《电工基础》课程教学资源（教案讲义）第十四章 信号与系统概述

《电工基础》 第十四章信号与系统概述 1.信号、信息的概念及相互关系。 2.调制、解调的概念,调制的方法。 当重点 3.通信系统的组成及通信网的网络结构形式。 调制的概念和方法 教学准点 内容 学时 1第一节信号的基本知识 第二节信号的传输 第三节系统与网络 学时月配 2345 本章小结与习题 11114 本章总学压 第一节信号的基本知识 、信息 信息是人类对外界事物的感知。如人们听到的声音,看到的景象是信息,交流电也是 种信息。 二、信号 信号是信息的表现形式,信号可以是声音、图象、电压、电流和光等如交通信号灯 诸多信号中电信号是最便于储存、处理、传输和再现的,因而是应用最广泛的。许多非电 信号如力、温度、声音、光等都可以通过传感器变换成电信号 电信号以信号频率划分,分为直流信号和交流信号:以信号参数的状态划分,分为模 拟信号和数字信号:以信号变化的规律划分,分为确定信号和随机信号,以及周期信号和 非周期信号。 1.直流信号和交流信号 直流信号大小恒定,具有确定极性;交流信号的大小和极性随时间而变化。许多信号

《电工基础》 132 第十四章 信号与系统概述 第一节 信号的基本知识 一、信息 信息是人类对外界事物的感知。如人们听到的声音，看到的景象是信息，交流电也是 一种信息。 二、信号 信号是信息的表现形式，信号可以是声音、图象、电压、电流和光等如交通信号灯。 诸多信号中电信号是最便于储存、处理、传输和再现的，因而是应用最广泛的。许多非电 信号如力、温度、声音、光等都可以通过传感器变换成电信号。 电信号以信号频率划分，分为直流信号和交流信号；以信号参数的状态划分，分为模 拟信号和数字信号；以信号变化的规律划分，分为确定信号和随机信号，以及周期信号和 非周期信号。 1．直流信号和交流信号 直流信号大小恒定，具有确定极性；交流信号的大小和极性随时间而变化。许多信号 序 号 内 容 学 时 1 第一节 信号的基本知识 1 2 第二节 信号的传输 1 3 第三节 系统与网络 1 4 本章小结与习题 1 5 本章总学时 4 1．信号、信息的概念及相互关系。 2．调制、解调的概念，调制的方法。 3．通信系统的组成及通信网的网络结构形式。 调制的概念和方法

《电工基础》 的组成既有直流成分又有交流成分。图14-1(a)的信号,实际就是由图14-1(b)的直流信号 和图14-1(c)的交流信号合成。 图14-1既有直流又有交流的信号 2.模拟信号和数字信号 凡是数值和时间上都是连续变化的信号,称为模拟信号 声音、图像信号就是模拟信号。数字信号在数值上和时间上 都是不连续变化的,具有离散且有限的状态,二进制信号就LL几L凵 是数字信号。图14-2示出了几种数字信号 图14-2数字信号 模拟信号可通过AD转换变为数字信号,数字信号可 通过DA转换变为模拟信号 v(t) 3.确定信号和随机信号 信号可用一个自变量的确定的函数来表示,对于任何 指定时刻,都有一个确定的值相对应,这种信号称为确定 降周期了 信号,如正弦信号 a)周信号 随机信号不能用自变量的一个确定的函数来表示,即: vIn 对每一自变量的取值,其信号值是不确定的,如噪声干扰 信号 4.周期信号和非周期信号 b)非局期信号 定的时间间隔后重现相同波形的信号,称为周期信图14-3周期信号和非周期信号 号,如图14-3(a所示,在变化的时间内,没有重复变化的 规律的信号称为非周期信号,如图14-3(b)所示。 第二节信号的传输 、信道 信道是信号传递的媒介或途径。如现场的声音信号是通过空气传播的,工频电信号是 通过导线传输的,这里的空气和导线就是信道。信道分有线信道和无线信道两种。有线信 道有双纹线,同轴电缆,光导纤维等。无线信道从极低频一直到微波波段 二、调制和解调 信号的频率都很低,为便于信号远距有效的传输,需要将信号进行一定的处理。调 133

