信號與系統(tǒng)講稿

信號與系統(tǒng)講稿第一講:引言授課時數(shù)學時學習目標了解信號的傳遞學習重點、難點、關(guān)鍵點通信系統(tǒng)的組成學習模式視覺模式,聽覺模式講授過程學習講授內(nèi)容體系設(shè)計預備知識引題材料移動通信技術(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就是在固定站與一艘拖船之間進行的,距離為18海哩。而現(xiàn)代移動通信技術(shù)的發(fā)展始于上世紀20年代,大致經(jīng)歷了五個發(fā)展階段。35年前,誰也無法想象有一天每個人身上都有一部電話,被連接到這個世界。如今,人們可以通過手機進行通訊,智能手機更如同一款隨身攜帶的小型計算機,通過3G等移動通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)接入后,可以方便的實現(xiàn)個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通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展簡史。第一階段從上世紀20年代至40年代,為早期發(fā)展階段。在這期間,首先在短波幾個頻段上開發(fā)出專用移動通信系統(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30～40MHz,可以認為這個階段是現(xiàn)代移動通信的起步階段,特點是專用系統(tǒng)開發(fā),工作頻率較低。1946年10月貝爾電話公司啟動車載無線電話服務(wù)第二階段從上世紀40年代中期至60年代初期。在此期間內(nèi),公用移動通信業(yè)務(wù)開始問世。1946年,根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)的計劃,貝爾系統(tǒng)在圣路易斯城建立了世界上第一個公用汽車電話網(wǎng),稱為“城市系統(tǒng)”。當時使用三個頻道,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電話系統(tǒng)。美國貝爾實驗室完成了人工交換系統(tǒng)的接續(xù)問題。這一階段的特點是從專用移動網(wǎng)向公用移動網(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60年代中期至70年代中期。在此期間,美國推出了改進型移動電話系統(tǒng)(IMTS),使用150MHz和450MHz頻段,采用大區(qū)制、中小容量,實現(xiàn)了無線頻道自動選擇并能夠自動接續(xù)到公用電話網(wǎng)。德國也推出了具有相同技術(shù)水準的B網(wǎng)?？梢哉f,這一階段是移動通信系統(tǒng)改進與完善的階段,其特點是采用大區(qū)制、中小容量,使用450MHz頻段,實現(xiàn)了自動選頻與自動接續(xù)。第四階段從上世紀70年代中期至80年代中期。這是移動通信蓬勃發(fā)展時期。1978年底,美國貝爾試驗室研制成功先進的移動電話系統(tǒng)(AMPS),建成了蜂窩狀移動通信網(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移動電話（NMT）就是這樣一種標準,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-Netz,法國的Radiocom2000和意大利的RTMI。這一階段的特點是蜂窩狀移動通信網(wǎng)成為實用系統(tǒng),并在世界各地迅速發(fā)展。移動通信大發(fā)展的原因,除了用戶要求迅猛增加這一主要推動力之外,還有幾方面技術(shù)進展所提供的條件。首先,微電子技術(shù)在這一時期得到長足發(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室在70年代提出的蜂窩網(wǎng)的概念,解決了公用移動通信系統(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)的微處理器技術(shù)日趨成熟以及計算機技術(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)、不能提供自動漫游、頻譜利用率低、移動設(shè)備復雜、費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用戶需求。第一代移動電話世界上第一臺手機摩托羅拉DynaTAC8000X重2磅,通話時間半小時,銷售價格為3,995美元,是名副其實的最貴重的磚頭。第五階段從上世紀80年代中期開始。這是數(shù)碼移動通信系統(tǒng)發(fā)展和成熟時期。該階段可以再分為2G、2.5G、3G、4G等。2G:2G是第二代手機通信技術(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間日期等傳送的手機通信技術(shù)規(guī)格。不過手機短信SMS（Shortmessageservice）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2.5G:2.5G是從2G邁向3G的銜接性技術(shù),由于3G是個相當浩大的工程,所2.5G手機牽扯的層面多且復雜,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之間的2.5G。