《数字通信原理》课件 项目二-认识通信信号

数字通信原理01项目1：认识通信系统02项目2：认识通信信号CONTENTS03项目3：认知数字基带传输04项目4：理解调制解调05项目5：揭秘编码06项目6：认知定时与同步07项目7：仿真数据通信系统08项目8：仿真移动通信系统09项目9：探索通信新技术项目2认识通信信号认识通信信号项目2项目描述信号在通信系统中，作为信息的物理载体，是一种承载了随时间变化的物理量。通信系统中常见的信号有正弦信号、矩形脉冲信号、抽样信号、单位阶跃信号和单位冲激信号。本项目分为三个任务，任务一信号概述，任务二周期信号的时域和频域分析，任务三非周期信号的时域与频域分析。项目分析从信号的概念入手，介绍几种常见的信号，并分析了这些信号在通信系统中的应用。重点对正弦信号、周期矩形脉冲信号和非周期矩形脉冲信号进行时域和频域分析，掌握它们的时域和频域特性。认识通信信号项目2学习目标熟悉几种常见信号；理解正弦信号和单位冲激信号的时域与频域特性；掌握周期矩形脉冲信号和非周期矩形脉冲信号的频谱特性。课程思政课程思政：结合常见信号的特点及分析方法，使学生理解信号与信道的匹配关系，从不同信号有不同的用途的角度出发，引发学生思考人生，树立自信意识。认知常见信号任务2.1任务目标熟悉通信系统中几种常见信号，掌握它们在通信系统中的应用。理解信号的时域和频域分析方法。任务分析通过信号的时域波形和表达式，了解几种常见信号的特点和应用。通过与水的两种形态进行对比理解信号的时域和频域分析方法。

2.1.1认识几种常见信号正弦信号是频率成分最为单一的一种信号，因这种信号的波形是数学上的正弦曲线而得名。正弦信号在通信系统中很常用，如通信系统中的使用正弦波作为调制用的载波。1.正弦信号

2.1.1认识几种常见信号1.正弦信号正弦信号的三要素：A

为振幅，ω为角频率（弧度/秒），为初始相角（弧度）

2.1.1认识几种常见信号2.矩形脉冲信号矩形脉冲信号，也称门函数，在通信系统中也经常使用。比如利用矩形脉冲信号作为基带信号码型所用的波形，利用矩形脉冲信号作为载波进行脉冲编码调制等。

2.1.1认识几种常见信号2.矩形脉冲信号

2.1.1认识几种常见信号3.单位阶跃信号单位阶跃信号也是信号分析中一种常见信号。通过延时不同的两个单位阶跃信号可以合成一个矩形脉冲信号。单位阶跃信号可以作为通信系统中的直流信号。

2.1.1认识几种常见信号3.单位阶跃信号

2.1.1认识几种常见信号例1：Et所以，矩形脉冲G(t)可表示为因为EttE

2.1.1认识几种常见信号

2.1.1认识几种常见信号4.单位冲激信号单位冲激信号用一带箭头的竖线表示，它出现的时间表示冲激发生的时刻，箭头旁边括号内的数字表示冲激强度。单位冲激信号具有筛选特性，能够将信号在某个时刻的值筛选出来。

2.1.1认识几种常见信号4.单位冲激信号

2.1.1认识几种常见信号用极限定义单位冲激信号δ(t)t(1)t例如：用矩形脉冲取极限定义

2.1.1认识几种常见信号单位冲激信号的性质：①筛选特性是偶函数③与单位阶跃信号的关系

2.1.1认识几种常见信号

冲激函数可以把冲激所在位置处的函数值抽取（筛选）出来。

2.1.1认识几种常见信号5.抽样信号抽样信号是偶函数，在t=0时刻具有最大值是1，在t的正、负两方向振幅都逐渐衰减，在整数π位置处过零点。利用抽样信号振荡过零点的特点，可以研究无码间干扰传输系统。

2.1.1认识几种常见信号5.抽样信号

2.1.2理解信号的时域和频域定义特点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。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。频域分析以频率作为独立变量的方式，也就是信号的频谱分析。可以反映信号的各频率成分的幅值和相位特征。时域分析比较直观，能一目了然地看出信号随时间的变化过程，但看不出信号的频率成分。而频域分析可以反映信号各频率成分的幅值和相位特征。

