《通信原理-第2章课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理-第2章课件.ppt（110页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、本书的本书的封面封面课程名称课程名称课件课件第第1 1章章 通信系统概述通信系统概述第第2 2章章 信号分析信号分析第第3 3章章 信道与噪声信道与噪声第第4 4章章 模拟调制模拟调制第第5 5章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输第第6 6章章 数字基带传输数字基带传输通信原理通信原理课件课件本书的本书的封面封面第第7 7章章 数字调制数字调制第第8 8章章 差错控制编码差错控制编码第第9 9章章 同步原理同步原理本书的本书的封面封面课程名称课程名称课件课件第第1 1章章 通信系统概述通信系统概述第第2 2章章 信号分析信号分析第第3 3章章 信道与噪声信道与噪声第第4 4章章 模拟调制
2、模拟调制第第5 5章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输第第6 6章章 数字基带传输数字基带传输通信原理通信原理课件课件本书的本书的封面封面第第7 7章章 数字调制数字调制第第8 8章章 差错控制编码差错控制编码第第9 9章章 同步原理同步原理 2.1 信号概述信号概述2.2 确知信号分析确知信号分析2.3 随机信号分析随机信号分析本书的本书的封面封面信号概述信号概述2.12.1.1 信号的概念信号的概念2.1.2 信号的分类信号的分类2.1.3 几种常见信号几种常见信号2.1.4 信号的时域分析和频域分析信号的时域分析和频域分析本书的本书的封面封面信号的概念信号的概念2.1.1 “信号”
3、来源于拉丁文“signum(记号)”一词，其含意甚广。“信号”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道，人们对信号并不陌生。上课的铃声就是一种信号，火车、船舶的汽笛声，汽车的喇叭声也都是一种信号，这些都是声信号。本书的本书的封面封面 道路交叉路口和铁路轨道旁设置的红绿灯光是一种信号，发射信号弹的闪烁亮光也是一 种信号，这些都是光信号。收音机和电视机天线从天空中接收到的电磁波是信号，它们每一级电路的输入、输出电压(voltage)或电流(current)也是信号，这都是电信号。本书的本书的封面封面 除此之外，还有电视机和计算机显示器屏电视机和计算机显示器屏
4、幕上的图像文字信号幕上的图像文字信号，交警指挥的手势信交警指挥的手势信号号，军舰使用的旗语信号军舰使用的旗语信号等等。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同特点：（1）无论是声信号、光信号、电信号，还是其它形式的信号，其本身都是一种变化着的物理量；（2）另一个特点则表现为，信号都包含有一定意义。本书的本书的封面封面 信号就是用于描述、记录或传输的消息(或者说信息)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(或消息)的一种变化着的物理量。也可说，信号就是载有一定信息的一种物理体现。本书的本书的封面封面 人们用来传递信息的信号主要是
5、电信号。电信号传播速度快，日常许多非电的物理量如压力、流速、声音、图像等都可以利用转换器变换为电信号进行处理、传输。上课电铃声的这种声信号和指挥交通的红绿灯这种光信号，都是由电信号控制和推动而得到的。作为声信号的语言通过话筒变换成电信号，放大之后推动扬声器又将其复原成语言信号，使之在较远处也能听到。本书的本书的封面封面 景物图像的光信号通过电视摄像机变成电信号，电视发射台加工处理之后以电磁波形式辐射到空间，远处的电视接收机收到辐射的电磁波后再一次加工处理使之在电视机屏幕上显示原景物的图像信号。所谓电信号(以后简称为信号)，一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
