数字通信原理02-认识通信系统中的信号课件

第第2章章认识通通信信系系统中中的的信信号号 2.1信信号号概概述述2.1.1 信号的概念信号的概念“信号信号”来源于拉丁文来源于拉丁文“signum(记号记号)”一词，其含意一词，其含意甚广。甚广。“信号信号”这一术语不仅出现于科学技术领域之这一术语不仅出现于科学技术领域之中，而且在日常生活之中每时每刻几乎都与信号打交中，而且在日常生活之中每时每刻几乎都与信号打交道，人们对信号并不陌生。道，人们对信号并不陌生。第2章认识通信系统中的信号 2.1信号概述2.1.1 所有这些五花八门的信号，虽然它们的物理所有这些五花八门的信号，虽然它们的物理表现形式各不相同，但是它们却存在两个共表现形式各不相同，但是它们却存在两个共同特点。同特点。（1）无论是声信号、光信号、电信号，还）无论是声信号、光信号、电信号，还是其他形式的信号，其本身都是是其他形式的信号，其本身都是种变化着种变化着的物理量，或者说是一种物理体现，这个特的物理量，或者说是一种物理体现，这个特点是显而易见的。点是显而易见的。（2）另一个特点则表现为，信号都包含有）另一个特点则表现为，信号都包含有一定意义，也就是说，信号载有被描述、记一定意义，也就是说，信号载有被描述、记录或传输的消息所包含其中的信息。录或传输的消息所包含其中的信息。所有这些五花八门的信号，虽然它们的物理表现形式各不相同，但是因此，可以说，信号就是用于描述、记录或传输消息因此，可以说，信号就是用于描述、记录或传输消息(或者或者说信息说信息)的任何对象的物理状态随时间的变化过程。简单而的任何对象的物理状态随时间的变化过程。简单而言，信号就是载有一定信息言，信号就是载有一定信息(或消息或消息)的一种变化着的物理量。的一种变化着的物理量。实际应用中常常将各种物理量，如声波动、实际应用中常常将各种物理量，如声波动、光强度、机械光强度、机械运动的位移或速度等转换成电信号，以利于远距离的信息运动的位移或速度等转换成电信号，以利于远距离的信息传输。经传输后在接收端再将电信号还原成原始的消息。传输。经传输后在接收端再将电信号还原成原始的消息。所谓电信号，所谓电信号，般指载有信息的随时间而变化的电压或电般指载有信息的随时间而变化的电压或电流，也可以是电容上电荷、线圈中的磁通及空间中的电磁流，也可以是电容上电荷、线圈中的磁通及空间中的电磁波等电量。波等电量。因此，可以说，信号就是用于描述、记录或传输消息(或者说信息)2.1.2 信信号号的的分分类1确知信号和随机信号确知信号和随机信号按信号随时间变化的规律来分，信号可分为按信号随时间变化的规律来分，信号可分为确知信号与随机信号。确知信号与随机信号。确知信号是指能够表示为确定的时间函数的确知信号是指能够表示为确定的时间函数的信号，也称确定性信号。信号，也称确定性信号。随机信号不是时间的确定函数，它在每一个随机信号不是时间的确定函数，它在每一个确定时刻的分布值是不确定的，只能通过大确定时刻的分布值是不确定的，只能通过大量实验测出它在某些确定时刻上取某些值的量实验测出它在某些确定时刻上取某些值的可能性的分布可能性的分布(概率分布概率分布)，也称不确定性信，也称不确定性信号。号。2.1.2 信号的分类1确知信号和随机信号图23 信号的分类图23 信号的分类确知信号分为周期信号和非周期信号。确知信号分为周期信号和非周期信号。（1）周期信号）周期信号周期信号是指经过一定时间间隔周而复始重复出现，无始周期信号是指经过一定时间间隔周而复始重复出现，无始无终的信号，可表达为无终的信号，可表达为 （2-1）即信号按一定的时间间隔周而复始、无始无终地变化。式即信号按一定的时间间隔周而复始、无始无终地变化。式中称为周期信号的周期。这种信号实际上是不存在的，所中称为周期信号的周期。这种信号实际上是不存在的，所以周期信号只能是在一定时间内按某一规律性重复变化。以周期信号只能是在一定时间内按某一规律性重复变化。（2）非周期信号）非周期信号非周期信号是指时域上不周期重复，但仍能用数学表达式非周期信号是指时域上不周期重复，但仍能用数学表达式表达的确定性信号。表达的确定性信号。确知信号分为周期信号和非周期信号。2连续信号和离散信号连续信号和离散信号按自变量取值的连续与否来分，信号有连续按自变量取值的连续与否来分，信号有连续时间信号与离散时间信号之分，分别简称为时间信号与离散时间信号之分，分别简称为连续信号与离散信号。连续信号与离散信号。