬帶化、頻段更高化方向發(fā)展，移動(dòng)資料、移動(dòng)IP將成為未來移動(dòng)網(wǎng)的主流業(yè)務(wù)。講授過程學(xué)習(xí)講授內(nèi)容體系設(shè)計(jì)知識要點(diǎn)筆記安排信號：一種物理量（電、光、聲）的變化。消息：待傳送的一種以收發(fā)雙方事先約定的方式

17、組成的符號，如語言、文字、圖像、數(shù)據(jù)等。信號是數(shù)據(jù)的電磁編碼或電子編碼。和數(shù)據(jù)一樣，信號也分為模擬信號和數(shù)字信號。模擬信號是指電信號的參量是連續(xù)取值的，其特點(diǎn)是幅度連續(xù)。常見的模擬信號有電話、傳真和電視信號等。數(shù)字信號是離散的，從一個(gè)值到另一個(gè)值的改變是瞬時(shí)的，就像開啟和關(guān)閉電源一樣。數(shù)字信號的特點(diǎn)是幅度被限制在有限個(gè)數(shù)值之內(nèi)。常見的數(shù)字信號有電報(bào)符號、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)等。信號是運(yùn)載消息的工具，是消息的載體。從廣義上講，它包含光信號、聲信號和電信號等。信號指的是數(shù)據(jù)的電磁編碼或電子編碼。信號分為模擬信號和數(shù)字信號。模擬信號是指電信號的參量是連續(xù)取值的，其特點(diǎn)是幅度連續(xù)。常見的模擬信號有電話、傳真和電視

18、信號等。數(shù)字信號是離散的，從一個(gè)值到另一個(gè)值的改變是瞬時(shí)的，就像開啟和關(guān)閉電源一樣。數(shù)字信號的特點(diǎn)是幅度被限制在有限個(gè)數(shù)值之內(nèi)。常見的數(shù)字信號有電報(bào)符號、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)等。例如，古代人利用點(diǎn)燃烽火臺而產(chǎn)生的滾滾狼煙，向遠(yuǎn)方軍隊(duì)傳遞敵人入侵的消息，這屬于光信號；當(dāng)我們說話時(shí)，聲波傳遞到他人的耳朵，使他人了解我們的意圖，這屬于聲信號；遨游太空的各種無線電波、四通八達(dá)的電話網(wǎng)中的電流等，都可以用來向遠(yuǎn)方表達(dá)各種消息，這屬電信號。人們通過對光、聲、電信號進(jìn)行接收，才知道對方要表達(dá)的消息。模擬信號是傳播能量的一種形式，它指的是在時(shí)間上連續(xù)的(不間斷)，數(shù)值幅度大小也是連續(xù)不問斷變化的信號(傳統(tǒng)的音頻信號、視頻

19、信號)。如聲波使它經(jīng)過的媒體產(chǎn)生振動(dòng)，可以以頻率(以每秒的周期數(shù)或赫茲(Hz)為單位)測量聲波。通過將二進(jìn)制數(shù)表示為電脈沖(其中每個(gè)脈沖是一個(gè)信號元素)使數(shù)字信號通過媒體傳輸。線路上的電壓在高低狀態(tài)之間變化。例如，可以采用高電平傳輸二進(jìn)制的1，采用低電平傳輸二進(jìn)制的0。帶寬是指每秒通過鏈路傳輸位數(shù)的術(shù)語。在長距離傳輸時(shí)，信號由于衰減、噪聲和導(dǎo)線束中其他導(dǎo)線的干擾而退化。模擬信號可以周期性地加以放大，但是如果信號受到噪聲破壞，則放大的是失真信號。相比而言，由于可以很容易地從噪聲中提取數(shù)字信號并重發(fā)，所以長距離傳輸數(shù)字信號更可靠。方案介紹數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸利用PCM數(shù)字信道傳輸數(shù)據(jù)信號，首先要解決的問題

20、是數(shù)據(jù)信號如何進(jìn)入PCM話 路的問題。主要通過兩種方式：同步方式和異步方式。同步方式利用PCM數(shù)字信道傳輸數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)信號與數(shù)字端局的時(shí)鐘是同步的，這時(shí)，數(shù)據(jù)終端輸出的數(shù)據(jù)信號是受PCM信道時(shí)鐘控制的，因此只需對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行多路化處理即可。這里數(shù)據(jù)終端設(shè)備處于受控制的從屬地位，因此靈活性差。如果數(shù)據(jù)信號與數(shù)據(jù)端局時(shí)鐘是異步的，這時(shí)數(shù)據(jù)信號可采用填充方式復(fù)用到64kbits的集合信號，這就是異步方式。如上所述，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)借助于電脈沖傳輸。一一對應(yīng)使用單脈沖表示一個(gè)位。它的效率是非常低的，因此已經(jīng)開發(fā)了多種編碼方案以使用電脈沖更高效地傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。結(jié)果大大提高了吞吐量。這與使用旗語發(fā)送消息的情況相

