信号与系统概述信号与系统概述第十四章第十四章教学教学难点：点：教学教学难点：点：调制的概念和方法。制的概念和方法。1信号、信息的概念及相互关系。信号、信息的概念及相互关系。2调制、解制、解调的概念，的概念，调制的方法。制的方法。3通通讯系系统的的组成及通成及通讯网的网网的网络构造方式。构造方式。第十四章信号与系统概述第十四章信号与系统概述学时分配：学时分配：序号序号 内内 容容学时学时1第一节信号的基本知识第一节信号的基本知识 12第二节信号的传输第二节信号的传输 13第三节系统与网络第三节系统与网络 14本章小结本章小结15本章总学时本章总学时 4第十四章信号与系统概述第十四章信号与系统概述第一第一节信号的根本知信号的根本知识第二第二节信号的信号的传输第三第三节系系统与网与网络本章小本章小结第一节信号的根本知识第一节信号的根本知识一、信息一、信息二、信号二、信号 信信息息是是人人类对外外界界事事物物的的感感知知。如如人人们听听到到的的声声音音、看到的景象是信息，交流看到的景象是信息，交流电也是一种信息。也是一种信息。 一、信息一、信息信信号号是是信信息息的的表表现方方式式，信信号号可可以以是是声声音音、图像像、电压、电流流和和光光等等，如如交交通通讯号号灯灯。诸多多信信号号中中电信信号号是是最最便便于于储存存、处置置、传输和和再再现的的，因因此此是是运运用用最最广广泛泛的的。许多多非非电信信号号如如力、温度、声音、光等都可以力、温度、声音、光等都可以经过传感器感器变换成成电信号。信号。电信信号号以以信信号号频率率划划分分，分分为直直流流信信号号和和交交流流信信号号；以以信信号号参参数数的的形形状状划划分分，分分为模模拟信信号号和和数数字字信信号号；以以信信号号变化化的的规律律划划分分，分分为确确定定信信号号和和随随机机信信号号，以以及及周周期期信信号号和和非非周周期期信号。信号。 二、信号二、信号1直流信号和交流信号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极性随时间而而变化。化。许多信号的多信号的组成既有直流成分又有交流成既有直流成分又有交流成分。成分。图 14-1(a) 14-1(a) 所示的信号，所示的信号，实践就是由践就是由图 14-1(b) 14-1(b)所所示示 的直流信号和的直流信号和图 14-1(c) 14-1(c)所示的交流信号合成。所示的交流信号合成。 图图 14-1 14-1既有直流成分又有交流成分的信号既有直流成分又有交流成分的信号 2模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号 凡是数凡是数值和和时间上都是延上都是延续变化的信号，称化的信号，称为模模拟信号。信号。声音、声音、图像信号就是模像信号就是模拟信号。数字信号在数信号。数字信号在数值上和上和时间上上都是不延都是不延续变化的，具有离散且有限的形状，二化的，具有离散且有限的形状，二进制信号就制信号就是数字信号。是数字信号。图 14-2 14-2 示出了几种数字信号。示出了几种数字信号。 模模拟信信号号可可经过 A/D 转换变为数数字字信信号号，数数字字信信号号可可经过D/A转换变为模模拟信号。信号。图图 14-2 14-2数字信号数字信号 3确定信号和随机信号确定信号和随机信号信信号号可可用用一一个个自自变量量确确实定定的的函函数数来来表表示示，对于于任任何何指指定定时辰辰，都都有有一一个个确确定定的的值相相对应，这种种信信号号称称为确确定定信信号号，如如正弦信号。正弦信号。随随机机信信号号不不能能用用自自变量量的的一一个个确确定定的的函函数数来来表表示示，即即：对每一自每一自变量的取量的取值，其信号，其信号值是不确定的，如噪声干是不确定的，如噪声干扰信号。信号。4周期信号和非周期信号周期信号和非周期信号 一一定定的的时间间隔隔后后重重现一一样波波形形的的信信号号，称称为周周期期信信号号，如如图 14-3(a) 14-3(a) 所所示示，在在变化化的的时间内内，没没有有反反复复变化化的的规律律的的信信号号称称为非非周周期期信信号号，如如图 14-3(b) 14-3(b) 所示。所示。 图 14-3 14-3周期信号和非周期信号周期信号和非周期信号 第二节第二节 信号的传输信号的传输一、信道一、信道二、调制和解调二、调制和解调三、波长三、波长 信信道道是是信信号号传送送的的媒媒介介或或途途径径。如如现场的的声声音音信信号号是是经过空空气气传播播的的，工工频电信信号号是是经过导线传输的的，这里里的的空空气气和和导线就就是是信信道道。信信道道分分有有线信信道道和和无无线信信道道两两种种。有有线信信道道有有双双纹线，同同轴电缆，光光导纤维等等。无无线信信道道从从极极低低频不不断断到到微微波波波段。波段。一、信道一、信道 信号的信号的频率都很低，率都很低，为便于信号便于信号远距有效的距有效的传输，需求将，需求将信号信号进展一定的展一定的处置置 。调制是将所要制是将所要传送的送的电信号信号“搬移到搬移到高高频正弦波上去的正弦波上去的处置置过程。