4信号系统课件3套超全版本0信基

1、信息科学基础2022/9/42课程说明成绩评定：期末考试 70% 作业出勤 30% 实验部分：单独算成绩（检测+报告）2022/9/43课程说明基本内容：1. 利用计算机进行信息处理的技术和科学。2. 信息科学是由信息论、控制论、系统论和计算机科学四位一体相结合的崭新学科； 3. 本课程的主要内容： * 信息的本质及其度量，信道容量信息论； * 信息的处理手段(常用技术)信号与系统，数字信号处理 * 信息的传输技术通信系统（点对点的通信） * 智能化信息处理技术人工智能中的模式识别 * 实用的信号处理软件Matlab2022/9/44课程说明教材及参考书： 1. A.V.奥本海姆，刘树棠译，

2、信号与系统，西安交通大学出版社 2. A.V.奥本海姆等，黄建国等译，离散时间信号处理，科学出版社 3. A.B.卡尔逊等，卞正中等译，通信系统电子通信中信号与噪声引论，西安交通大学出版社 4. L.W.Couch, Digital and Analog Communication Systems, 数字与模拟通信系统，fifth edition, 清华大学出版社 5. 樊昌信等，通信原理，国防工业出版社 6. 曹志刚等，现代通信原理，清华大学出版社2022/9/45引论一、信息、信息技术、信息科学、信息论 1. 信息、消息、信号 2. 信息技术的前沿带 a以显示信息形态为重要手段的信息获取和

3、传输技术；1938年，F.B.Morse, 电报，16km b以计算机和集成电路技术支持的信息技术的物质基础； c以各种软件和人工智能为重要环节的信息处理和控制技术。2022/9/46引论 3.信息科学作为信息技术的理论基础，是一门综合性学科。其研究内容包括： a.信息的获取、存储、变换、处理、传递、控制； b.信息的本质，信息的度量；1948，Shannon的博士论文：通信系统数学理论 总结了Nyquist和Hartley等人关于通信系统的工作。 c.人工智能机器的设计。2022/9/47引论 4.对信息论的理解有三种解释： 狭义信息论，消息的信息量，信息容量以及信息的编码问题； 一般信息论

4、，通信问题，除狭义信息论的内容外，还包括信号与噪声的分析和理论，滤波，预测和其它处理； 广义信息论，除上述内容外，还包括所有与信息有关的理论。2022/9/48引论二、本课的主要内容 第一部分 信号分析与处理 1. 连续和离散信号的傅立叶分析； 2. 基本滤波器的性能分析及简单设计； 3. 连续信号与离散信号之间的桥梁采样定理； 4. 使用且高效的频谱分析算法FFT； 第二部分 通信系统 1. 通信系统的基本原理； 2. 随机信号分析及噪声； 3. 模拟及数字调制系统； 4. 差错控制编码信道编码；2022/9/49引论第三部分 信息论 1. 信息的度量信息熵； 2. 信源编码； 3. 信息的

5、传输信道容量（或信息传输速度）；第四部分 相关的信息处理及人工智能技术简介第五部分 实验部分，信号处理软件Matlab；第一部分 信号处理与分析引言信息的最主要载体是信号，信息技术以信号处理的相关技术为基础；本部分主要涉及电子工程类的相关课程：信号与系统和数字信号处理；信号与系统的概念出现在范围广泛的各种领域中，于这些概念有关的思想和方法在很多科学和技术领域起着重要作用。连续时间信号与系统和离散时间信号与系统之间的关系日益密切，有关的概念和方法具有紧密联系。引言对于信号与系统的本质仅能做一些概括性的介绍，也只能在最基本的方面讨论他们的一些性质。本部分的重点是线性时不变系统。但在此所引出的一套概

6、念和方法在实践和理论上都具有深远的价值。更主要的是关于数学概念与数学方法的阐述，较少考虑相关的硬件部分（电路）。第一章 信号与系统虽然在各个不同的领域中所出现的信号与系统的物理性质是很不相同的，但全都具有两个基本的共同点：1.信号总是一个或几个独立变量的函数，该函数一般都包含了关于某些现象性质的信息；2.系统是对给定信号做出响应而产生出另外的信号。 系 统第一章 信号与系统1.1 信号信号可以表示成一个或者多个变量的函数，并且自变量不一定是时间变量。但为方便起见，本课所涉及的信号定义为一个以时间为自变量的函数。通常地，直接对此信号进行的处理一般称为时域中的处理。两种基本类型的信号：连续时间信号

