数字与数据通信技术 教学课件 作者 周英第1章.ppt

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1、学习目标：1.掌握信号的概念与信号的分类；2.了解信号的基本运算、波形变换以及几个常见信号；3.掌握信号频谱的概念与意义；4.能对一些常用信号进行频域分析；5.掌握系统的频域传输特性；6.了解噪声的概念与分类。本章重点：1.信号的概念、分类以及几个常用信号的认识；2.信号频谱的概念与意义。本章的难点：1.信号的波形变换；2.傅立叶级数分析、傅立叶变换分析以及频谱的意义；3.信号是如何通过线性系统的分析方法。课前预习相关的内容：1.通信系统的基本组成；2.三角函数。1.1信号信息是现代社会存在的基础，是人类社会进行沟通、交流的纽带。信息可以以语音、数据、

2、图象等多种形式表现。在目前的通信中，主要采用电子系统进行通信，而通常有用的信息是无法以直接的形式在网络中传输的。例如，一段语音不能直接放在导线上从电话系统的发送端传到接收端，这些信息必须被进一步转化成传输媒介可以接受的信号形式。信号是信息传输的载体，是反映信息的物理量。如当信息为图象时，首先在发送端对图象进行编码生成0、1数字比特流（编码将在第三章介绍），然后将0、1比特形式的数据流用电信号的形式表示出来（即将数字转化成电信号），并对该含有图象信息的电信号进行传输。在接收端，先将0、1数字从信号中提取出来，再将数字译码成图象信息，这是一个完整的信息传输

3、过程。虽然信号有多种形式，如光、电、声信号，但在目前，由电子系统处理传输的主要是电信号，且电信号易于与其它非电信号相互转换，因此，我们主要讨论电信号，即电压信号和电流信号。信号的数学描述通常是变量为时间或空间的函数，因此，“信号”也称为“函数”。1.1.1信号分类信号从不同的角度讨论有不同的分类，下面讨论几种常见的分类方法。1.确定信号与随机信号可以用确定的时间函数表示的信号就是确定信号。即对于确定信号，即使在还未到达的时刻也能确定该时刻的函数值，也就是说可以确定任意时刻的值，如正弦信号等,如图1.1。随机信号不能预知它随时间变化的规律，即不能用确定的

4、函数来表达的信号。如天气的变化规律；投掷硬币正面和反面的出现情况等。实际信号往往都是随机信号，如在数字通信中，传输的0、1数字比特流若具有确定性，就不再有通信的意义了。如图1.2。0t0t图1.1确定信号（正弦信号）图1.2随机信号2．周期信号与非周期信号周期信号是每隔一个固定的时间间隔T（即周期）重复变化的信号。对于周期信号，只要给定一个周期内的函数变化，就可以确定整个信号的函数。一般将周期信号记作（1.1）非周期信号是不具有重复性的信号。在实际中，真正的周期信号是不存在的，只能是在一定时间内的周期信号。03．连续时间信号与离散时间信号按时间函数自变

5、量的连续性和离散性，将信号分为连续时间信号和离散时间信号。连续时间信号是指除有限个间断点外，对于任意的时间点函数都有对应的取值，一般记作,如图1.3所示。离散时间信号是指只在一些离散的瞬间函数才有定义，除了规定的时间点外,函数没有定义的信号.通常我们讨论的离散时间信号是在均匀间隔的时间点上,记作,简写为,如图1.4所示。tf(n)—101234t图1.3连续时间信号图1.4离散时间信号4.模拟信号与数字信号模拟信号是用连续变化的数值来表示要说明的信息，若采用函数的幅度来表明信号内容，则模拟信号是指幅度随时间是连续变化的，其特点是幅度连续，即在某一取值范

6、围内可以取无限多个幅值，如图1.5。通信中，语音信号就是典型的模拟信号。而数字信号则是指幅度随时间是离散变化的,其特点是幅度具有跃变性，幅值被限制在有限个数值之内，如图1.6。例如计算机信号等。t0t图1.5模拟信号图1.6数字信号1.1.2信号的基本运算与波形变换为了讨论信号通过系统各部件，诸如加法器、放大器、积分器等部件后的变化，通常涉及到信号的基本运算与波形变换。1.信号的基本运算由于信号的数学形态就是变量为时间的函数，因此可以对信号进行所有初等数学运算和高等数学运算。一般的函数运算相当于信号幅度运算。常用的运算有：1)加法运算:（1.2）原则:

7、两信号在同一瞬时的值相加。2)乘法运算:（1.3）原则:两信号在同一瞬时的值相乘。3)数乘运算:（1.4）例如信号通过放大器后的信号变换。4)微分运算:（1.5）信号经微分运算后突出其变化部分。5)积分运算:(1.6)信号经积分运算后，其突变部分可变得平滑。2.信号的波形变换由于信号是变量为时间的函数，而的正负代表了将来时间和过去时间，如果对信号的时间t运算，则信号在时间轴上就会有相应的波形变换。1)反转:将变量用来取代,则信号将以纵轴为中心反转。如图1.7所示。其实际应用有：如果表示收录在磁带上的语音信号，则就代表将该磁带倒过来放音。2)平移:将变量

8、用来取代,为常数,则信号沿时间轴水平平移。当，相当于波形在轴上右移，即表示时间滞后；当时，相当