L1-信号与系统(绪论)
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信号与线性系统 Signals & Linear Systems
第一讲：绪论
1
Why to Stຫໍສະໝຸດ Baidudy？
• 从两个场景说起
• 如何读懂一个功率放大器的产品手册上给出的一些性能参数，如频率 响应特性曲线？为什么由数个简单的参数或曲线就能描述功放这样一 个系统？
• 设计一个满足给定性能要求的（数字）滤波器
4
什么是信号？
♦ 所谓信号是指带有信息的某种物理量，如
• 声学量 • 光学量 • 电、磁、力、温度、湿度、血压等等
♦ 信号可以用来描述范围极为广泛的一类物理现象 ♦ 信号在数学上可以表示为一个或多个变量的函数 ♦ 信号所包含的信息总是表现为某种变化形式的波形之中
5
“信号与系统”
…烽火戏诸侯…
6
“信号与系统”
数学表达式：时间函数(一维)、或二维函数 s(t) = sin(w0t)
图形表示： 信号波形 (由函数给出) 变换域描述：正交变换、频谱分析
时域波形
频域频谱
15
信号的分类
♦ 确定性信号：若信号被表示为一确定的时间函数，对于指定的
某一时刻，可确定一相应的函数值，这种信号称为确定性信号或 规则信号
♦ 随机信号：实际传输的信号往往具有未可预知的不确定性，这种
lim
T →∞
1 2T
T x(t) 2dt
−T
16
信号的分类
• 模拟信号：时间和幅值均为连续
抽 样
• 抽样信号：时间离散，幅值连续 量 化
xx((tt))
O
fx([nn) ]
• 数字信号：时间和幅值均为离散
fx([nn) ]
• 连续时间信号表示为： x(t)
• 离散时间信号表示为： x[n]
t
n
n
• 生物医学工程专业是理工与生物医学相结合的交叉学科，研 究工程原理在生物与医学领域的应用，界于电气信息类； 《信号与线性系统》是电气工程专业的主干和基础课程之一， 是从事通信及控制系统理论和工程技术研究之必备基础。
• 《信号与线性系统》分析思想的潜在的和实际的应用范围一 直在不断扩大，有助于对一些复杂的过程进行分析或综合。
由组合） • 考勤
• FTP : ftp://jfsun:BMEss@public.sjtu.edu.cn
– Lecture Notes: 课件(PDF) – Upload: 提交报告
• 答疑：文选楼510；XXXX • Tel (office): +86-21-6293 3291 • Email: sunjunfeng.sjtu@gmail.com
信号称为随机信号或不确定信号
♦ 能量有限信号： 信号总能量有限 ♦ 功率有限信号： 信号平均功率有限 ♦ 能量和功率都不是有限的信号
E∞ < ∞；P∞ = 0 P∞ < ∞；E∞ = ∞
信号能量：
∫ ∫ E∞
=
lim
T →∞
T −T
x(t) 2dt =
∞ x(t) 2dt
−∞
信号平均功率：
∫ P∞
=
脑电信号
Electroencephalography(EEG) 10 Hz timing signal
----http://en.wikipedia.org/wiki/EEG
10
脑磁图信号
Magnetoencephalography (MEG)
11
http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetoencephalography
… 手势& 旗语 …
7
现代通信系统
1873， F. B. Morse，点、划、 空组成的莫尔斯电码 1876， A. G. Bell，有线电话 1901，G. Marconi，无线通信
8
http://www.smar.com/en/hart.asp
神经信号与神经系统
EEG: ~ms; ~cm
fMRI: 1-4 s; 2-4 mm
心电信号
Electrocardiography (ECG)
12
http://en.wikipedia.org/wiki/ECG
肌电信号
Electromyography (EMG)
13
http://www.emg-eeg.com/emg/rutin-emg
信号与系统
♦ 信号与系统的概念出现在范围广泛的各种领域之中， 与这些概念有关的思想和方法在很多科学和技术领域 起着重要的作用，例如：