6、通及空间中的电磁波等电量。本书的本书的封面封面1确知信号和随机信号确知信号和随机信号 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。确知信号分为周期信号和非周期信号。随机信号不是时间t的确定函数，它在每一个确定时刻的分布值是不确定的，只能通过大量试验测出它在某些确定时刻上取某些值的可能性的分布(概率分布)，也称不确定性信号。信号的分类信号的分类2.1.2本书的本书的封面封面信号的分类信号的分类确知信号的分析是随机信号分析的基础，本书重点分析确知信号的特性。本书的本书的封面封面（1）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，无始无终的信号，可表达为（2）非周期信号 非
7、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。本书的本书的封面封面2连续（时间）信号和离散（时间）信号连续（时间）信号和离散（时间）信号连续信号是指对每个实数 t（有限个间断点除外）都有定义的函数，连续信号的幅值可以是连续的，也可以是离散的。本书的本书的封面封面离散信号是指仅在某些不连续的时刻有定义的信号，其幅值可以是连续的也可以是离散的。本书的本书的封面封面离散时间信号离散时间信号数字信号抽样信号本书的本书的封面封面3能量信号和功率信号能量信号和功率信号在一个周期内，在一个周期内，R消耗的能量消耗的能量 平均功率可表示为平均功率可表示为设设i(t)为流过电阻为流过电阻R的
8、电流，的电流，v(t)为为R 上的电压上的电压 瞬时功率为瞬时功率为本书的本书的封面封面讨论上述两个式子，只可能出现两种情况：讨论上述两个式子，只可能出现两种情况：(有限值有限值)(有限值有限值)满足满足式的称为式的称为能量信号能量信号，满足，满足式称式称功率信号功率信号。定义：定义：一般说来，能量总是与某一物理量的平方成正比一般说来，能量总是与某一物理量的平方成正比。令令R=1，则在整个时间域内，实信号则在整个时间域内，实信号f(t)的的平均功率平均功率能量能量本书的本书的封面封面一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。本书的本书的封面封面一般持续时间无限的信号都属于功率信号:本书的本书的封面
9、封面1正弦信号正弦信号几种常见信号几种常见信号2.1.3正弦信号的三要素：A 为振幅，为角频率（弧度/秒），为初始相角（弧度）本书的本书的封面封面2矩形脉冲信号矩形脉冲信号本书的本书的封面封面3抽样信号抽样信号Sa（t）本书的本书的封面封面4单位阶跃信号单位阶跃信号本书的本书的封面封面例例1：Et所以，矩形脉冲G(t)可表示为因为EttE本书的本书的封面封面本书的本书的封面封面5单位冲激信号单位冲激信号本书的本书的封面封面用极限定义单位冲激信号用极限定义单位冲激信号(t)t(1)t例如：例如：用矩形脉冲取极限定义用矩形脉冲取极限定义本书的本书的封面封面单位冲激信号的性质单位冲激信号的性质 筛选
10、特性 是偶函数 与单位阶跃信号的关系本书的本书的封面封面 冲激函数可以把冲激所在位置处的函数值抽取（筛选）出来。冲激函数可以把冲激所在位置处的函数值抽取（筛选）出来。本书的本书的封面封面（3）（1）t01t0u(t)本书的本书的封面封面计算 (1)cost(t)；(2)(t-1)(t)；解 (1)cost(t)=(t)，因为cos0=1。(2)(t1)(t)=(t)，因为(t1)|t=0=1。练习练习本书的本书的封面封面信号的时域分析和频域分析信号的时域分析和频域分析2.1.4表21 信号的时域描述与频域描述定义：定义：时域分析：描述信号的幅值随时间的变化规律，可直接检测或记录到的信号。频域分