21、類似。比如說“信號旗升起”表示1，“信號旗降下”表示O。一種更有效的編碼方案是“只在出現(xiàn)二進(jìn)制1時(shí)升起或降下信號旗”。例如，如果信號旗已經(jīng)舉起，則把它降下來。不管信號旗是舉起還是降下，它的運(yùn)動(dòng)才是指示器。這種方法還需要某種類型的定時(shí)(例如，每秒發(fā)送一位)。因此，在第一秒，信號旗升起圖AM和FM對數(shù)字信號的表達(dá) (假設(shè)它原來是降下的)以表示1。然后再維持升起兩秒鐘(兩個(gè)為0的位)，然后在第四秒降下以表示改變到為1的位。對于數(shù)字設(shè)備，接收器必須具有某種方法能夠知道數(shù)據(jù)流中字節(jié)的起始和結(jié)束。在異步通信中，字節(jié)邊界由起始和停止位指示。在同步通信中，定時(shí)機(jī)制幫助發(fā)送器和接收器處于同步狀態(tài)。同步信號可以占

22、有一個(gè)單獨(dú)的信道，但更經(jīng)常的是直接集成到信號中。下面介紹幾種信令和編碼方案并以圖S-4說明。圖中示出的是0100110001位序列。目的是傳盡可能多的信號，使用低電平以減少長距離衰減的影響，并在信號中直接提供同步機(jī)制。前幾個(gè)例子表示基本的信號，但很少在實(shí)際中應(yīng)用。單極性 單極性碼有電壓表示1，無電壓表示O。沒有特殊的編碼。單極性碼會累積直流分量。雙極性 雙極性碼中正電壓表示1，負(fù)電壓表示0。該方案降低了功率要求并減小了高電平衰減。雙極性碼的直流分量則大大減少,從而有利于傳輸。 RZ (歸零制) 歸零碼的電壓狀態(tài)在某個(gè)信號狀態(tài)后返回到零。歸零碼的脈沖較窄，根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關(guān)系，

23、因而歸零碼在信道上占用的頻帶較寬。圖數(shù)字信號編碼方案NRZI(按1反相不歸零制) NRZI編碼中不論電平是高還是低，都不代表二進(jìn)制的1和0。而是電壓變化表示二進(jìn)制的1。如果沒有電壓變化，則下一位是0；如果有電壓變化，則下一位是1。不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結(jié)束和另一位的開始，需要用某種方法使發(fā)送器和接收器之間進(jìn)行定時(shí)或同步。NRZI用于較慢的RS232串行通信和硬盤驅(qū)動(dòng)器上的數(shù)據(jù)存儲中。在同步鏈路上，長串的連續(xù)位(可能數(shù)千個(gè)0)會出現(xiàn)問題。接收器可能會失去同步，不能檢測到連續(xù)串中0的正確個(gè)數(shù)。另一問題是長串的0表現(xiàn)為直流，它不能通過某些電氣部件。Manchester編碼和其他方案通過增加時(shí)

24、鐘信號解決了這些問題。Manchester(曼徹斯特) 在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時(shí)鐘信號，又作數(shù)據(jù)信號；從高到低跳變表示"1"，從低到高跳變表示"0"。這給接收器提供了可以與之保持同步的定時(shí)信號。曼徹斯特編碼常用在LAN上。折疊編輯本段信號的特點(diǎn)信號是對事物的替代物，具有以下特點(diǎn)：1、信號與其代表的對應(yīng)物之間有一定的因果關(guān)系，從這個(gè)意義上說，一切符號都是信號。2、信號與其表示的事物之間通常有一對一的關(guān)系。折疊編輯本段信號介紹信號是指示列車運(yùn)行及調(diào)車作業(yè)的命令，有關(guān)行車人員必須嚴(yán)格執(zhí)行。鐵路信號分為視覺信號和聽覺信號。視覺信

25、號又分晝間、夜間及晝夜通用信號。視覺信號的基本顏色：紅色停車；黃色注意或減低速度；綠色按規(guī)定速度運(yùn)行。聽覺信號：號角、口笛、響墩發(fā)出的音響和機(jī)車、軌道車的鳴笛聲。鐵路信號按信號機(jī)是否可移動(dòng)又可分為固定信號、移動(dòng)信號和手信號。按停車信號的顯示意義可分為絕對信號和非絕對信號（亦稱容許信號）兩種。絕對信號是指當(dāng)顯示停止運(yùn)行的信號時(shí)，列車、調(diào)車必須無條件遵守的信號顯示。進(jìn)站、出站、進(jìn)路和通過信號機(jī)的燈光熄滅、顯示不明或顯示不正確時(shí)，均視為停車信號。接近信號機(jī)的燈光熄滅、顯示不明或顯示不正確時(shí)，均視為進(jìn)站信號機(jī)為關(guān)閉狀態(tài)。裝有容許信號的通過信號機(jī)，顯示停車信號時(shí)，準(zhǔn)許鐵路局規(guī)定停車后起動(dòng)困難的貨物列車，