通信、声学、语音处理、航空与宇航、电路设计、地震 学、生物工程、能源产生与分配系统、化学过程控制
♦ 虽然在各个不同的领域中所出现的信号与系统的物理 性质各不相同，但全部具有两个基本的共同点：
♦ 信号包含相关物理现象的信息 ♦ 系统对给定的输入信号作出响应而产生输出信号，或
是产生某些所需要的特性
14
信号的描述
3
教学相关信息
• 48课时：上课（42）、习题课及复习（3-4）、小测验（1）、分组 讨论（2）、考试
• 平时作业和课堂讨论： 20%（双周课后交作业）、禁止抄作业 • 期中测验：10%，在9-11周期间进行 • 期末考试：70% • 课外大作业：分组完成一个project或文献阅读报告（5人一组，自
17
图片来自网络资料
信号的分类
• 周期信号： 就连续和离散分别表示为：
x(t) = x(t + T ) x[n] = x[n + N ]
• 非周期信号：信号不是周期的
• 。。。
2
教材及参考书目
• 教材： <信号与系统>（第二版）, Alan V. Oppenheim, Alan S. Willsky, S. Hamid Nawab，刘树棠译，电子工业出版社， 2009
• 参考书： <信号与系统>（第三版上下册）, 郑君里， 应启珩，杨 为理，高等教育出版社，2011 <信号与系统——Matlab综合实验>，谷源涛，应启珩， 郑君里，高等教育出版社，2008 <信号处理导论 (Introduction to Signal Processing)> (影印 版), S.J. Orfanidis, 清华大学出版社, 2003 （后续学习数 字信号处理）
9
(Nature Rev. Neurosci., 2:229, 2001)
delta waves (<4 Hz)
theta waves (4 – 8 Hz)
alpha waves (8 – 13 Hz)
beta waves (>13 – 30 Hz)
gamma waves (30 – 100+ Hz)
第一讲：绪论
1
Why to Stຫໍສະໝຸດ Baidudy？
• 从两个场景说起
• 如何读懂一个功率放大器的产品手册上给出的一些性能参数，如频率 响应特性曲线？为什么由数个简单的参数或曲线就能描述功放这样一 个系统？
• 设计一个满足给定性能要求的（数字）滤波器
4
什么是信号？
♦ 所谓信号是指带有信息的某种物理量，如
• 声学量 • 光学量 • 电、磁、力、温度、湿度、血压等等
♦ 信号可以用来描述范围极为广泛的一类物理现象 ♦ 信号在数学上可以表示为一个或多个变量的函数 ♦ 信号所包含的信息总是表现为某种变化形式的波形之中
5
“信号与系统”
…烽火戏诸侯…
6
“信号与系统”
数学表达式：时间函数(一维)、或二维函数 s(t) = sin(w0t)
图形表示： 信号波形 (由函数给出) 变换域描述：正交变换、频谱分析
时域波形
频域频谱
15
信号的分类
♦ 确定性信号：若信号被表示为一确定的时间函数，对于指定的
某一时刻，可确定一相应的函数值，这种信号称为确定性信号或 规则信号
♦ 随机信号：实际传输的信号往往具有未可预知的不确定性，这种
lim
T →∞
1 2T
T x(t) 2dt
−T
16
信号的分类
• 模拟信号：时间和幅值均为连续
抽 样
• 抽样信号：时间离散，幅值连续 量 化
xx((tt))
O
fx([nn) ]
• 数字信号：时间和幅值均为离散
fx([nn) ]
• 连续时间信号表示为： x(t)
• 离散时间信号表示为： x[n]
t
n
n
• 生物医学工程专业是理工与生物医学相结合的交叉学科，研 究工程原理在生物与医学领域的应用，界于电气信息类； 《信号与线性系统》是电气工程专业的主干和基础课程之一， 是从事通信及控制系统理论和工程技术研究之必备基础。
• 《信号与线性系统》分析思想的潜在的和实际的应用范围一 直在不断扩大，有助于对一些复杂的过程进行分析或综合。
由组合） • 考勤
• FTP : ftp://jfsun:BMEss@public.sjtu.edu.cn
– Lecture Notes: 课件(PDF) – Upload: 提交报告