11、析：以频率作为独立变量的方式，也就是信号的频谱分析。特点：特点：直观、可以反映信号随时间变化过程，但不能揭示信号的频率结构特征。可以反映信号的各频率成分的幅值和相位特征。本书的本书的封面封面确知信号分析确知信号分析2.22.2.2 非周期信号及其频谱非周期信号及其频谱2.2.1 周期信号及其频谱周期信号及其频谱本书的本书的封面封面1信号分解为正交函数信号分解为正交函数 周期信号及其频谱周期信号及其频谱2.2.1本书的本书的封面封面正交函数和正交函数集正交函数和正交函数集若满足 则称和在区间（t1,t2）内正交。正交函数集 如有n个函数构成一个函数集，当这些函数在区间（t1,t2）内满足本书的本
12、书的封面封面三角函数集在区间（t0，t0+T）组成正交函数集。本书的本书的封面封面傅里叶1768年生于法国年生于法国1807年提出年提出“任何周期信号任何周期信号都可用正弦函数级数表示都可用正弦函数级数表示”1829年狄里赫利第一个给出年狄里赫利第一个给出收敛条件收敛条件拉格朗日反对发表拉格朗日反对发表1822年首次发表在年首次发表在“热的分热的分析理论析理论”一书中一书中1830年去世年去世本书的本书的封面封面傅立叶的两个最主要的贡献“周期信号都可表示为谐波关系的正周期信号都可表示为谐波关系的正弦信号的加权和弦信号的加权和”傅里叶的第傅里叶的第一个主要论点一个主要论点“非周期信号都可用正弦信
13、号的加权非周期信号都可用正弦信号的加权积分表示积分表示”傅里叶的第二个主傅里叶的第二个主要论点要论点本书的本书的封面封面2傅里叶级数傅里叶级数（1）傅里叶级数的三角函数展开式本书的本书的封面封面基波角频率基波角频率n次谐波角频率次谐波角频率 直流分量幅度直流分量幅度 余弦分量幅度余弦分量幅度 正弦分量幅度正弦分量幅度 本书的本书的封面封面本书的本书的封面封面令 则 称为n次谐波，是n次谐波的振幅，是其初相角。周期信号可以分解为各次谐波分量。本书的本书的封面封面【例2.2.1】将图2-12所示的正弦周期的方波信号展开为傅里叶级数。本书的本书的封面封面解：本书的本书的封面封面本书的本书的封面封面本
14、书的本书的封面封面（2）傅里叶级数的指数形式本书的本书的封面封面本书的本书的封面封面3周期信号的频谱周期信号的频谱（1）周期信号的频谱 为了直观地表示出信号所含分量的振幅，以频率（或角频率）为横坐标，以各谐波的振幅 或虚指数函数的幅度 为纵坐标，可画出如图2-14所示的线图，称为幅度（或振幅）频谱，简称幅度谱。图中每条竖线代表该频率分量的幅度，称为谱线。本书的本书的封面封面 类似地，也可画出各谐波初相角 与频率（或角频率）的线图，如图2-14（c）、（d）所示，称为相位频谱，简称相位谱。幅幅度度频频谱谱：以以频频率率f f（或或角角频频率率w w）为为横横坐标，坐标，A An n或或FnFn为
15、纵坐标。为纵坐标。相相位位频频谱谱：以以频频率率f f（或或角角频频率率w w）为为横横坐标，坐标，为纵坐标。为纵坐标。本书的本书的封面封面本书的本书的封面封面（2）周期矩形脉冲的频谱本书的本书的封面封面本书的本书的封面封面本书的本书的封面封面单边和双边幅度频谱和相位频谱本书的本书的封面封面脉冲宽度与频谱的关系脉冲宽度与频谱的关系 本书的本书的封面封面 当周期当周期T不变，脉宽不变，脉宽 减小减小时，谱线间隔时，谱线间隔不变不变，零点位置，零点位置右移右移，频宽，频宽B增大增大，频，频谱幅度相应谱幅度相应减小减小 信号的频宽与脉宽信号的频宽与脉宽成反比成反比。本书的本书的封面封面周期与频谱的关
