实验一-信号及传输特性分析.doc

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1、实验一练习一信号的特性及其频谱分分析实验原理信号的概念和分类1.信号在通信与信息系统中，传输的主体是信号，系统所包含的各种电路、设备都是为了实施这种传输。因此，电路系统设计和制造的要求，必然要取决于信号的特性。随着待传输信号的H益复杂，相应地，信号传输系统中的元器件、电路的结构等也日益复杂。因此，对信号进行分析变得越来越重要。2.信号的分类下面从不同角度对信号进行分类。确定信号和随机信号：若其在任何时间的值都是确定已知的，那么是确定信号；若信号在实际发生之前具有一定的不确定性，则表明信号是随机信号。连续信号和离散信号：将

2、一个信号表示成为时间t的函数，如果其时间变量t的取值是连续的，那么这个信号就称为连续信号。若信号只在某些不连续的时间点上有确定的取值,则称信号是离散信号。模拟信号和数字信号：时间或幅度连续的信号称为模拟信号，时间和幅度都离散的信号称为数字信号。周期信号和非周期信号：在一个可以测量的时间范围内完成一种模式，并且在后续的相同时间范围内重复这一模式，这种信号是周期信号；不随时间变化出现重复的模式或循环,则是非周期信号。%1.周期模拟信号周期模拟信号可以分为简单类型或复合类型两种。简单类型模拟信号，即正弦波，不能再分解为更简单的

3、信号。而复合型模拟信号则是由多个正弦波信号组成的。正弦波是周期模拟信号的最基本形式。可以看做一条简单的震荡曲线，在一个周期内的变化是平滑、一直的、连续的、起伏的曲线。下图就是一个正弦波，每个循环由时间轴上方的单弧和后跟着的时间轴下方的单弧构成。图1-1-1正弦波单个正弦波可以用三个参数表示：峰值振幅、频率和相位。这三个参数完全决定正弦波。1.峰值振幅信号的峰值振幅是其最高强度的绝对值，与其携带的能量成正比。图表示了两个信号和它们的峰值振幅。图1-1-2相位和频率相同但振幅不同的两个信号2.周期和频率周期是信号完成一个循环

4、所需要的时间，以秒为单位。频率是指1秒内的周期数。周期是频率的倒数，频率是周期的倒数，如下列公式所示。图1-1-3显示了两个信号和它们的频率。振幅f1秒有12个周期一＞频率是12Hz1秒ywwwww4^-♦Ii*-周期:召秒a）频率为121k的信号振幅个1秒有6个周期一►频率是6血b）频率为6Hz的信号E1-1-3振幅和相位相同但频率不同的两个信号图1-1-3振幅和相位相同但频率不同的两个信号通常周期用秒（s）来表示，频率用赫兹（Hz）来表示。3.相位相位是指波形相对于时间零的位置。如果我们将波形想象为能够沿时间轴向后或

5、者向前平移，则相位描述的就是这种偏移的数量。它指明了第一个循环的状态。相位使用角度或者弧度来进行计量，如下图所示。振幅和频率相同但相位不同的三条正弦波图1-1-4振幅和频率相同但相位不同的三条正弦波从图中我们可以看出：•相位为0度的正弦波在0时刻以零振幅开始，然后振幅递增。•相位为90度的正弦波在0时刻以峰值振幅开始，然后振幅递减。•相位为180度的正弦波在0时刻以零振幅开始，然后振幅递减。另一种看相位的方式是位移或偏移。我们可以看出：•相位为0度的正弦波没有位移。•相位为90度的正弦波向左位移1/4个周期。但是，注意在

6、0吋刻前信号并不真的存在。•相位为180度的正弦波向左位移1/2个周期。但是，注意在0时刻前信号并不真的存在。4.波长波长是信号通过传输介质传播的另一个特性。波长将简单正弦波的周期或频率与介质的传播速度结合在一起，如下图1-1-5所示。传输介质波长ZX//!•在时刻匕zzV/;:匕1►传输介质八!传播方向rzzJ在时刻MzzVEl-l-5波长和周期图1-1-5波长和周期波长是最简单信号在一个周期能传播的距离，通常以微米而不是米为单位计量。5.时域和频域前面我们使用的是时域图来表示正弦波。时域图显示了信号

7、振幅随时间的变化情况（振幅的时间图）。为了表示振幅和频率的关系，可以使用频域图。频域图只和峰值和频率相关，不显示一个周期中的振幅变化。图U6显示了信号的时域图和频域图。a）时域图中的正弦波（煌值：5v频率：6Hz）5V1011121314b）频域图中的相同正弦波（握值：5v频率：6Hz）E1-1-6正弦波的时域图和频域图图1-1-6正弦波的时域图和频域图很明显频域图更容易画，并且传递了时域图中能够找到的信息。频域的优点是我们能够直接看到频率值和峰值振幅值。完整的止弦波通过一个尖峰表示。尖峰的位置表示了频率,尖峰的高度表示

8、了峰值振幅。%1.复合信号复合信号是由许多具有不同频率、相位和振幅的简单正弦波组合而成的。如果复合信号是周期性的，分解得到的是一系列具有离散频率的信号。如果复合信号是非周期性的，分解得到的是具有连续频率的正弦波组合°图1-1-7显示了频率为f的周期复合信号。这种信号不是数据通信中的典型信号。我们可以把它看成三个告警系