樊昌信通信原理-第2章

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1、通信原理第2章确知信号1第2章确知信号2.1确知信号的类型2.2确知信号的频域性质2.2.1功率信号的频谱2.2.2能量信号的频谱密度2.2.3能量信号的能量谱密度2.2.4功率信号的功率谱密度2.3确知信号的时域性质2.3.1能量信号的自相关函数2.3.2功率信号的自相关函数2.3.3能量信号的互相关函数2.3.4功率信号的互相关函数2第2章确知信号2.1确知信号的类型按照周期性区分：周期信号：T0——信号的周期，T0>0非周期信号按照能量区分：能量信号：能量有限，(2.1-4)功率信号：归一化功率：平均功率P为有限正值：(2.1-5)能量信号的

2、功率趋于0，功率信号的能量趋于数字信号的一个码元就是一个能量信号广播信号可看成是功率信号(很长持续时间)3第2章确知信号2.2确知信号的频域性质2.2.1功率信号的频谱周期性功率信号频谱（函数）的定义式中，f0＝1/T0，n为整数，-

3、Cn

4、——振幅，n——相位4第2章确知信号周期性功率信号频谱的性质对于物理可实现的实信号，由式(2.2－1)有正频率部分和负频率部分间存在复数共轭关系，即Cn的模偶对称Cn的相位奇对称n102345-2-1-3-4-5

5、Cn

6、(a)振幅谱102345-2-1-3-4-

7、5nn(b)相位谱5第2章确知信号将式(2.2－5)代入式(2.2－2)，得到式中式(2.2－8)表明：1.实信号可以表示成包含直流分量C0、基波(n=1时)和各次谐波(n=1,2,3,…)。2.实信号s(t)的各次谐波的振幅等于3.实信号s(t)的各次谐波的相位等于4.频谱函数Cn又称为双边谱，

8、Cn

9、的值是单边谱的振幅之半。称为单边谱。6第2章确知信号若s(t)是实偶信号，则Cn为实函数。因为而所以Cn为实函数。7第2章确知信号【例2.1】试求图2-2(a)所示周期性方波的频谱。由式(2.2-1)：0T-TtVs(t)Cn8第2章确知信号

10、【例2.2】试求图2-3所示周期性方波的频谱。由式(2.2-1)：因为此信号不是偶函数，其频谱Cn是复函数。T-Tt0Vs(t)9第2章确知信号图2-2与图2-3所示周期性方波的频谱比较0T-TtVs(t)CnT-Tt0Vs(t)因为此信号不是偶函数，其频谱Cn是复函数。10第2章确知信号【例2.3】试求图2-4中周期波形的频谱。由式(2.2-1)：由于此波形为偶函数，故其频谱为实函数。t1s(t)11第2章确知信号2.2.2能量信号的频谱密度频谱密度的定义：能量信号s(t)的傅里叶变换：S(f)的逆傅里叶变换为原信号：S(f)和Cn的主要区

11、别：S(f)是连续谱，Cn是离散谱；S(f)的单位是V/Hz，而Cn的单位是V。注意：在针对能量信号讨论问题时，也常把频谱密度简称为频谱。实能量信号：负频谱和正频谱的模偶对称，相位奇对称，即复数共轭，因12【例2.4】试求一个矩形脉冲的频谱密度。设它的傅里叶变换为矩形脉冲的带宽等于其脉冲持续时间的倒数，在这里它等于(1/)Hz。第2章确知信号1(b)Ga(f)t0(a)ga(t)Ga(f)ga(t)f1/2/-2/-1/0图2-5单位门函数——单位门函数13第2章确知信号【例2.5】试求单位冲激函数(函数)的频谱密度。函数的定义：函

12、数的频谱密度：函数的物理意义：一个高度为无穷大、宽度为无穷小、面积为1的脉冲。14第2章确知信号函数的性质1：函数可以用抽样函数的极限表示：因为，可以证明式中k越大、振幅越大、波形零点的间隔越小、波形振荡的衰减越快，但积分等于1。（见左图）和下式比较：(2.2-26)可见(2.2-28)即抽样函数的极限就是函数。ttt15第2章确知信号函数的性质2：单位冲激函数(t)的频谱密度f(f)10t(t)016第2章确知信号函数的性质3：(2.2-30)【证】因为物理意义：可以看作是用函数在t=t0时刻对f(t)抽样。由于单位冲激函数是

13、偶函数，即有(t)=(-t)，所以式(2.2-30)可以改写成：(2.2-31)17函数的性质4：函数也可以看作是单位阶跃函数的导数。单位阶跃函数的定义：即u(t)=(t)用函数可以表示功率信号的频谱密度，见下例。10t图2-8单位阶跃函数第2章确知信号18第2章确知信号【例2.6】试求无限长余弦波的频谱密度。设一个余弦波的表示式为s(t)=cos2f0t，则其频谱密度S(f)按式(2.2-21)计算，可以写为参照式(2.2-28)，上式可以改写为引用了冲激函数就能把频谱密度的概念推广到功率信号上。f0－f00(b)频谱密度t(a)

14、波形19第2章确知信号2.2.3能量信号的能量谱密度定义：由巴塞伐尔(Parseval)定理(2.2-37)将

15、S(f)

16、