HSCSD、WAP、EDGE、藍牙（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在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接,給移動用戶提供高速無線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3G3G是英文3rdGeneration的縮寫,是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡谌苿油ㄐ偶夹g(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通信技術(shù)相比,3G將有更寬的帶寬,其傳輸速度最低為384K,最高為2M,帶寬可達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)是第三代移動通信的另一個主要特點。目前3G存在四種標準:CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA,WiMAX。第三代移動通信網(wǎng)絡(luò)能將高速移動接入和基于互聯(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、內(nèi)容更豐富的無線通信服務(wù)。3G智能手機相對第一代模擬制式手機（1G）和第二代GSM、TDMA等數(shù)字手機（2G）,第三代手機一般而言,是指將無線通信與國際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動通信系統(tǒng)。是基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的終端設(shè)備,3G手機完全是通信業(yè)和計算器工業(yè)相融合的產(chǎn)物,和此前的手機相比差別實在是太大了,因此越來越多的人開始稱呼這類新的移動通信產(chǎn)品為“個人通信終端”。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是否是“第三代”:第三代手機都有一個超大的彩色顯示屏,往往還是觸摸式的。3G手機除了能完成高質(zhì)量的日常通信外,還能進行多媒體通信。用戶可以在3G手機的觸摸顯示屏上直接寫字、繪圖,并將其傳送給另一臺手機,而所需時間可能不到一秒。當然,也可以將這些信息傳送給一臺計算機,或從計算機中下載某些信息；用戶可以用3G手機直接上網(wǎng),查看電子郵件或瀏覽網(wǎng)頁；將有不少型號的3G手機自帶攝像頭,這將使用戶可以利用手機進行計算機會議,甚至替代數(shù)碼相機。4G4G是第四代移動通信及其技術(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)注的價格方面,4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價格方面不相上下,而且計費方式更加靈活機動,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,然后再擴展到整個地區(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LTE(LongTermEvolution,長期演進)和WiMax在全球電信業(yè)大力推進時,前者（LTE）也是最強大的4G移動通訊主導技術(shù)IBM數(shù)據(jù)顯示,67%運營商正考慮使用LTE,因為這是他們未來市場的主要來源。上述消息也證實了IBM的這一說法。而只有8%的運營商考慮使用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(LongTermEvolution,長期演進)項目是3G的演進,它改進并增強了3G的空中接入技術(shù),采用OFDM和MIMO作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進的唯一標準。主要特點是在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,同時將網(wǎng)絡(luò)延遲大大降低:內(nèi)部單向傳輸時延低于5ms,控制平面從睡眠狀態(tài)到啟動狀態(tài)遷移時間低于50ms,從駐留狀態(tài)到啟動狀態(tài)的遷移時間小于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)注的價格方面,4G與固定寬帶網(wǎng)絡(luò)在價格方面不相上下,而且計費方式更加靈活機動,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,然后再擴展到整個地區(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)率的無線服務(wù),并運行于多個頻帶。這一服務(wù)能自適應(yīng)多個無線標準及多模終端能力,跨越多個運營者和服務(wù),提供大范圍服務(wù)。移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括信道傳輸；抗干擾性強的高速接入技術(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。移動通信系統(tǒng)主要是以正交頻分復用（OFDM）為技術(shù)核心。OFDM技術(shù)的特點是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高度可擴展,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、時延小）的服務(wù)和更好的性能價格比,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（DAB）等,都將采用OFDM技術(shù)。