图24 连续信号2连续信号和离散信号图24 连续信号图25 离散信号图25 离散信号2.1.3 几几种种常常见信信号号1正弦信号正弦信号2矩形脉冲信号矩形脉冲信号3单位阶跃信号单位阶跃信号4单位冲激信号单位冲激信号5抽样信号抽样信号2.1.3 几种常见信号1正弦信号1正正弦弦信信号号1正弦信号2矩矩形形脉脉冲冲信信号号2矩形脉冲信号3单位位阶跃信信号号3单位阶跃信号4单位位冲冲激激信信号号4单位冲激信号5抽抽样信信号号5抽样信号2.1.4 信信号号的的时域域分分析析和和频域域分分析析表2-1 信号的时域描述与频域描述2.1.4 信号的时域分析和频域分析表2-1 信号的时域描2.2 周周期期信信号号的的时域域与与频域域分分析析2.2.1 正弦信号的时域与频域分析正弦信号的时域与频域分析2.2 周期信号的时域与频域分析2.2.1 正弦信号的时域与可以说，时域上持续时间越长的信号，频域可以说，时域上持续时间越长的信号，频域上持续时间越短；反之，时域上持续时间越上持续时间越短；反之，时域上持续时间越短的信号，频域上持续时间越长，如单位冲短的信号，频域上持续时间越长，如单位冲激信号，单位冲激信号的频谱函数是常数激信号，单位冲激信号的频谱函数是常数1，它均匀分布于整个频率范围，常称为，它均匀分布于整个频率范围，常称为“均均匀谱匀谱”或或“白色频谱白色频谱”。其时域波形和频域。其时域波形和频域波形如图波形如图213（a）、（）、（b）所示。）所示。可以说，时域上持续时间越长的信号，频域上持续时间越短；反之，2.2.2 正正弦弦信信号号的的时域域与与频域域仿仿真真图214 正弦信号仿真模型图216正弦信号时域仿真波形2.2.2 正弦信号的时域与频域仿真图214 正弦信号仿真图218正弦信号的幅度谱图218正弦信号的幅度谱2.2.3 周周期期矩矩形形脉脉冲冲信信号号的的时域域与与频域域分分析析1周期矩形脉冲信号的时域合成周期矩形脉冲信号的时域合成2.2.3 周期矩形脉冲信号的时域与频域分析1周期矩形脉冲图220 去掉图符3、4、7、8连接的合成波形图220 去掉图符3、4、7、8连接的合成波形图221添加图符3后的合成波形图221添加图符3后的合成波形图222 继续添加图符4、7、8后的合成波形图222 继续添加图符4、7、8后的合成波形2周周期期矩矩形形脉脉冲冲信信号号的的频域域分分析析设有一幅度为设有一幅度为1，脉冲宽度为的周期性矩形，脉冲宽度为的周期性矩形脉冲，其周期为脉冲，其周期为T，如图，如图223所示。所示。图223周期矩形脉冲2周期矩形脉冲信号的频域分析设有一幅度为1，脉冲宽度为的周图224 周期矩形脉冲的频谱 图224 周期矩形脉冲的频谱 数字通信原理02-认识通信系统中的信号课件数字通信原理02-认识通信系统中的信号课件图225 脉冲宽度与频谱的关系图225 脉冲宽度与频谱的关系图226 周期与频谱的关系图226 周期与频谱的关系2.2.4 周周期期矩矩形形脉脉冲冲信信号号的的时域域与与频域域仿仿真真a.脉冲宽度为0.1s2.2.4 周期矩形脉冲信号的时域与频域仿真脉冲宽度为0.1a.脉冲宽度为0.05s脉冲宽度为0.05s数字通信原理02-认识通信系统中的信号课件2.3 非非周周期期信信号号的的时域域与与频域域分分析析2.3.1 非周期矩形脉冲信号的时域、频域分非周期矩形脉冲信号的时域、频域分析析 图229 非周期矩形脉冲信号的时域与频域波形2.3 非周期信号的时域与频域分析2.3.1 非周期矩形脉冲2.3.2 2.3.2 非周期矩形脉冲信号信号的非周期矩形脉冲信号信号的非周期矩形脉冲信号信号的非周期矩形脉冲信号信号的时时域、域、域、域、频频域仿真域仿真域仿真域仿真2.3.2 非周期矩形脉冲信号信号的时域、频域仿真（a）脉冲宽度为0.1s（a）脉冲宽度为0.1s（b）脉冲宽度为0.2s（b）脉冲宽度为0.2s2.4 实做做项目目与与教教学学情情境境实做项目一：用实做项目一：用SystemView仿真软件对周期仿真软件对周期信号进行仿真分析。信号进行仿真分析。目的要求：掌握正弦信号和周期矩形脉冲信目的要求：掌握正弦信号和周期矩形脉冲信号的时域与频域特性。号的时域与频域特性。实做项目二：用实做项目二：用SystemView仿真软件对非周仿真软件对非周期信号进行仿真分析。期信号进行仿真分析。目的要求：掌握非周期矩形脉冲信号的时域目的要求：掌握非周期矩形脉冲信号的时域与频域特性。与频域特性。2.4 实做项目与教学情境实做项目一：用SystemView