26、在該信號機(jī)前不停車，以最高不超過20km/h，運(yùn)行到次一通過信號機(jī)，按其顯示的要求運(yùn)行。通信系統(tǒng)的組成 可以把通信系統(tǒng)概括為一個(gè)統(tǒng)一的模型。這一模型包括有：信源、變換器、信道、噪聲源、反變換器和信宿六個(gè)部分。 通信網(wǎng)的基本概念 通信網(wǎng)是由一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)（包括終端設(shè)備和交換設(shè)備）和連接節(jié)點(diǎn)的傳輸鏈路相互有機(jī)地組合在一起，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)規(guī)定點(diǎn)間信息傳輸?shù)耐ㄐ朋w系。也就是說，通信網(wǎng)是由相互依存、相互制約的許多要素組成的有機(jī)整體，用以完成規(guī)定的功能。 通信網(wǎng)的構(gòu)成要素 通信網(wǎng)在硬件設(shè)備方面的構(gòu)成要素是終端設(shè)備、傳輸鏈路和交換設(shè)備。為了使全網(wǎng)協(xié)調(diào)合理地工作，還要有各種規(guī)定，如信令方案、各種協(xié)議、網(wǎng)路結(jié)

27、構(gòu)、路由方案、編號方案、資費(fèi)制度與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等，這些均屬于軟件。終端設(shè)備：是用戶與通信網(wǎng)之間的接口設(shè)備。 傳輸鏈路：是信息的傳輸通道，是連接網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)的媒介。 交換設(shè)備：是構(gòu)成通信網(wǎng)的核心要素，它的基本功能是完成接入交換節(jié)點(diǎn)鏈路的匯集、轉(zhuǎn)接接續(xù)和分配。 通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu) 通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)主要有網(wǎng)形、星形、復(fù)合形、總線形、環(huán)形、樹形和線形 通信網(wǎng)的質(zhì)量要求 對通信網(wǎng)一般提出三個(gè)要求：接通的任意性與快速性； l 信號傳輸?shù)耐该餍耘c傳輸質(zhì)量的一致性； l 網(wǎng)路的可靠性與經(jīng)濟(jì)合理性。 對電話通信網(wǎng)是從以下三個(gè)方面提出的要求接續(xù)質(zhì)量：電話通信網(wǎng)的接續(xù)質(zhì)量是指用戶通話被接續(xù)的速度和難易程度，通常用接續(xù)損失（呼

28、損）和接續(xù)時(shí)延來度量。 傳輸質(zhì)量：用戶接收到的話音信號的清楚逼真程度，可以用響度、清晰度和逼真度來衡量。 穩(wěn)定質(zhì)量：通信網(wǎng)的可靠性，其指標(biāo)主要有：失效率（設(shè)備或系統(tǒng)投入工作后，單位時(shí)間發(fā)生故障的概率）、平均故障間隔時(shí)間、平均修復(fù)時(shí)間（發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行修復(fù)的平均時(shí)長）等等。 現(xiàn)代通信網(wǎng)的構(gòu)成 一個(gè)完整的現(xiàn)代通信網(wǎng)，除了有傳遞各種用戶信息的業(yè)務(wù)網(wǎng)之外，還需要有若干支撐網(wǎng)，以使網(wǎng)絡(luò)更好地運(yùn)行。 業(yè)務(wù)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)也就是用戶信息網(wǎng)，它是現(xiàn)代通信網(wǎng)的主體，是向用戶提供諸如電話、電報(bào)、傳真、數(shù)據(jù)、圖像等各種電信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。 業(yè)務(wù)網(wǎng)按其功能又可分為用戶接入網(wǎng)、交換網(wǎng)和傳輸網(wǎng)三個(gè)部分。 支撐網(wǎng) 支撐網(wǎng)是使業(yè)務(wù)網(wǎng)正常運(yùn)

29、行，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能，提供全網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量以滿足用戶要求的網(wǎng)絡(luò)。 現(xiàn)代通信網(wǎng)的發(fā)展 未來的通信網(wǎng)正向著數(shù)字化、綜合化、智能化、個(gè)人化的方向發(fā)展。講授過程學(xué)習(xí)講授內(nèi)容體系設(shè)計(jì)隨堂檢測預(yù)留作業(yè)總結(jié)通信的概念思考信號與系統(tǒng)的關(guān)系學(xué)習(xí)小結(jié)了解什么是信號，通信系統(tǒng)的構(gòu)成教學(xué)反思課后小結(jié)第二講：第二章連續(xù)時(shí)間信號的時(shí)域分析授課時(shí)數(shù)學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解信號的分類、運(yùn)算及分解學(xué)習(xí)重點(diǎn)、難點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)信號的分解、運(yùn)算學(xué)習(xí)模式視覺模式+聽覺模式講授過程學(xué)習(xí)講授內(nèi)容體系設(shè)計(jì)預(yù)備知識引題材料信號是數(shù)據(jù)的電磁編碼或電子編碼。和數(shù)據(jù)一樣，信號也分為模擬信號和數(shù)字信號。模擬信號是指電信號的參量是連續(xù)取值的，其特點(diǎn)是幅度連續(xù)。常見的模擬信

