信号与系统的基本知识.ppt
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1、第八章第八章 信号与系统的基本知识信号与系统的基本知识知识目标本章主要介绍信号与系统的概念,信号的种类与传输过程,以及通信网络和计算机网络的基础知识。学习目标1.了解信号与系统的概念。2.了解信号的种类和传输过程。3.了解通信网络和计算机网络的基础知识。第一节第一节 信号与系统概述信号与系统概述 一、信号 人们相互之间问候、电视台发布新闻以及电台广播歌曲,它们的目的都是要把某些消息借一定形式的信号传送出去。信号是消息的表现形式,消息则是信号的具体内容。很久以来,人们便开始寻求各种方法以实现信号的传输。我国古代曾利用烽火台的火光传送边疆的警报,这相当于光信号的传输;还曾通过击鼓鸣金的方式报送时刻
2、或传达命令,这相当于声音信号的传输。这些古代的信号传送方法无论是距离、速度,还是可靠性与有效性都受到很大的限制。19世纪以来,利用电信号传送信息受到人们的关注。1837年,莫尔斯发明了电报;1876年,贝尔发明了电话;1895年,波波夫和马可尼实现了电信号的无线传送经过科学家们不断的努力,利用电磁波传送信号这种方式得到了迅速发展,并且已经应用到了无线广播电视、雷达、无线电导航、超短波通信等领域。信号的形式多种多样,例如上面介绍的光、声、电等,还有力、温度、速度等等。在各种信号中,电信号是最便于存储、处理、传输和再现的,因而应用也最广泛。电信号一般是指随着时间而变化的电压或电流,也可以是电容上的
3、电荷,线圈中的磁通以及空间的电磁波。电信号与非电信号可以通过适当的传感器进行转换。例如,利用热电式传感器可以将温度信号转换成电信号;利用磁电式传感器可以将位移转换成电信号。二、系统 由若干相互作用和相互依赖的事物组合而成的具有特定功能的整体被称为系统。广义上讲,系统的概念涉及的范围十分广泛,包括各种物理系统和非物理系统,人工系统以及自然系统。通信系统、电力系统、机械系统等可认为是物理系统;政治结构、经济组织、生产管理等可认为是非物理系统;计算机网络、交通运输网等可认为是人工系统;原子核、太阳系等可认为是自然系统。在无线电子学领域中,常常利用通信系统、控制系统、计算机系统与指挥系统进行信号的传输
4、与处理。一般情况下,组成系统的主要部件中包括大量的、多种多样的电路,电路也称为电网络或网络。近年来,随着大规模集成化技术的发展以及各种复杂系统部件的直接使用,系统有时也被称为网络。系统的功能可以利用一个方框图说明。如图8-1所示,输入信号ui(t)经过一个系统变成了输出信号uo(t),其中,ui(t)表示系统的激励,uo(t)表示系统的响应,系统的功能和特性就是如何由一定的激励来产生一定的响应。不同的系统具有的功能不同。电视接收系统可以完成电视信号的接收;移动通信系统可以实现无线通话和信息传送;数字机械系统可以实现利用数字信息来控制机械设备的工作,等等。ui(t)系统uo(t)图8-1系统的功
5、能原理图 信号、网络与系统之间有十分密切的关系。信号作为待传输消息的表现形式,可以看作运载消息的工具,而网络与系统则是为传送信号或对信号进行加工处理而构成的某种组合。信号必定是由系统产生、发送、传输与接收的,没有离开系统而孤立存在的信号。同样,离开了信号,网络与系统也将失去存在的意义。第二节第二节 信号的种类和传输信号的种类和传输一、信号的种类信号是运载消息的载体,其最常见的表现形式是随时间变化的电压或电流,因而可以通过数学表达式的方式来描述,也可以通过绘图的方式来描述。对于不同的信号,可以从不同的角度进行分类。1.确定性信号与随机性信号当信号由某数学表达式描述时,在任意时刻都可以通过该数学表
6、达式确定出一个相应的信号,这种信号称为确定性信号,或称规则信号。但是,实际传输的信号往往具有不可预知的性质,这种信号是随机性信号,或称不确定性信号。严格意义上说,自然界中不存在确定性信号。在信号传输过程中,它不可避免地要受到各种噪声和干扰的影响,从而变成不确定性信号。2.周期性信号和非周期性信号确定性信号又可分为周期性信号和非周期性信号。一个随时间变化的信号,如果每隔固定的时间间隔,就按完全相同的规律变化,这种信号称为周期性信号,如图8-2(a)所示。固定的时间间隔称为信号的周期,周期的倒数称为信号的频率。非周期性信号在时间上不具有周期性特征,如图8-2(b)所示。(a)周期性信号 (b)非周
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