• 答疑：文选楼510；XXXX • Tel (office): +86-21-6293 3291 • Email: sunjunfeng.sjtu@gmail.com
信号称为随机信号或不确定信号
♦ 能量有限信号： 信号总能量有限 ♦ 功率有限信号： 信号平均功率有限 ♦ 能量和功率都不是有限的信号
E∞ < ∞；P∞ = 0 P∞ < ∞；E∞ = ∞
信号能量：
∫ ∫ E∞
=
lim
T →∞
T −T
x(t) 2dt =
∞ x(t) 2dt
−∞
信号平均功率：
∫ P∞
=
脑电信号
Electroencephalography(EEG) 10 Hz timing signal
----http://en.wikipedia.org/wiki/EEG
10
脑磁图信号
Magnetoencephalography (MEG)
11
http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetoencephalography
… 手势& 旗语 …
7
现代通信系统
1873， F. B. Morse，点、划、 空组成的莫尔斯电码 1876， A. G. Bell，有线电话 1901，G. Marconi，无线通信
8
http://www.smar.com/en/hart.asp
神经信号与神经系统
EEG: ~ms; ~cm
fMRI: 1-4 s; 2-4 mm
心电信号
Electrocardiography (ECG)
12
http://en.wikipedia.org/wiki/ECG
肌电信号
Electromyography (EMG)
13
http://www.emg-eeg.com/emg/rutin-emg
信号与系统
♦ 信号与系统的概念出现在范围广泛的各种领域之中， 与这些概念有关的思想和方法在很多科学和技术领域 起着重要的作用，例如：
通信、声学、语音处理、航空与宇航、电路设计、地震 学、生物工程、能源产生与分配系统、化学过程控制
♦ 虽然在各个不同的领域中所出现的信号与系统的物理 性质各不相同，但全部具有两个基本的共同点：
♦ 信号包含相关物理现象的信息 ♦ 系统对给定的输入信号作出响应而产生输出信号，或
是产生某些所需要的特性
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信号的描述
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教学相关信息
• 48课时：上课（42）、习题课及复习（3-4）、小测验（1）、分组 讨论（2）、考试
• 平时作业和课堂讨论： 20%（双周课后交作业）、禁止抄作业 • 期中测验：10%，在9-11周期间进行 • 期末考试：70% • 课外大作业：分组完成一个project或文献阅读报告（5人一组，自
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图片来自网络资料
信号的分类
• 周期信号： 就连续和离散分别表示为：
x(t) = x(t + T ) x[n] = x[n + N ]
• 非周期信号：信号不是周期的
• 。。。
2
教材及参考书目
• 教材： <信号与系统>（第二版）, Alan V. Oppenheim, Alan S. Willsky, S. Hamid Nawab，刘树棠译，电子工业出版社， 2009
• 参考书： <信号与系统>（第三版上下册）, 郑君里， 应启珩，杨 为理，高等教育出版社，2011 <信号与系统——Matlab综合实验>，谷源涛，应启珩， 郑君里，高等教育出版社，2008 <信号处理导论 (Introduction to Signal Processing)> (影印 版), S.J. Orfanidis, 清华大学出版社, 2003 （后续学习数 字信号处理）
9
(Nature Rev. Neurosci., 2:229, 2001)
delta waves (<4 Hz)
theta waves (4 – 8 Hz)
alpha waves (8 – 13 Hz)
beta waves (>13 – 30 Hz)
gamma waves (30 – 100+ Hz)