4G移動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,使頻譜資源大擴展,提供不同類型的通信接口,運用路由技術(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)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。移動通信將向資料化,高速化、寬帶化、頻段更高化方向發(fā)展,移動資料、移動IP將成為未來移動網(wǎng)的主流業(yè)務(wù)。4G移動系統(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)率的無線服務(wù)，并運行于多個頻帶。這一服務(wù)能自適應(yīng)多個無線標準及多模終端能力，跨越多個運營者和服務(wù)，提供大范圍服務(wù)。移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括信道傳輸；抗干擾性強的高速接入技術(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。移動通信系統(tǒng)主要是以正交頻分復用（OFDM）為技術(shù)核心。OFDM技術(shù)的特點是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高度可擴展，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、時延?。┑姆?wù)和更好的性能價格比，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（DAB）等，都將采用OFDM技術(shù)。4G移動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，使頻譜資源大擴展，提供不同類型的通信接口，運用路由技術(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)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。移動通信將向資料化，高速化、寬帶化、頻段更高化方向發(fā)展，移動資料、移動IP將成為未來移動網(wǎng)的主流業(yè)務(wù)。4G移動系統(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)率的無線服務(wù)，并運行于多個頻帶。這一服務(wù)能自適應(yīng)多個無線標準及多模終端能力，跨越多個運營者和服務(wù)，提供大范圍服務(wù)。移動通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括信道傳輸；抗干擾性強的高速接入技術(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。移動通信系統(tǒng)主要是以正交頻分復用（OFDM）為技術(shù)核心。OFDM技術(shù)的特點是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高度可擴展，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、時延?。┑姆?wù)和更好的性能價格比，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（DAB）等，都將采用OFDM技術(shù)。4G移動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，使頻譜資源大擴展，提供不同類型的通信接口，運用路由技術(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)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。移動通信將向資料化，高速化、寬帶化、頻段更高化方向發(fā)展，移動資料、移動IP將成為未來移動網(wǎng)的主流業(yè)務(wù)。講授過程學習講授內(nèi)容體系設(shè)計知識要點筆記安排信號: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,從一個值到另一個值的改變是瞬時的,就像開啟和關(guān)閉電源一樣。數(shù)字信號的特點是幅度被限制在有限個數(shù)值之內(nèi)。常見的數(shù)字信號有電報符號、數(shù)字數(shù)據(jù)等。信號是運載消息的工具,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,從一個值到另一個值的改變是瞬時的,就像開啟和關(guān)閉電源一樣。數(shù)字信號的特點是幅度被限制在有限個數(shù)值之內(nèi)。常見的數(shù)字信號有電報符號、數(shù)字數(shù)據(jù)等。例如,古代人利用點燃烽火臺而產(chǎn)生的滾滾狼煙,向遠方軍隊傳遞敵人入侵的消息,這屬于光信號；當我們說話時,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、四通八達的電話網(wǎng)中的電流等,都可以用來向遠方表達各種消息,這屬電信號。人們通過對光、聲、電信號進行接收,才知道對方要表達的消息。模擬信號是傳播能量的一種形式,它指的是在時間上連續(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,可以以頻率(以每秒的周期數(shù)或赫茲(Hz)為單位)測量聲波。