30、號有電話、傳真和電視信號等。數(shù)字信號是離散的，從一個(gè)值到另一個(gè)值的改變是瞬時(shí)的，就像開啟和關(guān)閉電源一樣。數(shù)字信號的特點(diǎn)是幅度被限制在有限個(gè)數(shù)值之內(nèi)。常見的數(shù)字信號有電報(bào)符號、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)等。信號是運(yùn)載消息的工具，是消息的載體。從廣義上講，它包含光信號、聲信號和電信號等。例如，古代人利用點(diǎn)燃烽火臺而產(chǎn)生的滾滾狼煙，向遠(yuǎn)方軍隊(duì)傳遞敵人入侵的消息，這屬于光信號；當(dāng)我們說話時(shí)，聲波傳遞到他人的耳朵，使他人了解我們的意圖，這屬于聲信號；遨游太空的各種無線電波、四通八達(dá)的電話網(wǎng)中的電流等，都可以用來向遠(yuǎn)方表達(dá)各種消息，這屬電信號。人們通過對光、聲、電信號進(jìn)行接收，才知道對方要表達(dá)的消息。模擬信號是傳播能量的一

31、種形式，它指的是在時(shí)間上連續(xù)的(不間斷)，數(shù)值幅度大小也是連續(xù)不問斷變化的信號(傳統(tǒng)的音頻信號、視頻信號)。如聲波使它經(jīng)過的媒體產(chǎn)生振動(dòng)，可以以頻率(以每秒的周期數(shù)或赫茲(Hz)為單位)測量聲波。通過將二進(jìn)制數(shù)表示為電脈沖(其中每個(gè)脈沖是一個(gè)信號元素)使數(shù)字信號通過媒體傳輸。線路上的電壓在高低狀態(tài)之間變化。例如，可以采用高電平傳輸二進(jìn)制的1，采用低電平傳輸二進(jìn)制的0。帶寬是指每秒通過鏈路傳輸位數(shù)的術(shù)語。在長距離傳輸時(shí)，信號由于衰減、噪聲和導(dǎo)線束中其他導(dǎo)線的干擾而退化。模擬信號可以周期性地加以放大，但是如果信號受到噪聲破壞，則放大的是失真信號。相比而言，由于可以很容易地從噪聲中提取數(shù)字信號并重發(fā)

32、，所以長距離傳輸數(shù)字信號更可靠。講授過程學(xué)習(xí)講授內(nèi)容體系設(shè)計(jì)知識要點(diǎn)筆記安排2.1 信號的分類信號種類很多，從不同角度可以有不同分類方法。 按分布性質(zhì)不同，信號可以區(qū)分為確定性信號(deterministic signal) 和隨機(jī)信號(randomsipci)。對于給定的某一時(shí)刻，有確定的函數(shù)值與之對應(yīng)，這種信號稱為確定性信號或規(guī)則信號。例如，正弦信號就是確定性信號。然而，實(shí)際傳輸?shù)男盘柾哂胁豢深A(yù)知的不確定性，這種信號稱為隨機(jī)信號或不確定信號。語音信號就是一種隨機(jī)信號，空中傳來的噪聲、電路元件中的熱噪聲電流都是隨機(jī)信號。隨機(jī)信號在每一確定時(shí)刻上的取值難于確定，只能通過大量實(shí)驗(yàn)測出取某些值

33、可能性的分布 (概率分布)。本書只討論確定性信號。按函數(shù)自變量取值是否具有連續(xù)性，信號可以區(qū)分為連續(xù)時(shí)間信號(umtnuous dmesigh) 和離散時(shí)間信號(iscrete time sigal)。如果對于所討論的時(shí)間范圍內(nèi)，在任意時(shí)刻點(diǎn)刻點(diǎn)上(除若干不連續(xù)點(diǎn)外) 函數(shù)都有確定的值與之對應(yīng)，這種信號就稱為連續(xù)時(shí)間信號. 例如，圖2.1-t(a)所示的正弦信號和圖2.1-t(b)所示的信號都是連續(xù)時(shí)間信號。 而離散時(shí)間信號，在時(shí)間上是離散的，它只在某些時(shí)間的離散點(diǎn)上給定函數(shù)值，而在其他時(shí)間上都沒有定義。圖二1.2 所示的信號，就是離散時(shí)間信號。確知信號：確知信號(deterministic

34、signal)或稱確定性信號，是指可用一個(gè)確定的時(shí)間函數(shù)表示，即對于指定的某一時(shí)刻，具有一個(gè)確定的相應(yīng)函數(shù)值的信號。又稱規(guī)則信號。其取值在任何時(shí)間都是確定的和可預(yù)知的；例如，振幅、頻率和相位都是確定的一段正弦波，它就是一個(gè)確知信號。其中包括周期信號與非周期信號，連續(xù)時(shí)間信號與離散時(shí)間信號等。按照是否具有周期重復(fù)性，確知信號可以分為周期信號（periodic signal）和非周期信號(nonperiodic signal)。周期信號的典型實(shí)例有正弦信號，其表達(dá)式為f(t)=Ksin(t+)，式中K是振幅，是角頻率，稱為初相位。非周期信號的典型實(shí)例有指數(shù)信號，其表達(dá)式為f(t)=Ke，式中a為實(shí)

