信号与系统概念

信号与系统期末考试复习概念公式总结

信号与系统概念，公式集：

第一章：概论

1.信号：信号是消息的表现形式。（消息是信号的具体内容）

2.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。

第二章：信号的复数表示：

1.复数的两种表示方法：设C为复数，a、b为实数。

常数形式的复数C=a+jb a为实部，b为虚部；

或C=|C|e，其中，|C| 复数的辐角。（复平面）

2.欧拉公式：e

jwt

jφ

22

a b为复数的模，tanφ=b/a，φ为

coswt jsinwt

（前加-，后变减）

第三章：正交函数集及信号在其上的分解

1.正交函数集的定义：设函数集合F {f1(t),f2(t), fn(t)}

如果满足：

T2

T1T2

fi(t)fj(t)dt 0fi(t)dt Ki

2

i j

T1

i 1,2 n

则称集合F为正交函数集 如果Ki 1

i 1,2, n，则称F为标准正交函数集。

如果F中的函数为复数函数

条件变为：

T2

T1T2

fi(t) fj(t)dt 0fi(t) fi(t)dt Ki

*

*

i j

i 1,2 n

T1

*

其中fi(t)为fi(t)的复共轭。

2.正交函数集的物理意义： 一个正交函数集可以类比成一个坐标系统；

正交函数集中的每个函数均类比成该坐标系统中的一

第一章信号与系统的基本概念

§1.1 绪言

信号与系统是一门重要的专业基础课。是许多专业（通信、信息处理、自动化、计算机、系统工程）的必修课。重要性体现在两个方面：一是我们将来从事专业技术工作的重要理论基础；二是上述各类专业硕士研究生入学考试课程。

在教学计划中起着承前启后的作用，前期课程是高数、微分方程、差分方程、工程数学中的积分变换（傅立叶变换和拉普拉斯变换），还有电路分析基础；而其本身是后续专业课（通信原理、数字信号处理）的基础。

信号

研究的主要内容：顾名思义系统

合成：信号

一个典型的电系统—通信系统

信息源转换电信号电信号还原受信者（声音、文字、图象）

/响应

通信系统

○1系统：控制系统抽象为理想化的模型，讨论激励与响应的关系

经济系统

○2信号：时间的函数f(t)，一维函数，确定信号

* 信号与系统的关系：互相依存

信号是运载消息的工具，要很好的利用信号，需经过系统的传输、

处理.

系统则是为传输信号或对信号进行处理而由元器件构成的某种组

合。离开了信号，系统就失去了意义.

§1.2 信号

一.定义：信号是带有信息的（如声音、图象等）随时间（或空间）

变化的物理量。

本课程主要研究电信号（电流、电压）。

二.信号的分类：从不同的角度

1 从函数的定义域（时间）是否连续：

○1

第一章 绪论

1.1 信号与系统

信号是消息的表现形式，消息则是信号的具体内容。 所谓电信号，一般指随时间而变化的电压或电流，也可以是电容的电荷，线圈的磁通以及空间的电磁波等等。、电信号与非电信号，可以比较方便地互相转换。在实际应用中常常将各种物理量如声被动、光强度、机械运动的位移或速度等转变为电信号，以利传输。经传输后接收端再将此信号还原成原始的消息。

随着信号传输理论与技术的发展，又出现了所谓“信号处理”的新课题。什么是传号处理?这可以迎解为对信号进行某种加工或变换。加工或变换的目的是：削弱信号中的多余内容；滤除混杂的噪声和干扰；或者是将信号变换成容易分析与识别的形式便于估计和选择它的特征参量。近年来，由于高速数字计算机的运用，大大促进了信号处理研究的发展。而信号处理的应用已遍及许多科学技术领域。

信号传输与信号处理有着密切的联系，但又形成了相对独立的学科体系。它们共同的理论基础是信号分析与系统分析。信号与系统分析的理论研究将服务于解决信号传输与信号处理方面的实际问题。