2.1.2理解信号的时域和频域时域分析和频域分析，只是从两个不同角度去观察同一现象。

2.1.2理解信号的时域和频域生活中的水我们非常熟悉，但是如雪花般美丽的水结晶你见过吗？它们都是水的形态，只不过观察角度不同。就像信号的时域和频域分析。

2.1.2理解信号的时域和频域任务实施（1）分别画出正弦信号、矩形脉冲信号、单位阶跃信号、单位冲激信号和抽样信号的时域波形图，分析它们的信号特点及在通信系统中的应用。（2）结合实际，搜集资料，针对某一事物两种不同角度的分析与信号的时域和频域两种分析方法进行类比分享，理解时域和频域分析方法。（3）搜集傅里叶的相关资料，分享傅里叶在信号分析中作出的贡献。分析周期信号的时域与频域任务2.2任务目标周期信号是一类常见的确知信号。正弦信号和周期矩形脉冲信号在通信系统中发挥了重要作用。本任务完成了对这两种典型周期信号的时域和频域分析。任务分析通过傅里叶级数，可以将周期信号进行分解。利用经过分解的信号中各谐波分量与频率的关系，可以绘制频谱图。最后通过仿真软件对信号的时域和频域进行仿真。知识准备“周期信号都可表示为谐波关系的正弦信号的加权和”——傅里叶的第一个主要论点“非周期信号都可用正弦信号的加权积分表示”——傅里叶的第二个主要论点傅里叶及傅里叶变换动画演示傅里叶级数知识准备（1）傅里叶级数的三角函数展开式知识准备（1）傅里叶级数的三角函数展开式知识准备令

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。知识准备（2）傅里叶级数的指数形式知识准备（2）傅里叶级数的指数形式知识准备（3）周期信号的频谱知识准备

2.2.1分析正弦信号的时域与频域

2.2.1分析正弦信号的时域与频域

2.2.2仿真正弦信号的时域与频域

2.2.2仿真正弦信号的时域与频域

2.2.3分析周期矩形脉冲信号的时域与频域利用傅里叶级数分解，可将周期矩形脉冲分解为直流和无穷多个不同幅度和频率的正弦或余弦信号的叠加。

2.2.3分析周期矩形脉冲信号的时域与频域基波基波+三次谐波基波+三次谐波+五次谐波

2.2.3分析周期矩形脉冲信号的时域与频域当叠加的谐波越来越多时，波形就越接近与周期矩形脉冲信号，这说明傅里叶级数能够实现周期信号的分解。基波+三次谐波+五次谐波+七次谐波基波+三次谐波+五次谐波+七次谐波+九次谐波

2.2.3分析周期矩形脉冲信号的时域与频域时域波形频域波形矩形脉冲信号频谱特点：1.形状是Sa(t)2.最高点：3.过零点：14.谱线间隔：1/T5.偶函数

2.2.3分析周期矩形脉冲信号的时域与频域频谱幅度为每根谱线的高度，从高到低，过零点振荡，包络形状为抽样信号，谱线间隔由周期决定，过零点频率由脉宽决定。

2.2.3分析周期矩形脉冲信号的时域与频域当周期T不变，脉宽减小时，谱线间隔不变，零点位置右移，频宽B增大，频谱幅度相应减小，信号的频宽与脉宽成反比

2.2.3分析周期矩形脉冲信号的时域与频域当脉宽不变，周期T增大时，谱线间隔减小，谱线变密，零点位置不变，谐波分量增加，谐波幅度相应减小。

2.2.3分析周期矩形脉冲信号的时域与频域

2.2.3分析周期矩形脉冲信号的时域与频域

2.2.3分析周期矩形脉冲信号的时域与频域

2.2.4仿真周期矩形脉冲信号的时域与频域脉冲宽度为0.1s

2.2.4仿真周期矩形脉冲信号的时域与频域脉冲宽度为0.05s任务实施（1）利用仿真软件对正弦信号进行时域和频域仿真，理解正弦信号的时域和频域特性。（2）利用仿真软件实现周期矩形脉冲信号的时域合成仿真，理解傅里叶级数在周期信号分解中的重要作用。（3）利用仿真软件对周期矩形脉冲信号进行时域和频域仿真，理解周期信号频域分析方法。分析非周期信号的时域与频域任务2.3任务目标非周期信号是一类常见的确知信号。非周期矩形脉冲信号在通信系统中发挥了重要作用。本任务对非周期矩形脉冲信号的时域和频域进行了分析。任务分析通过傅里叶变换，可以将非周期信号进行分析。利用傅里叶变换搭建非周期信号时域和频域的桥梁，可以绘制频谱图。最后通过仿真软件对周期矩形信号的时域和频域进行仿真。2.3.1分析非周期矩形脉冲信号的时域与频域非周期信号的频谱具有两大特点：连续性密度性

2.3.1分析非周期矩形脉冲信号的时域与频域非周期信号的幅值谱密度2.3.1分析非周期矩形脉冲信号的时域与频域非周期矩形脉冲信号的频谱是连续的，频谱形状为抽样信号，具有振荡衰减特性。频谱幅度为矩形脉冲的幅度和宽度的乘积，频谱第一个过零点为频宽，取决于脉冲宽度，与脉冲宽度成反比。2.3.1分析非周期矩形脉冲信号的时域与频域脉冲宽度为2ms，脉冲幅度为1V的非周期矩形脉冲信号的频谱如图，频宽为500Hz，频谱幅度为0.002。2.3.1分析非周期矩形脉冲信号的时域与频域与周期矩形脉冲信号的频谱是离散谱不同，非周期矩形脉冲信号的频谱是连续谱。2.3.2仿真非周期矩形脉冲信号的时域与频域图符编号库/名称参数0Source/Aperiodic/StepFctAmp=1V,StartTime=0，Offset=03Operator/Gain/Scale/Neqate5OperatorDelays/D