7、 ，离散时间信号（序列） 。第一章 信号与系统离散时间信号分为两类情形：一类是自变量本身即为离散形式；另一类是通过对连续时间信号的采样而得到的。信号的能量与功率连续时间信号在一段时间内的总能量及平均功率：离散时间信号在一段时间内的总能量及平均功率： 第一章 信号与系统连续时间信号在无穷区间内的总能量及平均功率：离散时间信号在无穷区间内的总能量及平均功率：第一章 信号与系统三类重要的信号：信号具有有限的总能量，即 ；信号具有有限的平均功率，即 ,且 ；总能量和平均功率都不是有限的。信号的能量和功率不一定具有物理意义第一章 信号与系统1.2 自变量的交换1. 自变量变换时移（延迟、延时） 时间反转

8、 尺度变换 ， 为压缩， 为扩展。2. 周期信号 周期信号 ， 基波周期最小正周期 第一章 信号与系统3.奇信号、偶信号 奇信号 偶信号 任何信号可以分解为奇信号与偶信号之和： 偶部奇部第一章 信号与系统1.3 指数信号与正弦信号1. 连续时间复指数和正弦信号 a. 实指数信号 都是实数。 b. 周期复指数信号和正弦信号 周期复指数信号正弦信号a第一章 信号与系统利用Euler关系，有或基波周期：基波频率:单位是rad/s与信号 的振荡速率成正比。一般的，记，其中的单位是Hz（赫兹）第一章 信号与系统周期复指数信号和正弦信号具有无限能量,但有有限平均功率.一个周期内该信号的总能量和平均功率:在

9、无穷区间上的总能量和平均功率为:第一章 信号与系统一组成谐波关系的复指数信号:周期复指数信号,具有公共周期 ,即其中周期复指数信号可用作极其有用的信号基本构造单元,因此在讨论信号与系统的大部分问题中都起着十分重要的作用.第一章 信号与系统 c. 一般复指数信号 令 ， ，则 若 ，其实部与复部都为正弦信号。 若 ，则 起着一种振荡变化的包络作用。包络线:信号振荡幅度的变化趋势.第一章 信号与系统2. 离散时间复指数和正弦信号(序列) a. 实指数信号 都是实数。 第一章 信号与系统 b. 周期复指数信号和正弦信号 周期复指数信号正弦信号利用Euler关系，有或第一章 信号与系统问题1:离散周期

10、复指数信号和正弦信号的总能量和平均功率如何?如何计算?计算方法是否同相应连续信号,利用周期性?第一章 信号与系统 c. 一般复指数信号 令 ， ，则 若 ，其实部与复部都为正弦序列。 若 ，则 起着一种振荡变化的包络作用。第一章 信号与系统d. 离散时间复指数序列的周期性质连续时间复指数信号 有两个性质：1） 越大， 信号振荡的频率就越高；2） 对任何 都是周期的.离散时间复指数信号 的性质：由于因此对于 ,只在一个 间隔内选择不同的 ,就可以得到所有可能的不同的复指数序列.任何 间隔都是可以的, 一般选择区间 或.第一章 信号与系统第一章 信号与系统1) 离散时间复指数信号的振荡速率不同于连

11、续时间复指数信号的振荡速率(与振荡频率成正比). 随着 从0开始增加，其振荡速率越来越快，直到 为止，然后若 继续增加，其振荡速率就会下降，直到 为止，这时又得到与 相同的信号。即离散时间复指数序列的低频部分是在 和任何其它 的偶数倍附近；而高频部分则是位于 以及其它任何 的奇数倍附近。2）离散时间复指数信号不一定为周期信号。第一章 信号与系统 第一章 信号与系统若使 为周期的，必须满足：存在整数 ，使得对于任意的 ,有即 .因此,应该存在整数 ,满足 或也就是说,若 为一有理数,则 是周期的;否则就不是周期的.第一章 信号与系统可以证明,对于周期复指数序列总可以得到下列关系式其中 没有公共因子;则 的基波周期是 ,基波频率是 .问题2:证明周期复指数序列 的基波周期是其中 是 和 的最大公约数。若 无公因子，则第一章 信号与系统 表1.1 信号 和 的比较不同,信号不同 频率相差 的整数倍信号相同