所谓“系统”就是由若于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。

1.2 信号的描述及其分类

描述信号的基本方法是写出它的数学表达式，此表达式

- 1 - -

实验一 用同时分析法观测50Hz非正弦周期信号的分解与合成

一、 实验目的

1、用同时分析法观测50Hz非正弦周期信号的频谱，并与其傅立叶级数各项的频率与系数作比较。

2、观测基波和其谐波的合成。 二、实验设备

1、信号与系统实验箱： TKSS－B型

2、双踪示波器：GOS—620型

三、实验原理

1、一个非正弦周期函数可以用一系列频率成整数倍的正弦函数来表示，其中与非正弦具有相同频率的成分称为基波或一次谐波，其它成分则根据其频率为基波频率的2、3、4、?、n等倍数分别称二次、三次、四次、?、n次谐波，其幅度将随谐波次数的增加而减小，直至无穷小。

2、不同频率的谐波可以合成一个非正弦周期波，反过来，一个非正弦周期波也可以分解为无限个不同频率的谐波成分。

3、一个非正弦周期函数可用傅立叶级数来表示，级数各项系数之间的关系可用一个频谱来表示，不同的非正弦周期函数具有不同的频谱图，各种不同波形及其傅氏级数表达式见表1-1，方波频谱图如图1-1表示

图1-1 方波频谱图

表1-1 各种不同波形的傅立叶级数表达式

- 2 - -

1、方波

4um111

信号与系统实验 杭州电子科技大学通信工程学院

信号与系统实验

实验二：离散时间系统的时域分析

小组成员：

黄涛 13084220 胡焰焰 13084219 洪燕东 13084217

1 / 8

信号与系统实验 杭州电子科技大学通信工程学院

【实验目的】

1. 通过matlab仿真一些简单的离散时间系统，并研究它们的时域特性。 2. 掌握利用matlab工具箱求解LTI系统的单位冲激响应。

【实验原理】

1.离散时间系统的时域特性 1.1线性定义

对离散时间系统，若y1[n]和y2[n]分别是输入序列x1[n]和x2[n]的响应， 若输入

x3[n]?x1[n]?x2[n] (2.1)

的输出响应为

y3[n]?y1[n]?y2[n] (2.2)

该性质对任意输入x1[n]和x2[n]都成立，称为叠加性。

若输入

x4[n]??x1[n]

信号与系统实验 杭州电子科技大学通信工程学院

信号与系统实验

实验三：信号的卷积

小组成员：

黄涛 13084220 胡焰焰 13084219 洪燕东 13084217

1 / 8

信号与系统实验 杭州电子科技大学通信工程学院

一、实验目的

1. 理解卷积的物理意义；

2. 掌握运用计算机进行卷积运算的原理和方法； 3. 熟悉卷积运算函数conv的应用； 二、预习内容

1. 卷积的定义及物理意义； 2. 卷积计算的图解法； 3. 卷积的应用 三、实验原理说明 1.卷积的定义

连续时间和离散时间卷积的定义分别如下所示：

2.卷积的计算

由于计算机技术的发展，通过编程的方法来计算卷积积分和卷积和已经不再是冗繁的工作，并可以获得足够的精度，因此信号的时域卷积分析法在系统分析中得到了广泛的应用。 卷积积分的数值运算可以应用信号的分段求和来实现，即： 数值运算只求当 时的信号值 ，则由上式可以得到：

上式中实际上就是连续信号 等间隔均匀抽样的离散序列 的卷积和，当 足够小的时候 就是信号卷积积分的数值近

x(t)211.21解

t2x(2?t)21t01234?2?101?1?1x(t?1)22x(2t?1)11t?1?10123?32?1?12012t?1

x(4?t/2)21t04681012?1[x(t)?x(?t)]u(t)33x(t)[?(t?3)??(t?)]221?3232200t0t(?1)2?1(?1)2

1.27

（a）y(t)?x(t?2)?x(2?t)