35、數(shù)。若a>0，則信號將隨時(shí)間按指數(shù)律增長，若a<0，信號將隨時(shí)間按指數(shù)律衰減。在a=0的特殊情況下，信號不隨時(shí)間而變。常數(shù)K表示指數(shù)信號在t=0時(shí)的初始值。以上兩例均屬連續(xù)時(shí)間信號。離散時(shí)間信號在時(shí)間上是離散的，只在某些不連續(xù)的規(guī)定瞬時(shí)有確定的函數(shù)值，在其它時(shí)間沒有定義。一般以x(n)表示，其中n為整數(shù)，即規(guī)定的時(shí)間瞬時(shí)。離散時(shí)間信號中也有周期信號與非周期信號之分。確知信號的分類編輯周期信號： 其中T0即為信號的周期， T0 > 0 ，將1/To稱為基頻fo，且T0為一常數(shù)，則稱此信號為周期信號，否則為非周期信號。非周期信號：沒有最小正周期的信號，即稱為非周期信號。單個(gè)矩形脈

36、沖、沖激信號就是非周期信號。能量信號：按照能量是否有限來與功率信號進(jìn)行區(qū)分，若信號的能量有限，為一個(gè)有限正值，則將其稱為能量信號，即滿足下式即為能量信號。其特征是：信號的振幅和持續(xù)時(shí)間均有限，非周期性。例如，單個(gè)矩形脈沖。功率信號：在通信理論中，通常把信號功率定義為電流在單位電阻(1 Q)上消耗的功率，即歸一化( normalized)功率Po.式中：V為電壓(V)；I為電流(A)。能量信號的功率趨于0，功率信號的能量趨于正無窮，但功率信號的平均功率P等于一個(gè)有限正值。功率信號的持續(xù)時(shí)間無限。例如：直流信號、周期信號。確知信號在頻域（frequency domain）中的性質(zhì)，即頻率特性，由其

37、各個(gè)頻率分量的分布表示，可以用頻譜、頻譜密度、能量譜密度和功率譜密度來描述，通過運(yùn)用傅里葉( Fourier)級數(shù)和傅里葉變換來實(shí)現(xiàn)。傅里葉級數(shù)適用于周期信號，而傅里葉變換則對周期信號和非周期信號都適用。1 周期信號的傅里葉級數(shù)設(shè)s(t)是一個(gè)周期為To的周期功率信號。若它滿足狄利克雷(Dirichlet)條件，則可展開成如圖2的指數(shù)型傅里葉級數(shù)。圖2圖2其中，傅立葉級數(shù)的系數(shù)為如圖3：式中，f0=l/T0稱為信號的基頻，基頻的n倍（n為整數(shù)，- <n<+）稱為幾次諧波頻率。2 周期信號的傅里葉級數(shù)圖3圖3一個(gè)非周期確知信號s(t)的傅里葉變換和反變換關(guān)系式如圖4上述傅里葉變換積分

38、的充分條件是：s(t)在一和+間絕對可積，以及s(t)的任意間斷點(diǎn)為有窮值。總結(jié)編輯確知信號按照其強(qiáng)度可以分為能量信號和功率信號。功率信號按照其有無周期性劃分，又可以分為周期性信號和非周期性信號。能量信號的振幅和持續(xù)時(shí)間都是有限的，其能量有限，（在無限長的時(shí)間上）平均功率為零。功率信號的持續(xù)時(shí)間無限，故其能量為無窮大。確知信號的性質(zhì)可以從頻域和時(shí)域兩方面研究。確知信號在頻域中的性質(zhì)有四種，即頻譜、頻譜密度、能量譜密度和功率譜密度。周期性功率信號的波形可以用傅里葉級數(shù)表示，級數(shù)的各項(xiàng)構(gòu)成信號的離散頻譜，其單位是Vo能量信號的波形可以用傅里葉變換表示，波形變換得出的函數(shù)是信號的頻譜密度，其單位是V

39、/Hzo只要引入沖激函數(shù)，我們同樣可以對于一個(gè)功率信號求出其頻譜密度。能量譜密度是能量信號的能量在頻域中的分布，其單位是J/Hz o功率譜密度則是功率信號的功率在頻域中的分布，其單位是W/Hzo周期性信號的功率譜密度是由離散譜線組成的，這些譜線就是信號在各次諧波上的功率分量I Cn 12，稱為功率譜，其單位為Wo但是，若用6函數(shù)表示此譜線，則可以寫成功率譜密度IC(f)1 2艿(f -氓)的形式。確知信號在時(shí)域中的特性主要有自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)。自相關(guān)函數(shù)反映一個(gè)信號在不同時(shí)間上取值的關(guān)聯(lián)程度。能量信號的自相關(guān)函數(shù)R(O)等于信號的能量；而功率信號的自相關(guān)函數(shù)R(O)等于信號的平均功率。互相