要程。要传送的信号称送的信号称为调制信号，如制信号，如图 14-4(a) 14-4(a) 所示。用于所示。用于调制的高制的高频正弦波称正弦波称为载波波, , 如如图 14- 14-4(b) 4(b) 所示。所示。调制后的信号称制后的信号称为已已调信号。相反的信号。相反的过程称程称为解解调，即从已即从已调信号中恢复出信号中恢复出调制信号来。制信号来。二、调制和解调二、调制和解调图图 14-4 14-4信号的调制信号的调制 常用的调制方法：常用的调制方法：(1)(1)调幅幅(AM)(AM)载波波信信号号的的幅幅度度随随调制制信信号号的的幅幅度度变化化而而变化化，如如图 14-4(c) 14-4(c)所示。所示。(2)(2)调频(FM)(FM)载波波信信号号的的频率率随随调制制信信号号的的幅幅度度变化化而而变化化，如如图 14-4(d) 14-4(d)所示。所示。 (3)(3)相相位位调制制(PM)(PM)载波波信信号号的的相相位位随随调制制信信号号的的幅幅度度变化化而而变化，如化，如图 14-4(e) 14-4(e)所示。所示。(4)(4)脉脉码调制制(PCM)(PCM)把把声声音音等等模模拟信信号号变换成成被被编码的的数数字字信号后信号后传输的的调制方法。制方法。 在在一一个个周周期期时间内内，已已调信信号号在在信信道道内内传播播的的间隔隔，叫叫波波长。用。用 表示。表示。 在在均均匀匀媒媒质中中，信信号号是是匀匀速速传播播的的，其其波波长等等于于信信号号在在信信道中的道中的传播速度与周期的乘播速度与周期的乘积，即，即三、波长三、波长第三节第三节 系统与网络系统与网络 一、通讯系统一、通讯系统二、通讯网二、通讯网 通通讯是将信息从是将信息从发信者信者传输给收信者。收信者。传输是利用通是利用通讯系系统完成。完成。 通通讯系系统是由是由发送送终端、端、发射机、接射机、接纳机、接机、接纳机机终端和端和信道五部分信道五部分组成，如成，如图 14-5 14-5 所示。所示。 一、通讯系统一、通讯系统图图 14-5 14-5通讯系统的组成框图通讯系统的组成框图 发送送终端端将将原原始始信信号号转换成成电信信号号，如如送送话器器把把声声音音变成成电号。号。发射射机机将将该信信号号进展展适适当当的的处置置，如如放放大大、调制制等等。无无线电发射射机机的的输出出端端接接高高频天天线，将将高高频电信信号号转换成成电磁磁波波向向空空间辐射。射。接接纳机机将将收收到到的的高高频信信号号进展展处置置，如如放放大大、滤波波和和解解调，恢复恢复为原来的原来的电信号。信号。接接纳终端将端将电信号复原成原始信号，如喇叭。信号复原成原始信号，如喇叭。图图 14-5 14-5通讯系统的组成框图通讯系统的组成框图 通通讯网网用用于于多多用用户的的相相互互衔接接，目目前前通通讯网网的的网网络构构造造主主要要有有图 14-6 14-6 所所示示的的四四种种方方式式，图中中标有有字字母母的的小小圆代代表表用用户终端端( (在网在网络中称中称为节点点) )，连线代表通代表通讯链路。路。 图图14-6 14-6 网络构造的方式网络构造的方式二、通讯网二、通讯网1 1网型网网型网 各各用用户户终终端端之之间间直直接接与与通通讯讯链链路路衔衔接接。优优点点是是接接续续质质量量高高，网网络络稳稳定定性性好好，但但需需求求通通讯讯链链路路多多，网网络络投投资资费用高。费用高。2 2星型网星型网 用用户终端端经过转接接中中心心进展展衔接接，这种种网网节省省通通讯链路路。但但需需求求转换设备，通通讯的的质量量和和可可靠靠性性会会遭遭到到一一定的影响。定的影响。3 3环型网环型网 用用户户终终端端经经过过中中继继器器连连入入网网内内，各各中中继继器器间间链链路路首首尾尾衔衔接接，信信息息单单相相沿沿环环路路逐逐点点传传送送。特特点点是是传传输输线线路路短短，安装易，诊断准确但可靠性较差。安装易，诊断准确但可靠性较差。 4 4总线型网型网 采采用用公公共共总线作作为传输介介质，结点点经过硬硬件件接接口口连向向总线，信信号号沿沿介介质进展展广广播播式式传送送。特特点点是是安安装装易易，可靠性高，但不易管理，缺点可靠性高，但不易管理，缺点诊断和隔离困断和隔离困难。 一一、信信号号经过信信道道进展展传输，表表达达信信息息。信信道道是是信信号号传送送的媒介或途径。信道分的媒介或途径。信道分为有有线信道和无信道和无线信道。信道。 二二、将将要要传输的的低低频信信号号加加载到到高高频载波波信信号号上上，以以便便于于信信号号的的传输。解解调是是将将原原信信号号从从已已调信信号号中中恢恢复复出出来来。常常用用的的调制制方方法法有有调幅幅(AM)(AM)、调频(FM)(FM)、相相位位调制制(PM)(PM)和和脉脉码调制制(PCM)(PCM)等。等。 三三、通通讯系系统是是由由发送送终端端、发射射机机、接接纳机机、接接纳机机终端端和和信信道道五五部部分分组成成的的，通通讯网网的的网网络构构造造的的主主要要有有网网型型网网、星型网、星型网、环型网和型网和总线型网四种方式。型网四种方式。本章小结本章小结