《电工基础》 133 的组成既有直流成分又有交流成分。图 14-1(a)的信号，实际就是由图 14-1(b)的直流信号 和图 14-1(c)的交流信号合成。 2．模拟信号和数字信号 凡是数值和时间上都是连续变化的信号，称为模拟信号。 声音、图像信号就是模拟信号。数字信号在数值上和时间上 都是不连续变化的，具有离散且有限的状态，二进制信号就 是数字信号。图 14-2 示出了几种数字信号。 模拟信号可通过 A/D 转换变为数字信号，数字信号可 通过 D/A 转换变为模拟信号。 3．确定信号和随机信号 信号可用一个自变量的确定的函数来表示，对于任何 指定时刻，都有一个确定的值相对应，这种信号称为确定 信号，如正弦信号。 随机信号不能用自变量的一个确定的函数来表示，即： 对每一自变量的取值，其信号值是不确定的，如噪声干扰 信号。 4．周期信号和非周期信号 一定的时间间隔后重现相同波形的信号，称为周期信 号，如图 14-3(a)所示，在变化的时间内，没有重复变化的 规律的信号称为非周期信号，如图 14-3(b)所示。 第二节 信号的传输 一、信道 信道是信号传递的媒介或途径。如现场的声音信号是通过空气传播的，工频电信号是 通过导线传输的，这里的空气和导线就是信道。信道分有线信道和无线信道两种。有线信 道有双纹线，同轴电缆，光导纤维等。无线信道从极低频一直到微波波段。 二、调制和解调 信号的频率都很低，为便于信号远距有效的传输，需要将信号进行一定的处理 。调 图 14-1 既有直流又有交流的信号 图 14-2 数字信号 图 14-3 周期信号和非周期信号

《电工基础》 制是将所要传递的电信号“搬移”到高频正弦波上去的处理过程。要传递的信号称为调制 信号,如图14-4a所示。用于调制的高频正弦波称为载波,如图14-4b)所示。调制后的信 号称为已调信号。相反的过程称为解调,即从已调信号中恢复出调制信号来。 常用的调制方法 (1)调幅(AM)载波信号的幅度随调制信号的幅度变化而变化,如图14-4(c)所示 (2)调频(FM)载波信号的频率随调制信号的幅度变化而变化,如图144(d所示 (3)相位调制(PM载波信号的相位随调制信号的幅度变化而变化,如图14-4(e)所示 (4)脉码调制(PCM把声音等模拟信号变换成被编码的数字信号后传输的调制方法 A 图14-4信号的调制 三、波长 在一个周期时间内,已调信号在信道内传播的距离,叫波长。用λ表示。 在均匀媒质中,信号是匀速传播的,其波长等于信号在信道中的传播速度与周期的乘 A=vT= 第三节系统与网络 一、通信系统 通信是将信息从发信者传输给收信者。传输是利用通信系统完成。 通信系统是由发送终端、发射机、接受机终端和信道五部分组成,如图14-5所示。 发送终端将原始信号转换成电信号,如送话器把声音变成电信号 发射机将该信号进行适当的处理,如放大、调制等。无线电发射机的输出端接高频天 线,将高频电信号转换成电磁波向空间辐射。 接收机将收到的高频信号进行处理。如放大、滤波和解调,恢复为原来的电信号。 接收终端将电信号还原成原始信号。如喇叭