40、關(guān)函數(shù)反映兩個(gè)信號的相關(guān)程度，它和時(shí)間無關(guān)，只和時(shí)間差有關(guān)。并且，互相關(guān)函數(shù)和兩個(gè)信號相乘的前后次序有關(guān)。能量信號的自相關(guān)函數(shù)和其能量譜密度構(gòu)成一對傅里葉變換。周期性功率信號的自相關(guān)函數(shù)和其功率譜密度構(gòu)成一對傅里葉變換。隨機(jī)信號：隨機(jī)信號(random signal)，幅度未可預(yù)知但又服從一定統(tǒng)計(jì)特性的信號，又稱不確定信號。一般通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘柖季哂幸欢ǖ牟淮_定性，因此都屬于隨機(jī)信號，否則就不可能傳遞任何新的信息，也就失去了通信的意義。另外，在信號傳輸過程中，不可避免地會受到各種干擾和噪聲的影響，這些干擾與噪聲也都具有隨機(jī)特性，屬于隨機(jī)噪聲。隨機(jī)噪聲也是隨機(jī)信號的一種，只是不攜帶信息。在數(shù)

41、字濾波器和快速傅里葉變換的計(jì)算中，由于運(yùn)算字長的限制，產(chǎn)生有限字長效應(yīng)。這種效應(yīng)無論采用截尾或舍入方式，均產(chǎn)生噪聲，均可視為隨機(jī)噪聲。一般這類信號的頻域是連續(xù)的，而函數(shù)信號為斷續(xù)的隨機(jī)信號是不能用確定的數(shù)學(xué)關(guān)系式來描述的，不能預(yù)測其未來任何瞬時(shí)值，任何一次觀測只代表其在變動(dòng)范圍中可能產(chǎn)生的結(jié)果之一，其值的變動(dòng)服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。它不是時(shí)間的確定函數(shù)，其在定義域內(nèi)的任意時(shí)刻沒有確定的函數(shù)值。隨機(jī)信號隨機(jī)信號分為平穩(wěn)和非平穩(wěn)兩大類。平穩(wěn)隨機(jī)信號-其均值和相關(guān)不隨時(shí)間變化。平穩(wěn)隨機(jī)過程在時(shí)間上是無始無終的，即它的能量是無限的，只能用功率譜密度函數(shù)來描述隨機(jī)信號的頻域特性。平穩(wěn)隨機(jī)信號又分為各態(tài)歷經(jīng)和非各態(tài)

42、歷經(jīng)。各態(tài)歷經(jīng)信號-指無限個(gè)樣本在某時(shí)刻所歷經(jīng)的狀態(tài)，等同于某個(gè)樣本在無限時(shí)間里所經(jīng)歷的狀態(tài)的信號。各態(tài)歷經(jīng)信號一定是平穩(wěn)隨機(jī)信號，反之不然。工程上的隨機(jī)信號一般均按各態(tài)歷經(jīng)平穩(wěn)隨機(jī)過程來處理。隨機(jī)信號又可以分為離散隨機(jī)信號和連續(xù)隨機(jī)信號兩類。 -僅在離散時(shí)間點(diǎn)上給出定義的隨機(jī)信號稱為離散時(shí)間隨機(jī)信號，即隨機(jī)信號序列。 -在時(shí)間軸上連續(xù)變化的信號成為連續(xù)隨機(jī)信號。隨機(jī)信號不能用確定的時(shí)間函數(shù)來表達(dá)，只能通過其隨時(shí)間或其幅度取值的統(tǒng)計(jì)特征來表達(dá)。這些統(tǒng)計(jì)特征值有:數(shù)學(xué)期望值，描述隨機(jī)信號的平均值。方差值，描述隨機(jī)信號幅度變化的強(qiáng)度。概率密度函數(shù)，是描述信號振幅數(shù)值的概率。相關(guān)函數(shù)，描述隨機(jī)信號的

43、每兩個(gè)具有一定時(shí)間間隔的幅度值之間的聯(lián)系程度的數(shù)值，它是時(shí)間間隔的一個(gè)函數(shù)。功率譜密度，描述隨機(jī)信號在平均意義上的功率譜特性。以上這些統(tǒng)計(jì)特征是描述隨機(jī)信號的主要數(shù)字特征。研究隨機(jī)信號的數(shù)學(xué)方法是隨機(jī)過程理論。隨機(jī)信號的幅度、相位均隨時(shí)間做無規(guī)律的、未知的、隨機(jī)的變化。這次測出的是這種波形，下次測出的可能會是另外一種波形。無法用確定的時(shí)間函數(shù)來面熟，無法準(zhǔn)確地預(yù)測它未來的變化。但是，隨機(jī)信號的統(tǒng)計(jì)規(guī)律是確定的，因此，人們用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法建立了隨機(jī)信號的數(shù)學(xué)模型-隨機(jī)過程。隨機(jī)過程(Stochastic Process)是一連串隨機(jī)事件動(dòng)態(tài)關(guān)系的定量描述。在這里我們主要研究平穩(wěn)隨機(jī)過程。平穩(wěn)隨機(jī)過程

