4信號(hào)系統(tǒng)課件3套超全版本0信基

1、信息科學(xué)基礎(chǔ)2022/9/42課程說明成績(jī)?cè)u(píng)定：期末考試 70% 作業(yè)出勤 30% 實(shí)驗(yàn)部分：?jiǎn)为?dú)算成績(jī)（檢測(cè)+報(bào)告）2022/9/43課程說明基本內(nèi)容：1. 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的技術(shù)和科學(xué)。2. 信息科學(xué)是由信息論、控制論、系統(tǒng)論和計(jì)算機(jī)科學(xué)四位一體相結(jié)合的嶄新學(xué)科； 3. 本課程的主要內(nèi)容： * 信息的本質(zhì)及其度量，信道容量信息論； * 信息的處理手段(常用技術(shù))信號(hào)與系統(tǒng)，數(shù)字信號(hào)處理 * 信息的傳輸技術(shù)通信系統(tǒng)（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信） * 智能化信息處理技術(shù)人工智能中的模式識(shí)別 * 實(shí)用的信號(hào)處理軟件Matlab2022/9/44課程說明教材及參考書： 1. A.V.奧本海姆，劉樹棠譯，

2、信號(hào)與系統(tǒng)，西安交通大學(xué)出版社 2. A.V.奧本海姆等，黃建國(guó)等譯，離散時(shí)間信號(hào)處理，科學(xué)出版社 3. A.B.卡爾遜等，卞正中等譯，通信系統(tǒng)電子通信中信號(hào)與噪聲引論，西安交通大學(xué)出版社 4. L.W.Couch, Digital and Analog Communication Systems, 數(shù)字與模擬通信系統(tǒng)，fifth edition, 清華大學(xué)出版社 5. 樊昌信等，通信原理，國(guó)防工業(yè)出版社 6. 曹志剛等，現(xiàn)代通信原理，清華大學(xué)出版社2022/9/45引論一、信息、信息技術(shù)、信息科學(xué)、信息論 1. 信息、消息、信號(hào) 2. 信息技術(shù)的前沿帶 a以顯示信息形態(tài)為重要手段的信息獲取和

3、傳輸技術(shù)；1938年，F(xiàn).B.Morse, 電報(bào)，16km b以計(jì)算機(jī)和集成電路技術(shù)支持的信息技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)； c以各種軟件和人工智能為重要環(huán)節(jié)的信息處理和控制技術(shù)。2022/9/46引論 3.信息科學(xué)作為信息技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是一門綜合性學(xué)科。其研究?jī)?nèi)容包括： a.信息的獲取、存儲(chǔ)、變換、處理、傳遞、控制； b.信息的本質(zhì)，信息的度量；1948，Shannon的博士論文：通信系統(tǒng)數(shù)學(xué)理論 總結(jié)了Nyquist和Hartley等人關(guān)于通信系統(tǒng)的工作。 c.人工智能機(jī)器的設(shè)計(jì)。2022/9/47引論 4.對(duì)信息論的理解有三種解釋： 狹義信息論，消息的信息量，信息容量以及信息的編碼問題； 一般信息論

4、，通信問題，除狹義信息論的內(nèi)容外，還包括信號(hào)與噪聲的分析和理論，濾波，預(yù)測(cè)和其它處理； 廣義信息論，除上述內(nèi)容外，還包括所有與信息有關(guān)的理論。2022/9/48引論二、本課的主要內(nèi)容 第一部分 信號(hào)分析與處理 1. 連續(xù)和離散信號(hào)的傅立葉分析； 2. 基本濾波器的性能分析及簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)； 3. 連續(xù)信號(hào)與離散信號(hào)之間的橋梁采樣定理； 4. 使用且高效的頻譜分析算法FFT； 第二部分 通信系統(tǒng) 1. 通信系統(tǒng)的基本原理； 2. 隨機(jī)信號(hào)分析及噪聲； 3. 模擬及數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)； 4. 差錯(cuò)控制編碼信道編碼；2022/9/49引論第三部分 信息論 1. 信息的度量信息熵； 2. 信源編碼； 3. 信息的