通過將二進制數(shù)表示為電脈沖(其中每個脈沖是一個信號元素)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制的1,采用低電平傳輸二進制的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,信號由于衰減、噪聲和導線束中其他導線的干擾而退化。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)字數(shù)據(jù)傳輸利用PCM數(shù)字信道傳輸數(shù)據(jù)信號,首先要解決的問題是數(shù)據(jù)信號如何進入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)字端局的時鐘是同步的,這時,數(shù)據(jù)終端輸出的數(shù)據(jù)信號是受PCM信道時鐘控制的,因此只需對數(shù)據(jù)信號進行多路化處理即可。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)端局時鐘是異步的,這時數(shù)據(jù)信號可采用填充方式復用到64kbit／s的集合信號,這就是異步方式。如上所述,數(shù)字數(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)字數(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)二進制1時升起或降下信號旗”。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,它的運動才是指示器。這種方法還需要某種類型的定時(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(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,定時機制幫助發(fā)送器和接收器處于同步狀態(tài)。同步信號可以占有一個單獨的信道,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制。前幾個例子表示基本的信號,但很少在實際中應(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,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,都不代表二進制的1和0。而是電壓變化表示二進制的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行定時或同步。NRZI用于較慢的RS—232串行通信和硬盤驅(qū)動器上的數(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信號。曼徹斯特編碼常用在LAN上。折疊編輯本段信號的特點信號是對事物的替代物,具有以下特點: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行及調(diào)車作業(yè)的命令,有關(guān)行車人員必須嚴格執(zhí)行。鐵路信號分為視覺信號和聽覺信號。視覺信號又分晝間、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)定速度運行。聽覺信號:號角、口笛、響墩發(fā)出的音響和機車、軌道車的鳴笛聲。鐵路信號按信號機是否可移動又可分為固定信號、移動信號和手信號。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。絕對信號是指當顯示停止運行的信號時,列車、調(diào)車必須無條件遵守的信號顯示。進站、出站、進路和通過信號機的燈光熄滅、顯示不明或顯示不正確時,均視為停車信號。接近信號機的燈光熄滅、顯示不明或顯示不正確時,均視為進站信號機為關(guān)閉狀態(tài)。裝有容許信號的通過信號機,顯示停車信號時,準許鐵路局規(guī)定停車后起動困難的貨物列車,在該信號機前不停車,以最高不超過20km/h,運行到次一通過信號機,按其顯示的要求運行。通信系統(tǒng)的組成可以把通信系統(tǒng)概括為一個統(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（包括終端設(shè)備和交換設(shè)備）和連接節(jié)點的傳輸鏈路相互有機地組合在一起,以實現(xiàn)兩個或多個規(guī)定點間信息傳輸?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)構(gòu)、路由方案、編號方案、資費制度與質(zhì)量標準等,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)一般提出三個要求:接通的任意性與快速性；信號傳輸?shù)耐该餍耘c傳輸質(zhì)量的一致性；網(wǎng)路的可靠性與經(jīng)濟合理性。對電話通信網(wǎng)是從以下三個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（呼損）和接續(xù)時延來度量。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,其指標主要有:失效率（設(shè)備或系統(tǒng)投入工作后,單位時間發(fā)生故障的概率）、平均故障間隔時間、平均修復時間（發(fā)生故障時進行修復的平均時長）等等?，F(xiàn)代通信網(wǎng)的構(gòu)成一個完整的現(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、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)三個部分。