44、:狹義平穩(wěn)概念:所謂平穩(wěn)隨機(jī)過程，是指它的任何n維分布函數(shù)或概率密度函數(shù)與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān)。也就是說，如果對于任意的n和，隨機(jī)過程(t)的n維概率密度函數(shù)滿足圖1.圖1圖1則稱(t)是平穩(wěn)隨機(jī)過程。該平穩(wěn)稱為嚴(yán)格平穩(wěn)，狹義平穩(wěn)或嚴(yán)平穩(wěn)。廣義平穩(wěn)概念:若一個(gè)隨機(jī)過程的數(shù)學(xué)期望及方差與時(shí)間無關(guān)，而其相關(guān)函數(shù)僅與有關(guān)，則稱這個(gè)隨機(jī)過程為廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程。各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機(jī)過程:對于一個(gè)平穩(wěn)的隨機(jī)過程，如果統(tǒng)計(jì)平均=時(shí)間平均，這個(gè)隨機(jī)過程就叫做各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機(jī)過程。隨機(jī)信號的數(shù)字特征如果本身也是隨較長的時(shí)間變化而變化的話，那么這種隨機(jī)信號屬于非平穩(wěn)隨機(jī)過程。否則均屬于平穩(wěn)隨機(jī)過程。平穩(wěn)隨機(jī)過程的分析比較

45、成熟，也相對容易一些。而非平穩(wěn)的隨機(jī)過程，比較不容易計(jì)算。對于平穩(wěn)隨機(jī)過程，由于其統(tǒng)計(jì)數(shù)字特征不隨時(shí)間變化，因此許多分析方法與研究非隨機(jī)過程的方法相似，傅里葉變換方法仍是主要的分析工具。3、連續(xù)時(shí)間信號與離散時(shí)間信號 如果在所討論的時(shí)間間隔內(nèi)，對于任意時(shí)間值（除若干不連續(xù)點(diǎn)外），都可給出確定的函數(shù)值，這樣的信號稱為連續(xù)時(shí)間信號。 在時(shí)間的離散點(diǎn)上信號才有值與之對應(yīng)，其它時(shí)間無定義，這樣的信號稱為離散時(shí)間信號。4、因果信號與非因果信號 將 接入系統(tǒng)的信號（即在 時(shí)為零的信號），稱為因果信號。反之，若 時(shí)不等于零的信號，則稱為非因果信號。5、一維（1-D）信號與多維（M-D）信號 如果信號只有一個(gè)

46、獨(dú)立的自變量， 這個(gè)信號就是一維信號，而如果信號的自變量不止一個(gè)，就是多維信號。 下面，我們將給出一些典型信號的表達(dá)式和波形。 1. 指數(shù)信號 指數(shù)信號的表達(dá)式為 常見的指數(shù)信號是單邊指數(shù)衰減信號，其表達(dá)式為 常見的指數(shù)信號是單邊指數(shù)衰減信號，其表達(dá)式為 t0常見的指數(shù)信號是單邊指數(shù)衰減信號，其表達(dá)式為 式中， >0。其波形如下圖所示：2. 正弦信號 正弦信號和余弦信號二者僅在相位上相差 ，統(tǒng)稱為正弦信號，一般寫作2.2常用連續(xù)時(shí)間信號定義連續(xù)時(shí)間信號是指時(shí)間自變量t和表示信號的函數(shù)值x都是連續(xù)變化的信號。特點(diǎn):時(shí)間是連續(xù)的，幅值可以是連續(xù)的也可以是離散化的。Af(t)tT 在信號與系統(tǒng)

47、分析中，經(jīng)常要遇到單邊指數(shù)衰減的正弦信號，其表達(dá)式為 其波形如下圖所示：3. Sa(t)函數(shù)（抽樣函數(shù)） 所謂抽樣函數(shù)是指sin t與 t 之比構(gòu)成的函數(shù)，以符號Sa(t)表示波形如圖：Sa(t)函數(shù)的性質(zhì)： （1） Sa(t) 是偶函數(shù)，在 t 正負(fù)兩方向振幅都逐漸 衰減。（2） （2） 4. 復(fù)指數(shù)信號 如果指數(shù)信號的指數(shù)因子為復(fù)數(shù)，則稱為復(fù)指數(shù)信號，其表達(dá)式為 復(fù)指數(shù)信號概括了多種情況，可以利用復(fù)指數(shù)信號來描述各種基本信號，如直流信號 、指數(shù)信號 、正弦或余弦信號 ，以及增長或衰減的正弦與余弦信號 。5. 單位斜變信號 斜變信號指的是從某一時(shí)刻開始隨時(shí)間正比例增長的信號。其表達(dá)式為 11

