电子科技大学通信原理(李晓峰版)课件_第2章(基础知识).ppt

28.05.2020,1,第2章基础知识,2,28.05.2020,电子通信系统通过某种电子或电气物理量来传输信息，如电流、电压、电磁波等，其数学模型是时间的函数，统称为信号。2.1确知信号2.2随机信号2.3高斯分布与高斯信号2.4信号通过线性时不变系统2.5白噪声2.6噪声中的信号处理2.7带通信号2.8带通随机信号与噪声2.9数字信号及其脉冲调幅信号(自学),3,28.05.2020,2.1确知信号,4,28.05.2020,2.1.1信号及其基本参数,信号某个随时间变化的电子或电气物理量，如v(t)或i(t)，也常常称为波形。,实际物理波形的特点：1）实的、连续的、峰值有限的2）存在于有限的时间段内3）频谱主要集中在某个频带中,5,28.05.2020,时间平均运算符,1.周期信号：,2.直流分量：,周期为T0的周期信号v(t)，,6,28.05.2020,3.信号的功率,的归一化平均功率：,的归一化能量：,信号有两种类型：（1）功率信号：为有限值，而为无穷大；（2）能量信号：为有限值，而,7,28.05.2020,4.均方根值：,幅度的一种度量，例如：,（1）直流，则,（2）正弦波，则,基于计算功率：,8,28.05.2020,5.分贝：采用10为底的对数度量功率的相对比值,（1）功率增益：,输入与负载阻值为Ri与RL，则实际增益为，,9,28.05.2020,（2）信号与噪声的功率比,（3）基于某个参考电平值来度量某绝对电平,P相对于1mw的分贝功率电平:dBm,10,28.05.2020,P相对于1W的分贝功率电平:dBW,P相对于1KW的分贝功率电平:dBK,比如:,11,28.05.2020,2.1.2傅里叶变换与信号的频谱密度,或者，,12,28.05.2020,称为频谱密度。它通常是复数，,在某个频率f0处的值不为0，表示信号含有该频率成分。,反变换表示信号可以分解为许多不同频率的分量之和。,13,28.05.2020,能量谱密度：,能量谱密度描述了的信号能量沿频率轴的分布情况,注意：,2.1.3能量谱密度与功率谱密度,自相关函数：,能量型信号,14,28.05.2020,功率谱描述了的平均功率沿频率轴的分布情况,注意：,2.功率谱密度：,功率型信号,自相关函数：,15,28.05.2020,基带信号或低通信号主要能量或功率集中在零频率附近；频带信号或带通信号主要能量或功率集中在某一非零频率附近。大量的传输信号是频带信号，比如长途与无线通信中的传输信号。,信号的带宽表示信号的能量或功率的集中分布范围。,系统的带宽表示系统对信号频率的选择性。,2.1.4信号的频带与带宽,basebandsignal,bandpasssignal,16,28.05.2020,(1)绝对带宽（所有非零谱的分布范围）,信号的带宽：,absolutebandwidth,17,28.05.2020,(2)等效矩形带宽,当为低通信号时，,便于计算信号功率，,equivalentrectangularbandwidth,18,28.05.2020,等效噪声带宽（相对于系统）,当为低通系统时，,便于计算白噪声通过系统后的噪声功率，,equivalentnoisebandwidth,19,28.05.2020,(3)谱零点带宽,null-to-nullbandwidth,20,28.05.2020,（4）3-dB带宽(半功率带宽),3dBbandwidth,21,28.05.2020,(5)99功率（能量）带宽,带宽内的功率占总功率的99%.,PSD:Powerspectraldensity,energyorpowerbandwidth,22,28.05.2020,(6)限定功率谱带宽,f1,-f1,f,f2,f1,-f1,-f2,f,带通信号,基带信号,条件：,boundedpowerspectralbandwidth,23,28.05.2020,24,28.05.2020,2.2随机信号,（随机过程）,（RandomSignal）,25,28.05.2020,2.2.6功率谱密度,功率型信号,功率型信号一般持续时间无限，不满足绝对可积的条件。,功率谱密度与维纳辛钦定理,功率谱密度（PSD）：,功率谱仅描述了的平均功率按频率分布的情况,简称功率谱,功率谱密度是偶函数。