支撐網(wǎng)支撐網(wǎng)是使業(yè)務(wù)網(wǎng)正常運行,增強網(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)?，F(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、個人化的方向發(fā)展。講授過程學習講授內(nèi)容體系設(shè)計隨堂檢測預留作業(yè)總結(jié)通信的概念思考信號與系統(tǒng)的關(guān)系學習小結(jié)了解什么是信號,通信系統(tǒng)的構(gòu)成教學反思課后小結(jié)第二講:第二章連續(xù)時間信號的時域分析授課時數(shù)學時學習目標了解信號的分類、運算及分解學習重點、難點、關(guān)鍵點信號的分解、運算學習模式視覺模式+聽覺模式講授過程學習講授內(nèi)容體系設(shè)計預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,從一個值到另一個值的改變是瞬時的,就像開啟和關(guān)閉電源一樣。數(shù)字信號的特點是幅度被限制在有限個數(shù)值之內(nèi)。常見的數(shù)字信號有電報符號、數(shù)字數(shù)據(jù)等。信號是運載消息的工具,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,古代人利用點燃烽火臺而產(chǎn)生的滾滾狼煙,向遠方軍隊傳遞敵人入侵的消息,這屬于光信號；當我們說話時,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、四通八達的電話網(wǎng)中的電流等,都可以用來向遠方表達各種消息,這屬電信號。人們通過對光、聲、電信號進行接收,才知道對方要表達的消息。模擬信號是傳播能量的一種形式,它指的是在時間上連續(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,可以以頻率(以每秒的周期數(shù)或赫茲(Hz)為單位)測量聲波。通過將二進制數(shù)表示為電脈沖(其中每個脈沖是一個信號元素)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制的1,采用低電平傳輸二進制的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,信號由于衰減、噪聲和導線束中其他導線的干擾而退化。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。在長距離傳輸時，信號由于衰減、噪聲和導線束中其他導線的干擾而退化。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。講授過程學習講授內(nèi)容體系設(shè)計知識要點筆記安排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(deterministicsignal)和隨機信號(randomsipci)。對于給定的某一時刻,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,實際傳輸?shù)男盘柾哂胁豢深A知的不確定性,這種信號稱為隨機信號或不確定信號。語音信號就是一種隨機信號,空中傳來的噪聲、電路元件中的熱噪聲電流都是隨機信號。隨機信號在每一確定時刻上的取值難于確定,只能通過大量實驗測出取某些值可能性的分布(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)時間信號(umtnuousdmesigh)和離散時間信號(iscretetimesigal)。如果對于所討論的時間范圍內(nèi)，在任意時刻點刻點上(除若干不連續(xù)點外)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)時間信號。而離散時間信號，在時間上是離散的，它只在某些時間的離散點上給定函數(shù)值，而在其他時間上都沒有定義。圖二1.2所示的信號，就是離散時間信號。確知信號:確知信號(deterministicsignal)或稱確定性信號,是指可用一個確定的時間函數(shù)表示,即對于指定的某一時刻,具有一個確定的相應(yīng)函數(shù)值的信號。又稱規(guī)則信號。其取值在任何時間都是確定的和可預知的；例如,振幅、頻率和相位都是確定的一段正弦波,它就是一個確知信號。其中包括周期信號與非周期信號,連續(xù)時間信號與離散時間信號等。按照是否具有周期重復性,確知信號可以分為周期信號（periodicsignal）和非周期信號(nonperiodicsignal)。周期信號的典型實例有正弦信號,其表達式為f(t)=Ksin(ωt+θ),式中K是振幅,ω是角頻率,θ稱為初相位。非周期信號的典型實例有指數(shù)信號,其表達式為f(t)=Ke,式中a為實數(shù)。若a>0,則信號將隨時間按指數(shù)律增長,若a<0,信號將隨時間按指數(shù)律衰減。在a=0的特殊情況下,信號不隨時間而變。常數(shù)K表示指數(shù)信號在t=0時的初始值。以上兩例均屬連續(xù)時間信號。離散時間信號在時間上是離散的,只在某些不連續(xù)的規(guī)定瞬時有確定的函數(shù)值,在其它時間沒有定義。一般以x(n)表示,其中n為整數(shù),即規(guī)定的時間瞬時。離散時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。單個矩形脈沖、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行區(qū)分,若信號的能量有限,為一個有限正值,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)時間均有限,非周期性。