① 因为y(0)?忆的。

x(?2)?x(2)，在t?0的输出与前后时刻的输入都有关，所以系统是记

② 已知y1(t)?x1(t?2)?x1(2?t)，y2(t)?x2(t?2)?x2(2?t)。当

x2(t)?x1(t?t0)时，

y2(t)?x1(t?2?t0)?x1(2?t?t0)，而y1(t?t0)?x1(t?t0?2)?x1(2?t?t0)，

所以：y2(t)?y1(t?t0)。因而系统是时变的。

③已知y1(t)?x1(t?2)?x1(2?t)，y2(t)?x2(t?2)?x2(2?t)，

y3(t)?x3(t?2)?x3(2?t)，

当x3(t)?x1(t)?x2(t)时，y3(t)?[x1(t?2)?x2(t?2)]?[x1(2?t)?x2(2?t)] 所以y

信 号 与 系 统

实 验 报 告

实验四

实验名称：信号抽样与调制解调

指导老师： 苏永新

班 级： 09通信工程

学 号： 2009963924

姓 名： 王维

实验四 信号抽样与调制解调

一、实验目的

1、进一步理解信号的抽样及抽样定理； 2、进一步掌握抽样信号的频谱分析；

3、掌握和理解信号抽样以及信号重建的原理； 4、掌握傅里叶变换在信号调制与解调中的应用。

基本要求：掌握并理解“抽样”的概念，理解抽样信号的频谱特征。深刻理解抽样定理及其重要意义。一般理解信号重建的物理过程以及内插公式所描述的信号重建原理。理解频率混叠的概念。理解调制与解调的基本概念，理解信号调制过程中的频谱搬移。掌握利用MATLAB仿真正弦幅度调制与解调的方法。

二、实验原理及方法 1、信号的抽样及抽样定理

抽样（Sampling），就是从连续时间信号中抽取一系列的信号样本，从而，得到一个离散时间序列（Discrete-time sequence），这个离散序列经量化（Quantize）后，就成为所谓的数字信号（Digital Signal）。今天，很多信号在传输与处理时，都是采用数字系统（Digital system）进行的，但是，数字系

实验六 离散线性时不变系统分析 一、实验目的

1. 掌握离散LSI系统的单位序列响应、单位阶跃响应和任意激励下响应的MATLAB求解方法。

2. 掌握离散LSI系统的频域分析方法； 3. 掌握离散LSI系统的复频域分析方法；

4. 掌握离散LSI系统的零极点分布与系统特性的关系。 二、实验原理及方法 离散LSI系统的时域分析

描述一个N阶线性时不变离散时间系统的数学模型是线性常系统差分方程，N阶LSI离散系统的差分方程一般形式为

k?0?aky(n?k)??bix(n?i) （6.1）

i?0NM也可用系统函数来表示

Y(z)H(z)??X(z)?bziM?i?azkk?0i?0N?kb(z)b0?b1z?1?b2z?2???bMz?M?? （6.2） a(z)1?a1z?1?a2z?2???aNz?N系统函数H(z)反映了系统响应和激励间的关系。一旦上式中ak，bi的数据确定了，系统的性质也就确定了。特别注意a0必须进行归一化处理，即a0?1。

对于复杂信号激励下的线性系统，可以将激励信号在时域中分解为单位序列或单位阶跃序列的线性叠加，把这些单元激励信号分别加于系统求其响应，然后把这

信号与系统试卷（5）

（满分：100分，所有答案一律写在答题纸上）

考试班级 学号 姓名 成绩 考试日期： 年 月 日， 阅卷教师： 考试时间 120分钟，试卷题共3页

1 （每小题8分，共16分）绘出下列函数的图形

(1) 已知一连续时间信号x(t)如图所示，试概略画出信号y(t)=x(2-t/3)的波形图。

X(t) 2 1 -1 0 1 2 3 t

题 1（1）图

(2) 一个线性时不变系统的输入f(t)和冲击响应h(t)如下图所示，试求系统的零状态响应，并画出波形。

f(t