通信系统原理 第2章ppt课件.ppt

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1、第2章通信信号分析本章主要内容：2.1确知信号分析方法2.2随机信号分析方法2.3随机过程通过线性系统1通信信号的分类方法：1.从信号在时间和幅度上连续或离散的特点，可以分为模拟信号和数字信号；2.从信号是否可以用明确的表达式表示，可以分为确知信号（DeterministicSignal）和随机信号（RandomSignal）。确知信号又可以分为周期信号和非周期信号。3.从信号中是否携带有用信息，可以分为有用信号和噪声信号。22.1确知信号分析方法有意义的通信信号应具有随机性，但是其中也会存在确知信号。（如表示

2、每个数字符号的信号是确知的，另外传输中的有些信号如导频信号本身也是确知信号）。确知信号和随机信号分析都很必要。确知信号是指其取值在任何时间都是确定的和可预知的信号，通常可以用数学公式表示。随机信号则无法用明确的数学式表示。32.1确知信号分析方法信号的基本分析方法有时域分析法和频域分析法。1.时域分析法具有直观体现信号波形的特点，频域分析法则更有利于揭示信号内在的频率特性，从而与通信中信号的频谱、带宽、滤波、调制、频分复用等概念相联系。2.在频域分析法中，傅里叶变换是重要的理论基础和数学工具。对于随机信号分析，

3、还需要用到概率论和数理统计。本节主要讨论信号的频域分析，包括频谱密度、功率密度、能量谱密度以及希尔伯特变换。42.1确知信号分析方法1．周期信号和非周期信号周期信号和非周期信号、能量信号和功率信号。确知信号有周期的，也有非周期的。随机信号通常是非周期的。周期信号是指经过一定时间重复出现的信号。非周期信号不具有周而复始重复的特性。52.1.1信号的频谱和频谱密度信号的能量E和功率P。2.1.1信号的频谱和频谱密度若信号能量有限，即，此时，则称此信号为能量信号。若，但信号功率有限，即，则称此信号为功率信号。72.1

4、.1信号的频谱和频谱密度各类信号之间的关系：确知的周期信号和随机信号是功率信号；确知的非周期信号可能是功率信号，也可能是能量信号。反过来说，功率信号可以是确知的周期、非周期信号或随机信号，能量信号是非周期信号。确知信号的频率特性由其各个频率分量的分布表示。信号的频率特性具体分为：频谱、频谱密度、功率谱密度、能量谱密度。大多数功率信号是周期信号，以下分析功率信号时均假设为周期信号，频谱与傅里叶级数的系数有关。2.1.1信号的频谱和频谱密度92．傅里叶级数任何周期为T的周期数，在满足狄里赫利条件时，可以由三角傅里叶

5、级数表示。式中，2.1.1信号的频谱和频谱密度10将式中同频率项合并，可写成还可以由指数傅里叶级数表示：—复振幅2.1.1信号的频谱和频谱密度113．功率信号的频谱三角傅里叶级数和指数傅里叶级数都是将一个周期信号表示为直流分量和各次谐波分量之和。将各分量的振幅和相位；或各分量的复振幅，绘成图就得到周期信号的频谱图。具体包括幅度谱、相位谱、复数振幅谱。2.1.1信号的频谱和频谱密度12例：脉冲宽度为，周期为，幅度为的周期性矩形脉冲。信号在一个周期内的表达式为设，，用Matlab绘制出频谱图。2.1.1信号的频谱和

6、频谱密度13图2-1周期信号的单边幅度谱和相位谱（a）周期性矩形脉冲信号；（b）单边幅度谱；（c）单边相位谱2.1.1信号的频谱和频谱密度14指数傅里叶级数表示式：图2-2周期信号的双边幅度谱和相位谱（a）双边幅度谱；（b）双边相位谱2.1.1信号的频谱和频谱密度15周期信号频谱具有三个特点：离散性、谐波性和收敛性。周期信号由于谐波振幅具有收敛性，信号能量的主要集中在低频分量中。可以将信号的频带宽度定义为：从零频率开始到需保留的最高频率分量之间的频率范围。第一零点带宽2.1.1信号的频谱和频谱密度164．能量信

7、号的频谱密度能量信号通常是非周期信号，非周期信号不能直接用傅里叶级数表示。设能量信号的傅里叶变换为。还可表示为—频谱密度函数。2.1.1信号的频谱和频谱密度—频谱函数的模，表示非周期信号中各频率分量幅值的相对大小。17非周期信号的幅度谱。非周期信号的相位谱。例：求单个矩形脉冲信号的频谱。矩形脉冲信号表达式频谱函数2.1.1信号的频谱和频谱密度18例：求单位冲激信号的频谱。解：时域表达式傅里叶变换为2.1.1信号的频谱和频谱密度单位冲激函数的频谱在整个频率区间是均匀的，这样的频谱常称为“均匀谱”或“白色谱”。图2

8、-4冲激信号的频谱(a)冲激信号时域波形；(b)冲激信号频谱密度函数19和的主要区别有：（1）是连续谱，而是离散谱；（2）单位是幅度/频率，而单位是幅度；（这里都是指其频谱幅度）；（3）能量信号的频谱连续地分布在频率轴上，每个频率点上的信号幅度是无穷小的。周期性功率信号的频谱只有在离散的频率点上有振幅，表示了信号各频率分量的大小。2.1.1信号的频谱和频谱密度1．帕斯瓦尔（Parsev