例如,單個矩形脈沖。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(1Q)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等于一個有限正值。功率信號的持續(xù)時間無限。例如：直流信號、周期信號。確知信號在頻域（frequencydomain）中的性質(zhì),即頻率特性,由其各個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,通過運用傅里葉(Fourier)級數(shù)和傅里葉變換來實現(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)的任意間斷點為有窮值?？偨Y(jié)編輯確知信號按照其強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)時間都是有限的,其能量有限,（在無限長的時間上）平均功率為零。功率信號的持續(xù)時間無限,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/Hzo只要引入沖激函數(shù),我們同樣可以對于一個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/Hzo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ICn12,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)12艿(f-氓)的形式。確知信號在時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)反映一個信號在不同時間上取值的關(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。互相關(guān)函數(shù)反映兩個信號的相關(guān)程度,它和時間無關(guān),只和時間差有關(guān)。并且,互相關(guān)函數(shù)和兩個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。隨機信號:隨機信號(randomsignal),幅度未可預知但又服從一定統(tǒng)計特性的信號,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特性,屬于隨機噪聲。隨機噪聲也是隨機信號的一種,只是不攜帶信息。在數(shù)字濾波器和快速傅里葉變換的計算中,由于運算字長的限制,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)的隨機信號是不能用確定的數(shù)學關(guān)系式來描述的,不能預測其未來任何瞬時值,任何一次觀測只代表其在變動范圍中可能產(chǎn)生的結(jié)果之一,其值的變動服從統(tǒng)計規(guī)律。它不是時間的確定函數(shù),其在定義域內(nèi)的任意時刻沒有確定的函數(shù)值。隨機信號隨機信號分為平穩(wěn)和非平穩(wěn)兩大類。②平穩(wěn)隨機信號--其均值和相關(guān)不隨時間變化。平穩(wěn)隨機過程在時間上是無始無終的,即它的能量是無限的,只能用功率譜密度函數(shù)來描述隨機信號的頻域特性。平穩(wěn)隨機信號又分為各態(tài)歷經(jīng)和非各態(tài)歷經(jīng)。①各態(tài)歷經(jīng)信號--指無限個樣本在某時刻所歷經(jīng)的狀態(tài),等同于某個樣本在無限時間里所經(jīng)歷的狀態(tài)的信號。各態(tài)歷經(jīng)信號一定是平穩(wěn)隨機信號,反之不然。工程上的隨機信號一般均按各態(tài)歷經(jīng)平穩(wěn)隨機過程來處理。隨機信號又可以分為離散隨機信號和連續(xù)隨機信號兩類。①--僅在離散時間點上給出定義的隨機信號稱為離散時間隨機信號,即隨機信號序列。②--在時間軸上連續(xù)變化的信號成為連續(xù)隨機信號。隨機信號不能用確定的時間函數(shù)來表達,只能通過其隨時間或其幅度取值的統(tǒng)計特征來表達。這些統(tǒng)計特征值有:①數(shù)學期望值,描述隨機信號的平均值。②方差值,描述隨機信號幅度變化的強度。③概率密度函數(shù),是描述信號振幅數(shù)值的概率。④相關(guān)函數(shù),描述隨機信號的每兩個具有一定時間間隔的幅度值之間的聯(lián)系程度的數(shù)值,它是時間間隔的一個函數(shù)。⑤功率譜密度,描述隨機信號在平均意義上的功率譜特性。以上這些統(tǒng)計特征是描述隨機信號的主要數(shù)字特征。研究隨機信號的數(shù)學方法是隨機過程理論。隨機信號的幅度、相位均隨時間做無規(guī)律的、未知的、隨機的變化。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。無法用確定的時間函數(shù)來面熟,無法準確地預測它未來的變化。但是,隨機信號的統(tǒng)計規(guī)律是確定的,因此,人們用統(tǒng)計學方法建立了隨機信號的數(shù)學模型--隨機過程。隨機過程(StochasticProcess)是一連串隨機事件動態(tài)關(guān)系的定量描述。在這里我們主要研究平穩(wěn)隨機過程。平穩(wěn)隨機過程:狹義平穩(wěn)概念:所謂平穩(wěn)隨機過程,是指它的任何n維分布函數(shù)或概率密度函數(shù)與時間起點無關(guān)。也就是說,如果對于任意的n和τ,隨機過程ξ(t)的n維概率密度函數(shù)滿足圖1.圖1圖1則稱ξ(t)是平穩(wěn)隨機過程。