,26,28.05.2020,维纳辛钦定理：对于平稳随机信号,随机信号的功率：,27,28.05.2020,2.双边功率谱密度与单边功率谱密度,双边功率谱密度,单边功率谱密度,物理功率谱密度,28,28.05.2020,2.4信号通过线性时不变系统,29,28.05.2020,传输函数,功率谱：,2.4.1确知信号通过系统,给定冲激响应为h(t)的LTI系统，输入信号x(t)，,输出：,频谱：,频响函数,30,28.05.2020,线性系统H(f),其中:,So:,2.4.2无失真传输条件,线性系统无失真传输的条件,幅频响应是平坦的,相频响应是频率的线性函数,31,28.05.2020,系统群时延,无失真传输要求：,（常数）,32,28.05.2020,如果X(t)是高斯过程，则Y(t)也是高斯过程。,平稳信号X(t)输入系统，,X(t)与Y(t)是联合平稳的。,1.输出的概率特性,2.4.3平稳随机信号通过系统,2.输出的功率谱,33,28.05.2020,2.5白噪声,34,28.05.2020,2.5.1白噪声,平稳白噪声,或,白噪声信号的功率为无穷大，而在不同时刻上彼此间无关。,35,28.05.2020,2.5.2低通与带通白噪声,若h(t)是单位增益的理想低通滤波器，带宽为BHz,则白噪声通过该滤波器的输出噪声为n(t),被称为带宽为BHz的（理想）低通白噪声。,1.低通白噪声,36,28.05.2020,若h(t)是单位增益的理想带通滤波器，带宽为BHz,则白噪声通过该滤波器的输出噪声为n(t),被称为带宽为BHz的（理想）带通白噪声。,2.带通白噪声,37,28.05.2020,2.7带通信号,38,28.05.2020,2.7.1希尔伯特变换,正变换：,定义：,设为实信号，其希尔伯特变换记为或,反变换：,Hilbert变换器或Hilbert滤波器：,39,28.05.2020,Hilbert变换器是一个90度的宽带移相器，幅度不变，正频段移相：，负频段移相：,40,28.05.2020,2.7.2解析信号,定义实信号与构造的复信号：,称为的解析信号（Analyticsignal）,由解析信号求出原信号:,41,28.05.2020,解析信号的频谱为：,功率谱为：,42,28.05.2020,窄带信号：的带通信号。,中心频率（通信载波频率）；带宽,带通信号（Bandpasssignal）只在某个有限的区间上非零。,2.7.3带通信号及其分量信号,43,28.05.2020,对于带通信号：,一般是复信号,44,28.05.2020,与,都是低频带限信号,45,28.05.2020,正交表达式,带通信号的三种表达式：,复包络表达式,实包络相位表达式,46,28.05.2020,带通信号本质含两个要素：复包络与载频,带通信号：,一个准正弦信号,典型波形：,带通信号主体上是正弦波，包络缓慢波动，相位缓慢“抖动”。,标准正弦信号,47,28.05.2020,调制,调制是将源信息加载到载频为的带通信号的幅度或相位上的过程。该带通信号x(t)称为已调信号,而基带源信息信号称为调制信号m(t).,2.7.4频谱搬移,48,28.05.2020,幅度调制,角度调制,都是的函数,调制器,调制信号,已调信号,被调信号（载波）,49,28.05.2020,带通信号的谱,其中:,1.若带通信号是能量型信号，则的频谱为：,其中:-thePSDofxL(t),2.若带通信号是一个功率型信号，则的PSD为,50,28.05.2020,证明:,51,28.05.2020,功率计算,带通信号x(t)的归一化平均功率为：,其中：“归一化”-指的是负载为1,证明：,52,28.05.2020,1.等效低通系统,带通系统,2.7.5带通系统,53,28.05.2020,等效低通系统：,等效低通滤波器,即:,54,28.05.2020,证明:,0,0,55,28.05.2020,56,28.05.2020,2.信息信号无失真传输的条件,等效低通系统,信息是携带在带通信号的复包络上的。复包络不失真，信息信号就不失真。,线性带通系统传输时,57,28.05.2020,设,带通信道H(f),可以证明：当信息信号传输不失真时,58,28.05.20