16、系周期与频谱的关系 本书的本书的封面封面 当当脉宽脉宽 不变，周期不变，周期T增大增大时，谱线时，谱线间隔间隔减小减小，谱线变密，零点位置，谱线变密，零点位置不不变变，谐波分量，谐波分量增加增加，谐波幅度相应，谐波幅度相应减小减小。本书的本书的封面封面当T=2,5,10时周期矩形波的频谱本书的本书的封面封面周期信号频谱具有以下几个特点：周期信号频谱具有以下几个特点：第第一一为为离离散散性性，此此频频谱谱由由不不连连续续的的谱谱线线组组成成，每每一一条条谱谱线线代代表表一一个个正正弦弦分分量量，所所以以此此频频谱谱称称为为不不连连续续谱或离散谱谱或离散谱。第第二二为为谐谐波波性性，此此频频谱谱的
17、的每每一一条条谱谱线线只只能能出出现现在在基基波波频频率率的的整整数数倍倍频频率率上上，即即含含有有的的各各次次谐谐波波分分量，而决不含有非量，而决不含有非的谐波分量。的谐波分量。第第三三为为收收敛敛性性，此此频频谱谱的的各各次次谐谐波波分分量量的的振振幅幅虽虽然然随随n的的变变化化有有起起伏伏变变化化，但但总总的的趋趋势势是是随随着着n的的增大而逐渐减小。增大而逐渐减小。当当n时，时，|Fn|0。本书的本书的封面封面非周期信号及其频谱非周期信号及其频谱2.2.2 非周期信号是指在时域上不按周期重复出现，但仍可用准确的解析数学关系表达的信号。非周期信号包括准周期信号和瞬变非周期信号两类。本书的
18、本书的封面封面（1）准周期信号 若各正(余)弦信号的频率比不是有理数，正(余)弦信号间找不到公共的周期，它们在合成后不可能经过某一周期重复，所以合成后不可能是一个周期信号，但是这样的一种信号在频域表达上却是离散频谱，这种信号称之为准周期信号。（2）瞬变非周期信号 瞬变非周期信号是指除准周期信号以外的非周期信号。本书的本书的封面封面图219 瞬变非周期信号本书的本书的封面封面1傅里叶变换从傅里叶级数到傅里叶变换 若将非周期信号看作是周期信号T的极限情况，非周期信号就可以表示为以周期矩形脉冲为例，当T时，周期信号就变成单脉冲信号的非周期信号。随着T的增大，离散谱线间隔 就变窄；当T，0时，离散谱就
19、变成了连续谱。本书的本书的封面封面本书的本书的封面封面2傅里叶变换与非周期信号的频谱傅里叶变换与非周期信号的频谱非周期信号的频谱具有两大特点：非周期信号的频谱具有两大特点：连续性连续性密度性密度性 本书的本书的封面封面本书的本书的封面封面图220 非周期信号的幅值谱密度本书的本书的封面封面【例2.2.1】求图2-21（a）所示的单个矩形脉冲的频谱，其中本书的本书的封面封面(a)门函数；(b)门函数的频谱；(c)幅度谱；(d)相位谱 F(j)t2pt4pt2pt4pt(b)ogt(t)t221(a)F()t2pt4pt(c)2pt4pto ()p2pt4pt(d)2pt4ptopjo本书的本书的
20、封面封面3傅傅里里叶叶变变换换的的性性质质 本书的本书的封面封面3傅里叶变换的性质傅里叶变换的性质 （1）线性叠加线性叠加 （2）对称性对称性本书的本书的封面封面（3）脉冲展缩与频带变化（尺度变换）脉冲展缩与频带变化（尺度变换）本书的本书的封面封面时域压缩，频域展宽；时域展宽，频域压缩。时域压缩，频域展宽；时域展宽，频域压缩。本书的本书的封面封面（4）信号的延时与相位移动（时移特性）信号的延时与相位移动（时移特性）即信号时延后，其幅度谱不变，各分量相位变化。即信号时延后，其幅度谱不变，各分量相位变化。本书的本书的封面封面本书的本书的封面封面 （5）信号的调制与频谱搬移（调制定理）信号的调制与频