該平穩(wěn)稱為嚴格平穩(wěn),狹義平穩(wěn)或嚴平穩(wěn)。廣義平穩(wěn)概念:若一個隨機過程的數(shù)學期望及方差與時間無關(guān),而其相關(guān)函數(shù)僅與τ有關(guān),則稱這個隨機過程為廣義平穩(wěn)隨機過程。各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機過程:對于一個平穩(wěn)的隨機過程,如果統(tǒng)計平均=時間平均,這個隨機過程就叫做各態(tài)歷經(jīng)的平穩(wěn)隨機過程。隨機信號的數(shù)字特征如果本身也是隨較長的時間變化而變化的話,那么這種隨機信號屬于非平穩(wěn)隨機過程。否則均屬于平穩(wěn)隨機過程。平穩(wěn)隨機過程的分析比較成熟,也相對容易一些。而非平穩(wěn)的隨機過程,比較不容易計算。對于平穩(wěn)隨機過程,由于其統(tǒng)計數(shù)字特征不隨時間變化,因此許多分析方法與研究非隨機過程的方法相似,傅里葉變換方法仍是主要的分析工具。3.連續(xù)時間信號與離散時間信號如果在所討論的時間間隔內(nèi),對于任意時間值（除若干不連續(xù)點外）,都可給出確定的函數(shù)值,這樣的信號稱為連續(xù)時間信號。在時間的離散點上信號才有值與之對應(yīng),其它時間無定義,這樣的信號稱為離散時間信號。4.因果信號與非因果信號將
接入系統(tǒng)的信號（即在
時為零的信號）,稱為因果信號。反之,若
時不等于零的信號,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獨立的自變量,這個信號就是一維信號,而如果信號的自變量不止一個,就是多維信號。下面,我們將給出一些典型信號的表達式和波形。1.指數(shù)信號指數(shù)信號的表達式為常見的指數(shù)信號是單邊指數(shù)衰減信號,其表達式為常見的指數(shù)信號是單邊指數(shù)衰減信號,其表達式為常見的指數(shù)信號是單邊指數(shù)衰減信號,其表達式為式中,
>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)時間信號定義連續(xù)時間信號是指時間自變量t和表示信號的函數(shù)值x都是連續(xù)變化的信號。特點:時間是連續(xù)的,幅值可以是連續(xù)的也可以是離散化的。AAf(t)tT在信號與系統(tǒng)分析中,經(jīng)常要遇到單邊指數(shù)衰減的正弦信號,其表達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sint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正負兩方向振幅都逐漸衰減。（2）（2）（2）4.復指數(shù)信號如果指數(shù)信號的指數(shù)因子為復數(shù),則稱為復指數(shù)信號,其表達式為
復指數(shù)信號概括了多種情況,可以利用復指數(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刻開始隨時間正比例增長的信號。其表達式為111t0R(t)1t1t0t0R(t–t0)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)點或其導數(shù)與積分有不連續(xù)點的情況,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11t0u(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t=0時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:EtEtEEttE因為因為所以,矩形脈沖G(t)可表示為講授過程學習講授內(nèi)容體系設(shè)計隨堂檢測預留作業(yè)講解課后習題習題1/2/3學習小結(jié)教學反思課后小結(jié)本次課主要講解常見時間連續(xù)信號第三講:第二章信號的運算、分解授課時數(shù)學時學習目標了解信號的運算、分解、信號的微分與積分學習重點、難點、關(guān)鍵點信號的分解、信號的運算、奇異信號學習模式講授法講授過程學習講授內(nèi)容體系設(shè)計預備知識引題材料復習上節(jié)課知識點,引入新課內(nèi)容正弦信號講授過程學習講授內(nèi)容體系設(shè)計知識要點筆記安排2.4信號的運算3.信號的反褶、時移、尺度變換（1）反褶運算以t=0為軸反褶ff(t)t-111ff(-t)t-111（2）時移運算t0>0時,f(t)在t軸上整體右移t0<0時,f(t)在t軸上整體左移t0t0f(t)11tt0f(t-t0)1t0t0+10t0tf(t+t0)1-t0-t0+1壓縮擴展-202t-202t1-101-101tf(t)1ff(2t)-1/201/2t1例2.4-1(4):信號如下圖所示,求f(-2t+3),并畫出波形。解法一:先求表達式再畫波形。解法二:先畫波形再寫表達式。4.信號的微分與積分運算（1）微分運算例題:（-1）（-1）t110解:f(t)=t[u(t)-u(t-1)]積分運5.信號的卷積積分卷積積分定義為卷積積分的物理意義、圖解法計算及性質(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t=0時,對應(yīng)的矩形脈沖為當t=0時,對應(yīng)的矩形脈沖為將上述無窮多個矩形脈沖迭加,就得到f(t)的表達式,即當時，當時，3.正交函數(shù)分量如果用正交函數(shù)集表示一個信號,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)。