《电工基础》 134 制是将所要传递的电信号“搬移”到高频正弦波上去的处理过程。要传递的信号称为调制 信号，如图 14-4(a)所示。用于调制的高频正弦波称为载波, 如图 14-4(b)所示。调制后的信 号称为已调信号。相反的过程称为解调，即从已调信号中恢复出调制信号来。 常用的调制方法： (1) 调幅(AM)载波信号的幅度随调制信号的幅度变化而变化，如图 14-4(c)所示 (2) 调频(FM)载波信号的频率随调制信号的幅度变化而变化，如图 14-4(d)所示。 (3) 相位调制(PM)载波信号的相位随调制信号的幅度变化而变化，如图 14-4(e)所示 (4) 脉码调制(PCM)把声音等模拟信号变换成被编码的数字信号后传输的调制方法。 三、波长 在一个周期时间内，已调信号在信道内传播的距离，叫波长。用  表示。 在均匀媒质中，信号是匀速传播的，其波长等于信号在信道中的传播速度与周期的乘 积，即 f v  = vT = 第三节 系统与网络 一、通信系统 通信是将信息从发信者传输给收信者。传输是利用通信系统完成。 通信系统是由发送终端、发射机、接受机终端和信道五部分组成，如图 14-5 所示。 发送终端将原始信号转换成电信号，如送话器把声音变成电信号。 发射机将该信号进行适当的处理，如放大、调制等。无线电发射机的输出端接高频天 线，将高频电信号转换成电磁波向空间辐射。 接收机将收到的高频信号进行处理。如放大、滤波和解调，恢复为原来的电信号。 接收终端将电信号还原成原始信号。如喇叭。 图 14-4 信号的调制

《电工基础》 干扰 图14-5通信系统的组成框图 二、通信网 通信网用于多用户的相互连接,目前通信网的网络结构主要有图146所示的四种形 式,图中标有字母的小圆代表用户终端(在网络中称为节点),连线代表通信链路 1.网型网 各用户终端之间直接与通信链路连接。优点是接续质量高,网络稳定性好,但需要通 信链路多,网络投资费用高 2.星型网 用户终端通过转接中心进行连接,这种网节省通信链路。但需要转换设备,通信的质 量和可靠性会受到一定的影响 3.环型网 用户终端通过中继器连入网内,各中继器间链路首尾连接,信息单相沿环路逐点传送 特点是传输线路短,安装易,诊断准确但可靠性较差 采用公共总线作为传输介质,结点通过硬件接口连向总线,信号沿介质进行广播式传 送。特点是安装易,可靠性高,但不易管理,故障诊断和隔离困难, 星型 总线型 图14-6网络结构的形式 本章小结 135

《电工基础》 135 二、通信网 通信网用于多用户的相互连接，目前通信网的网络结构主要有图 14-6 所示的四种形 式，图中标有字母的小圆代表用户终端(在网络中称为节点)，连线代表通信链路。 1．网型网 各用户终端之间直接与通信链路连接。优点是接续质量高，网络稳定性好，但需要通 信链路多，网络投资费用高。 2．星型网 用户终端通过转接中心进行连接，这种网节省通信链路。但需要转换设备，通信的质 量和可靠性会受到一定的影响。 3．环型网 用户终端通过中继器连入网内，各中继器间链路首尾连接，信息单相沿环路逐点传送。 特点是传输线路短，安装易，诊断准确但可靠性较差。 4．总线型网 采用公共总线作为传输介质，结点通过硬件接口连向总线，信号沿介质进行广播式传 送。特点是安装易，可靠性高，但不易管理，故障诊断和隔离困难。 本章小结 图 14-5 通信系统的组成框图 图 14-6 网络结构的形式

《电工基础》 信号通过信道进行传输,表达信息。信道是信号传递的媒介或途径。信道分为有 线信道和无线信道。 将要传输的低频信号加载到高频载波信号上,以便于信号的传输。解调是将原信 号从已调信号中恢复出来。常用的调制方法有调幅(AM)、调频(FM、相位调制PM和脉 码调制(PCM等 三、通信系统是由发送终端、发射机、接受机终端和信道五部分组成的,通信网的网 络结构的主要有网型网、星型网、环型网和总线型网四种形式

《电工基础》 136 一、信号通过信道进行传输，表达信息。信道是信号传递的媒介或途径。信道分为有 线信道和无线信道。 二、将要传输的低频信号加载到高频载波信号上，以便于信号的传输。解调是将原信 号从已调信号中恢复出来。常用的调制方法有调幅(AM)、调频(FM)、相位调制(PM)和脉 码调制(PCM)等。 三、通信系统是由发送终端、发射机、接受机终端和信道五部分组成的，通信网的网 络结构的主要有网型网、星型网、环型网和总线型网四种形式