48、t0R(t)1t0t0R(tt0)t0+1在信號與系統(tǒng)分析中，經(jīng)常要遇到函數(shù)本身有不連續(xù)點(diǎn)或其導(dǎo)數(shù)與積分有不連續(xù)點(diǎn)的情況，這類函數(shù)統(tǒng)稱為奇異函數(shù)或奇異信號。1. 單位階躍信號1t0u(t)工程中會不會出現(xiàn) u（t）呢？請看下例：例：圖中假設(shè)S、E、C都是理想元件（內(nèi)阻為0），當(dāng) t = 0 時(shí)S閉合，求電容C上的電壓。解：由于S、E、C 都是理想元件，所以，回路無內(nèi)阻，當(dāng)S 閉合后，C上的電壓會產(chǎn)生跳變，從而形成階躍電壓。即：如果開關(guān)S在t = t0 時(shí)閉合，則電容上的電壓為u（t - t0) 。u（t - t0）波形如下圖所示： u(t)與R(t)的關(guān)系： u(t)的性質(zhì)：單邊特性，即：Et

49、 某些脈沖信號可以用階躍信號來表示。EttE因?yàn)樗?，矩形脈沖G(t)可表示為講授過程學(xué)習(xí)講授內(nèi)容體系設(shè)計(jì)隨堂檢測預(yù)留作業(yè)講解課后習(xí)題習(xí)題1/2/3學(xué)習(xí)小結(jié)教學(xué)反思課后小結(jié)本次課主要講解常見時(shí)間連續(xù)信號第三講：第二章 信號的運(yùn)算、分解授課時(shí)數(shù)學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解信號的運(yùn)算、分解、信號的微分與積分學(xué)習(xí)重點(diǎn)、難點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)信號的分解、信號的運(yùn)算、奇異信號學(xué)習(xí)模式講授法講授過程學(xué)習(xí)講授內(nèi)容體系設(shè)計(jì)預(yù)備知識引題材料復(fù)習(xí)上節(jié)課知識點(diǎn)，引入新課內(nèi)容正弦信號講授過程學(xué)習(xí)講授內(nèi)容體系設(shè)計(jì)知識要點(diǎn)筆記安排2.4 信號的運(yùn)算3. 信號的反褶、時(shí)移、尺度變換 （1）反褶運(yùn)算以 t = 0為軸反褶f(t)t-111f(-t

50、)t-111（2）時(shí)移運(yùn)算t0>0時(shí)，f(t)在 t 軸上整體右移t0<0時(shí)，f(t)在 t 軸上整體左移t0f(t)11t0f(t-t0)1t0t0 +10tf(t+t0)1-t0-t0 +1（3）尺度變換運(yùn)算 壓縮擴(kuò)展 -2 0 2t1-1 0 1tf(t)1f(2t)-1/2 0 1/2t1例2.4-1(4)：信號如下圖所示，求f(-2t+3)，并畫出波形。解法一：先求表達(dá)式再畫波形。解法二：先畫波形再寫表達(dá)式。4. 信號的微分與積分運(yùn)算（1）微分運(yùn)算例題：（-1）t110 解：f(t) = t u(t) - u(t-1)(2) 積分運(yùn)5信號的卷積積分卷積積分定義為 卷積積分

51、的物理意義、圖解法計(jì)算及性質(zhì)將在4.6節(jié)和4.7節(jié)中介紹。1. 偶分量與奇分量 偶分量定義為奇分量定義為任意信號可分解為偶分量與奇分量之和，即2.5 信號的分解2. 脈沖分量 任意信號f(t)可以用一系列矩形脈沖相疊加的階梯信號來近似表示。這種分割方法稱為縱向分割。 當(dāng) t = 0 時(shí)，對應(yīng)的矩形脈沖為 當(dāng) t = 0時(shí)，對應(yīng)的矩形脈沖為將上述無窮多個(gè)矩形脈沖迭加，就得到f(t)的表達(dá)式，即當(dāng) 時(shí)，3. 正交函數(shù)分量 如果用正交函數(shù)集表示一個(gè)信號，那么，組成信號的各分量就是相互正交的。 例如，各次諧波的正弦與余弦信號構(gòu)成的三角函數(shù)集就是正交函數(shù)集。任何周期信號f(t)只要滿足狄里赫利條件，就可以由這些三角函數(shù)的線性組合來表示，稱為f(t)的三角形式的傅里葉級數(shù)。同理， f(t)還可以展開成指數(shù)形式的傅里葉級數(shù)。2.6 MATLAB的操作界面及連續(xù)信號的表示1MATLAB的操作界面2MATLAB的編輯界面文件名：file1.m文件名：不能出現(xiàn)漢字，-連字符， 否則解釋系統(tǒng)不人，就是說文件不能運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)三 信號的基本運(yùn)算實(shí)驗(yàn)方波信號的分解與合成實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.3（1） 了解各基本運(yùn)算單元的構(gòu)成 （2） 掌握信號時(shí)域運(yùn)算的運(yùn)算法則2.7（1）了解方波的傅里葉變換和頻譜特性 （2） 掌握方波信號在十余上進(jìn)行分解與合成的方法 （3）掌握方波諧波分量的幅值和相位對信號合成