2.6MATLAB的操作界面及連續(xù)信號的表示1.MATLAB的操作界面2.MATLAB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,就是說文件不能運行。實驗三信號的基本運算實驗方波信號的分解與合成實驗1.實驗目的:2.3（1）了解各基本運算單元的構(gòu)成（2）掌握信號時域運算的運算法則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的影響2.實驗原理:2.3.2信號在時域中的運算有相加、相減、相乘、數(shù)乘、微分、積分。（1）相加:信號在時域中相加時,橫軸（時間軸）的橫坐標值不變,僅是將橫坐標值所對應(yīng)的縱坐標值相加。加法器完成功能:OUT=IN1+IN2(2)相減：信號在時域中相減時,橫軸（時間軸）的橫坐標值不變,僅是將橫坐標值所對應(yīng)的縱坐標值相減。減法器完成功能:OUT=IN1-IN2（3）數(shù)乘:信號在時域中倍乘時,橫軸（時間軸）的橫坐標值不變,僅是將橫坐標值所對應(yīng)的縱坐標值擴大n倍。（n>1時擴大；0<n<1時減?。?。數(shù)乘器完成功能:OUT=RP/R*IN（4）反相：信號在時域中反相時,橫軸（時間軸）的橫坐標值不變,僅是將橫坐標值所對應(yīng)的縱坐標值正負號。反相器完成功能:OUT=-IN(5)微分:信號在時域微分即是對信號求一階導數(shù)。（6）積分：信號在時域積分即講信號在（-∞,t）內(nèi)求一次積分。（1）信號的傅里葉變換與頻譜分析信號的時域特性與頻域特性是對信號的兩種不同描述方式。對一個時域的周期信號f(t),只要滿足狄利克萊條件,就可展開成傅里葉級數(shù):f(t)=a0/2+Σancos(nΩt)+Σbnsin(nΩt)=A0/2+ΣAncos(nΩt+Φn)由式子得,信號f(t)時有直流分量和許多余弦或正弦分量組成。其中A0/2是常數(shù)項,是周期信號中所包含的直流分量；第二項A1cos(Ωt+Φ1)稱為基波,其角頻率與原周期信號同,A1是基波振幅,Φ1是基波初相角；A2cos(Ωt+Φ2)稱為二次諧波,其頻率是基波的二倍,A2是基波振幅,Φ2是基波初相角。依此類推,還有三次四次等諧波分量。（2）方波信號的頻譜將方波信號展開成傅里葉級數(shù)為:該公式說明,方波信號中只含有一、三、五等奇次諧波分量。并且其各奇次諧波分量的幅值逐漸減小,初相角為零。（3）方波信號的分解方波信號的分解的基本工作原理是采用多個帶通濾波器,把它們的中心頻率分別調(diào)到被測信號的各個頻率分量上,當被測信號同時加到多有濾波器上,中心頻率與信號所包含的某此諧波分量頻率一致的濾波器便有輸出。在唄測信號發(fā)生的實際時間內(nèi)可以同時測得信號所包含的各頻率分量。（4）信號的合成本實驗講分解出的1路基波分量和5路諧波分量通過一個加法器,合成為原輸入的方波信號。（1）相加運算（2）減法運算（3）數(shù)乘運算一路正弦波信號,輸入IN。通過反是使其波形的相位滯后90度。相器后波形反相。（6）積分運算:對信號在求一次積分即是使其波形的相位超前90度。2.7.3使波形發(fā)生器輸出頻率為100Hz、幅值是4V的方波信號,接入IN端。然后用示波器同時測量IN和OUT端,調(diào)節(jié)該通路所對應(yīng)的復制調(diào)節(jié)電位器,使該通路輸出方波的基波分量,其幅值為方波信號幅值的4/Л倍,頻率與方波相同并且沒有相位差。用類似基波的測試方法分別測量基波與三次諧波等的合成波形。測試結(jié)果如下：基波（2）基波+三次諧波（3）基波+三次諧波+五次諧波（4）基波+三次諧波+五次諧波+七次諧波（5）基波+三次諧波+五次諧波+七次諧波+九次諧波實驗結(jié)果：當信號含的分量越多時,波形越接近于原來的方波信號,還可以看出頻率較低的諧波分量振幅較大,他們組成方波的主體,而頻率較高的諧波分量振幅較小。實驗結(jié)果:當信號含的分量越多時，波形越接近于原來的方波信號，還可以看出頻率較低的諧波分量振幅較大，他們組成方波的主體，而頻率較高的諧波分量振幅較小。實驗結(jié)果：當信號含的分量越多時，波形越接近于原來的方波信號，還可以看出頻率較低的諧波分量振幅較大，他們組成方波的主體，而頻率較高的諧波分量振幅較小。講授過程學習講授內(nèi)容體系設(shè)計隨堂檢測預留作業(yè)講解習題習題5-10學習小結(jié)通過本節(jié)課的學習,學生對信號有了更深層次的認識,對于接下來的傅里葉變換打下了基礎(chǔ)教學反思在講解信號的運算時還不夠具體,會在下節(jié)課再復習一遍課后小結(jié)學生基本掌握了信號的分解,但是對于信號的運算理解不夠第四講:第3章連續(xù)時間信號的變換域分析授課時數(shù)學時學習目標了解信號的傳遞學習重點、難點、關(guān)鍵點通信系統(tǒng)的組成學習模式講授法講授過程學習講授內(nèi)容體系設(shè)計預備知識引題材料正弦信號講授過程學習講授內(nèi)容體系設(shè)計知識要點筆記安排從本章起,我們由時域分析進入變換域分析,即傅里葉變換（頻域）分析和拉普拉斯變換（復頻域）分析。在頻域分析中,首先討論周期信號的傅里葉級數(shù),然后討論非周期信號的傅里葉變換及其性質(zhì),還要介紹周期信號的傅里葉變換。傅里葉變換是在傅里葉級數(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而產(chǎn)生的,這方面的問題統(tǒng)稱為傅里葉分析。在復頻域分析中,首先介紹從傅里葉變換推廣到拉普拉斯變換的概念,進而引出拉普拉斯變換的定義,然后介紹拉普拉斯變換的性質(zhì)及拉普拉斯逆變換。任何周期函數(shù)在滿足狄里赫利的條件下,可以展開成正交函數(shù)線性組合的無窮級數(shù)。如果正交函數(shù)集是三角函數(shù)集或復指數(shù)函數(shù)集,此時周期函數(shù)所展成的級數(shù)