5、傳輸信道容量（或信息傳輸速度）；第四部分 相關(guān)的信息處理及人工智能技術(shù)簡(jiǎn)介第五部分 實(shí)驗(yàn)部分，信號(hào)處理軟件Matlab；第一部分 信號(hào)處理與分析引言信息的最主要載體是信號(hào)，信息技術(shù)以信號(hào)處理的相關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)；本部分主要涉及電子工程類的相關(guān)課程：信號(hào)與系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理；信號(hào)與系統(tǒng)的概念出現(xiàn)在范圍廣泛的各種領(lǐng)域中，于這些概念有關(guān)的思想和方法在很多科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域起著重要作用。連續(xù)時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)和離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)之間的關(guān)系日益密切，有關(guān)的概念和方法具有緊密聯(lián)系。引言對(duì)于信號(hào)與系統(tǒng)的本質(zhì)僅能做一些概括性的介紹，也只能在最基本的方面討論他們的一些性質(zhì)。本部分的重點(diǎn)是線性時(shí)不變系統(tǒng)。但在此所引出的一套概

6、念和方法在實(shí)踐和理論上都具有深遠(yuǎn)的價(jià)值。更主要的是關(guān)于數(shù)學(xué)概念與數(shù)學(xué)方法的闡述，較少考慮相關(guān)的硬件部分（電路）。第一章 信號(hào)與系統(tǒng)雖然在各個(gè)不同的領(lǐng)域中所出現(xiàn)的信號(hào)與系統(tǒng)的物理性質(zhì)是很不相同的，但全都具有兩個(gè)基本的共同點(diǎn)：1.信號(hào)總是一個(gè)或幾個(gè)獨(dú)立變量的函數(shù)，該函數(shù)一般都包含了關(guān)于某些現(xiàn)象性質(zhì)的信息；2.系統(tǒng)是對(duì)給定信號(hào)做出響應(yīng)而產(chǎn)生出另外的信號(hào)。 系 統(tǒng)第一章 信號(hào)與系統(tǒng)1.1 信號(hào)信號(hào)可以表示成一個(gè)或者多個(gè)變量的函數(shù)，并且自變量不一定是時(shí)間變量。但為方便起見，本課所涉及的信號(hào)定義為一個(gè)以時(shí)間為自變量的函數(shù)。通常地，直接對(duì)此信號(hào)進(jìn)行的處理一般稱為時(shí)域中的處理。兩種基本類型的信號(hào)：連續(xù)時(shí)間信號(hào)

7、 ，離散時(shí)間信號(hào)（序列） 。第一章 信號(hào)與系統(tǒng)離散時(shí)間信號(hào)分為兩類情形：一類是自變量本身即為離散形式；另一類是通過對(duì)連續(xù)時(shí)間信號(hào)的采樣而得到的。信號(hào)的能量與功率連續(xù)時(shí)間信號(hào)在一段時(shí)間內(nèi)的總能量及平均功率：離散時(shí)間信號(hào)在一段時(shí)間內(nèi)的總能量及平均功率： 第一章 信號(hào)與系統(tǒng)連續(xù)時(shí)間信號(hào)在無窮區(qū)間內(nèi)的總能量及平均功率：離散時(shí)間信號(hào)在無窮區(qū)間內(nèi)的總能量及平均功率：第一章 信號(hào)與系統(tǒng)三類重要的信號(hào)：信號(hào)具有有限的總能量，即 ；信號(hào)具有有限的平均功率，即 ,且 ；總能量和平均功率都不是有限的。信號(hào)的能量和功率不一定具有物理意義第一章 信號(hào)與系統(tǒng)1.2 自變量的交換1. 自變量變換時(shí)移（延遲、延時(shí)） 時(shí)間反轉(zhuǎn)

8、 尺度變換 ， 為壓縮， 為擴(kuò)展。2. 周期信號(hào) 周期信號(hào) ， 基波周期最小正周期 第一章 信號(hào)與系統(tǒng)3.奇信號(hào)、偶信號(hào) 奇信號(hào) 偶信號(hào) 任何信號(hào)可以分解為奇信號(hào)與偶信號(hào)之和： 偶部奇部第一章 信號(hào)與系統(tǒng)1.3 指數(shù)信號(hào)與正弦信號(hào)1. 連續(xù)時(shí)間復(fù)指數(shù)和正弦信號(hào) a. 實(shí)指數(shù)信號(hào) 都是實(shí)數(shù)。 b. 周期復(fù)指數(shù)信號(hào)和正弦信號(hào) 周期復(fù)指數(shù)信號(hào)正弦信號(hào)a第一章 信號(hào)與系統(tǒng)利用Euler關(guān)系，有或基波周期：基波頻率:單位是rad/s與信號(hào) 的振蕩速率成正比。一般的，記，其中的單位是Hz（赫茲）第一章 信號(hào)與系統(tǒng)周期復(fù)指數(shù)信號(hào)和正弦信號(hào)具有無限能量,但有有限平均功率.一個(gè)周期內(nèi)該信號(hào)的總能量和平均功率:在

