现代通信技术概论第一章第二节

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1.2.4 信号的衰耗与增益
信号在传输过程中若输出端功率小于输入端功 率，则称信号受到了衰耗（减）；若输出端功率 大于输入端功率，则称信号得到了增益，定义为：
d 10 lg( Pin ) Pout
dB （分贝）
例如，把10mW功率信号加到输入端并在输出 端测得功率5mW，得衰耗约为3dB。
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f(t)
O
O T/5
O
T/3
T/2
sin(2πft)
T
t
1/3sin(6πft) t
1/5sin(10πft) t
T/2
前3个波形的叠加
O
T
t
f1 O
3f1
5f1
频谱图 f
正弦信号谐波分量叠加逼近矩形波信号
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1.2.3 信号的带宽
把一个信号所包含谐波的最高频率fh与最低频率fl 之差，即该信号所拥有的频率范围，定义为该信号 的带宽。
பைடு நூலகம்
)=
A
0
(- +nT t nT + , n )
2
2
其它时间
U(t)
A
宽度τ t
-T
-τ/2
O τ/2
T
(b) 周期脉冲信号
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信号的时域特性
时域特性表达的是信号幅度和相位随时间变化 的规律，简称为幅时特性。
f(t) A
ψ
O
-A
sin(2πft+ψ)
T
(a) 周期正弦信号 U(t)
A
-T
-τ/2
1.2 信号与通信
通信系统传送的是消息，而消息只有附着在某 种物理形式的“载体”上才能够得以传送。这类 物理形式的“载体”，通常表现为电信号或光信 号的形式。
通信过程可以理解为变化的消息信号对“载体” 信号施加“影响”并让接收端能够“感知到”这 个影响，从而检测并获得消息。
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1.2.1 模拟信号与数字信号
1.2.5 噪声与失真
叠加在有用信号之上并对其产生有害影响的成 分，称为噪声。
经过传输后的信号，由于受到各种因素的影响 可能会发生畸变，称为信号失真。
未导致系统产生新的谐波频率的失真称为线性 失真，否则称为非线性失真。
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噪声叠加导致信号幅度失真
信号 噪声 信号叠 加噪声
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信号的分类方法有很多种，例如，按照信号的 形成机理分为光信号和电信号；按照形状分为正 弦波、方波、锯齿波等；按照幅度上的离散性分 为模拟信号与数字信号。
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模拟信号
幅度在某一范围内可以连续取值的信号，称为 模拟信号。典型的模拟信号如下：
U(t)
P(t)
t (a)时间和幅值都连续
t PAM信号 (b)时间离散但幅值仍连续
越小，可近似认为信号绝大部分能量都集中在第 一个过零点f=1/τ（x=π）左侧的频率范围内。
u(t)= A 2 A sin x cos 2t x
T
n1 T
x
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周期脉冲方波信号带宽分析
通常把第一个过零点左侧的频率范围称为有效 带宽：B=1/τ
重要结论：信号带宽与方波宽度成反比。即方 波越窄所占用的带宽就越宽。
例如，单一频率的正弦波带宽为0，而周期脉冲 方波带宽是最高次谐波与最低次谐波之差。
数字通信传输近似周期方波信号，因此分析其带 宽具有重要现实意义。
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周期脉冲方波信号频谱
an/a0
x=nπτ/T= nπτf
π
2π
O
x
(b)周期脉冲信号的频谱
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周期脉冲方波带宽分析
1）频谱是离散的 n次谐波分量的叠加，谱线间隔 为Ω；2）各次谐波分量正比于A和τ，反比于T，受 包络线 sinx/x的限制；3）当x→∞时，谱线摆动于 正负值之间0；4）随谐波次数的增高，幅度越来
周期正弦信号u(t)=A sin（2πft+ψ）是一种频率单 一、幅值固定的模拟信号，三个参量A、f、ψ常被 用作“携带”（载波）消息。
f(t) A
ψ
O
-A
sin(2πft+ψ) T
(a) 周期正弦信号
2T t
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周期脉冲信号
周期脉冲数字信号是一种幅度为A、周期为T、 宽度为τ的重复出现的矩形波。
u (t
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数字信号
幅度仅能够取有限个离散值的信号称为数字信 号。典型的数字信号如下：
1 1
O -1
0 (a)二进制数字信号
f(t)
01 2
00
1
t
t
O
-1
10
11
-2
(b)四进制数字信号
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1.2.2 信号的时域和频域特性
信号的时域特性和频域特性是分别从时间和频 率两个角度对同一个信号的描述。
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周期正弦信号
O
τ/2
(b) 周期脉冲信号
2T
t
宽度τ t
T
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信号的频域特性
信号的频域特性表达的是信号幅度和相位随频 率变化的规律。
F(f)
an/a0
A
0
f1
f
(a)周期正弦信号的频谱
π
2π
O
x
(b)周期脉冲信号的频谱
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周期脉冲信号的频谱分析
根据傅立叶级数理论，任意周期函数u(t)均可分 解为直流分量和无限多个正弦及余弦分量之和。