21、谱搬移（调制定理）本书的本书的封面封面本书的本书的封面封面本书的本书的封面封面 （6）时域卷积定理）时域卷积定理 （7）频域卷积定理）频域卷积定理本书的本书的封面封面例如则本书的本书的封面封面应用：应用：系统响应的频谱系统响应的频谱 即系统响应的频谱等于输入信号频谱即系统响应的频谱等于输入信号频谱F()与与系统频率特性系统频率特性H()的乘积。的乘积。时域内的卷积对应时域内的卷积对应为频谱的相乘为频谱的相乘 h h(t t)H H()f f(t t)y y(t t)=)=f f(t t)h h(t t)F F()Y Y()=)=F F()H H()本书的本书的封面封面4几种典型信号的频谱几种典
22、型信号的频谱（1）单位阶跃信号的频谱本书的本书的封面封面（2）单位冲激信号的频谱本书的本书的封面封面（3）正（余）弦函数的频谱本书的本书的封面封面（4）矩形脉冲的频谱函数（a）矩形脉冲波形（b）矩形脉冲的频谱本书的本书的封面封面（5）门函数频谱函数的傅氏反变换（a）矩形脉冲波形（b）矩形脉冲的频谱本书的本书的封面封面5傅里叶变换应用于通信系统傅里叶变换应用于通信系统（1）滤波 无失真传输 本书的本书的封面封面无失真传输系统的幅频特性及相频特性无失真传输系统的幅频特性及相频特性 图226 无失真传输系统的幅频特性及相频特性本书的本书的封面封面 滤波器 改变信号中各个频率分量的相对大小，或者抑制，
23、甚至全部滤除某些频率分量的过程称为滤波，完成滤波功能的系统称为滤波器。根据滤波器通、阻带所处的不同位置，可分为低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等基本滤波器。本书的本书的封面封面 理想低通滤波器 本书的本书的封面封面理想低通滤波器的冲激响应理想低通滤波器的冲激响应 本书的本书的封面封面（2）调制 所谓调制，就是用一个信号（基带信号也称调制信号）去控制另一个信号（载波信号）的某个参量，从而产生已调制信号。调幅，使载波的幅度随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。调频，使载波的瞬时频率随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。调相，使载波的相位随着调制信号的大小变化而变化的调制方式。本书的本书的封面
24、封面以模拟调幅中的抑制载波的双边带调制为例 本书的本书的封面封面本书的本书的封面封面（3）抽样本书的本书的封面封面通常称为抽样角频率。本书的本书的封面封面随机信号分析随机信号分析2.32.3.2 随机过程的统计参数随机过程的统计参数2.3.1 基本概念基本概念2.3.4 功率谱分析功率谱分析2.3.3 相关分析相关分析本书的本书的封面封面1随机过程随机过程基本概念基本概念2.3.1本书的本书的封面封面 随机过程的基本特性可以从幅值域、时差域和频率域进行数学描述。主要的统计参数有均值、方差、均方值、概率密度函数、自相关函数、互相关函数、功率谱密度函数和互谱密度函数等。本书的本书的封面封面2平稳随
25、机过程平稳随机过程 平稳随机过程就是统计特征参数不随时间变化而改变的随机过程。3各态历经随机过程各态历经随机过程 若从平稳随机过程中任取一样本函数，如果该单一样本在长时间内的平均统计参数(时间平均)和所有样本函数在某一时刻的平均统计参数(几何平均)是一致的，则称这样的平稳随机过程为各态历经随机过程。本书的本书的封面封面1均值、方差、均方值均值、方差、均方值随机过程的统计参数随机过程的统计参数2.3.2本书的本书的封面封面2概率密度函数概率密度函数本书的本书的封面封面本书的本书的封面封面1相关相关相关分析相关分析2.3.3相关系数 本书的本书的封面封面2自相关函数自相关函数本书的本书的封面封面3互相关函数互相关函数本书的本书的封面封面1功率谱密度函数功率谱密度函数功率谱分析功率谱分析2.3.4本书的本书的封面封面2互谱密度函数互谱密度函数