9、無窮區(qū)間上的總能量和平均功率為:第一章 信號(hào)與系統(tǒng)一組成諧波關(guān)系的復(fù)指數(shù)信號(hào):周期復(fù)指數(shù)信號(hào),具有公共周期 ,即其中周期復(fù)指數(shù)信號(hào)可用作極其有用的信號(hào)基本構(gòu)造單元,因此在討論信號(hào)與系統(tǒng)的大部分問題中都起著十分重要的作用.第一章 信號(hào)與系統(tǒng) c. 一般復(fù)指數(shù)信號(hào) 令 ， ，則 若 ，其實(shí)部與復(fù)部都為正弦信號(hào)。 若 ，則 起著一種振蕩變化的包絡(luò)作用。包絡(luò)線:信號(hào)振蕩幅度的變化趨勢(shì).第一章 信號(hào)與系統(tǒng)2. 離散時(shí)間復(fù)指數(shù)和正弦信號(hào)(序列) a. 實(shí)指數(shù)信號(hào) 都是實(shí)數(shù)。 第一章 信號(hào)與系統(tǒng) b. 周期復(fù)指數(shù)信號(hào)和正弦信號(hào) 周期復(fù)指數(shù)信號(hào)正弦信號(hào)利用Euler關(guān)系，有或第一章 信號(hào)與系統(tǒng)問題1:離散周期

10、復(fù)指數(shù)信號(hào)和正弦信號(hào)的總能量和平均功率如何?如何計(jì)算?計(jì)算方法是否同相應(yīng)連續(xù)信號(hào),利用周期性?第一章 信號(hào)與系統(tǒng) c. 一般復(fù)指數(shù)信號(hào) 令 ， ，則 若 ，其實(shí)部與復(fù)部都為正弦序列。 若 ，則 起著一種振蕩變化的包絡(luò)作用。第一章 信號(hào)與系統(tǒng)d. 離散時(shí)間復(fù)指數(shù)序列的周期性質(zhì)連續(xù)時(shí)間復(fù)指數(shù)信號(hào) 有兩個(gè)性質(zhì)：1） 越大， 信號(hào)振蕩的頻率就越高；2） 對(duì)任何 都是周期的.離散時(shí)間復(fù)指數(shù)信號(hào) 的性質(zhì)：由于因此對(duì)于 ,只在一個(gè) 間隔內(nèi)選擇不同的 ,就可以得到所有可能的不同的復(fù)指數(shù)序列.任何 間隔都是可以的, 一般選擇區(qū)間 或.第一章 信號(hào)與系統(tǒng)第一章 信號(hào)與系統(tǒng)1) 離散時(shí)間復(fù)指數(shù)信號(hào)的振蕩速率不同于連

11、續(xù)時(shí)間復(fù)指數(shù)信號(hào)的振蕩速率(與振蕩頻率成正比). 隨著 從0開始增加，其振蕩速率越來越快，直到 為止，然后若 繼續(xù)增加，其振蕩速率就會(huì)下降，直到 為止，這時(shí)又得到與 相同的信號(hào)。即離散時(shí)間復(fù)指數(shù)序列的低頻部分是在 和任何其它 的偶數(shù)倍附近；而高頻部分則是位于 以及其它任何 的奇數(shù)倍附近。2）離散時(shí)間復(fù)指數(shù)信號(hào)不一定為周期信號(hào)。第一章 信號(hào)與系統(tǒng) 第一章 信號(hào)與系統(tǒng)若使 為周期的，必須滿足：存在整數(shù) ，使得對(duì)于任意的 ,有即 .因此,應(yīng)該存在整數(shù) ,滿足 或也就是說,若 為一有理數(shù),則 是周期的;否則就不是周期的.第一章 信號(hào)與系統(tǒng)可以證明,對(duì)于周期復(fù)指數(shù)序列總可以得到下列關(guān)系式其中 沒有公共因子;則 的基波周期是 ,基波頻率是 .問題2:證明周期復(fù)指數(shù)序列 的基波周期是其中 是 和 的最大公約數(shù)。若 無公因子，則第一章 信號(hào)與系統(tǒng) 表1.1 信號(hào) 和 的比較不同,信號(hào)不同 頻率相差 的整數(shù)倍信號(hào)相同