信号与系统第一章
(1)
5 cos(10πt ) f (t ) = 0
t≥0 t<0
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说明下列信号是周期信号？还是非周期信号？及是能量信号， 还是功率信号？计算它们的能量或平均功率。 (1)
∫ x (t )
t1
t2
2
dt
∑
n1
n2
x(n)
2
∫
t2
t1
p ( t ) dt
信号能量即为信号的平方值在该时间间隔上的积分。
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信号的平均功率
瞬时功率
p(t) = u(t)i(t) = u (t)
信号分类：周期，非周期
周期信号： 存在T，使得等式f(t+T)=f(t)对于任意时间t都成立。 非周期信号：无重复变化的信号。 有始周期信号：在t<0时为0，t>0满足周期性。
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如调制解调、全通系统等
第一章
绪论
重点内容：
１、信号的定义、分类及运算
２、系统的定义、分类及特性
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§1.1 引言 一、信息传输的任务 将带有信息的信号，通过某种系统，由 发送者传送给接收者。 二、通信系统的组成
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确定信 号 的分 类
连续时间信号
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 1 0 .8 0 .6 0 .4 0 .2 0 -0 . 2 -0 . 4 -0 . 6 -0 . 8 -1 0 2 4 6 8 10 12 14
1 R 2
平均功率
1 t 2 t1
∫
t2
t1
p (t ) dt =
1 1 t 2 t1 t R 1
∫
t2
u (t ) dt
2
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说明下列信号是周期信号？还是非周期信号？及是能量信号， 还是功率信号？计算它们的能量或平均功率。
x(n)可以描述自变量本来就是离散的现象，而大多数 情况下，它是连续信号经过采样后得到的离散序列。
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说明波形如图所示的各信号是连续信号还是离散信号 ?
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输出信号
输入信号
例如：电视 场景及声音→摄像机及话筒→高频发射机（调制器） →空间→接收机解调器→扬声器及显像器→观众
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§1.2 信号的概念
函数
信号是随着时间变化的某种物理量。 重点内容： １、如何描述信号？ 连续性 ２、信号的分类 周期性 能量观点 会判断信号的类型？
第八章 离散时间系统的频域分析
8学时
定义 z变换 收敛区 反变换 性质 双边z变换
离散系统频响、稳定性
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第十一章：状态变量分析法
4学时
由IO建立状态方程 状态方程的复频域解
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离散时间信号 记做x(k)、e(k)、f(k)、y(k) 记做x(n)、e(n)、f(n)、y(n)
数字信号
自变量取一组离散值，信号仅定义在离散时刻点上 n取整数。在两个整数值之间，没有定义。
5 cos(10πt ) f (t ) = 0
t≥0 t<0
t≥0 t<0
(2) (3) (4) (5)
8 e 4t f (t ) = 0
f (t ) = 5 sin 2πt + 10 sin 3πt
∞ <t < ∞ ∞ <t < ∞ ∞ <t < ∞
f (t ) = 20e
10 t
cos πt
信号分类：周期，非周期
例：确认信号x(t)=
cost t<0 sint t.>=0
是否是周期性的？
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信号分类：能量，功率
能量信号(energy signal) 信号总能量为有限值而信号平均功率为零 功率信号(power signal) 信号平均功率为有限值而信号总能量为无限大
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信号的描述 物理上： 信号是信息寄寓变化的形式 数学上： 信号是一个或多个变量的函数 形态上：信号表现为一种波形
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第七章 离散时间系统的时域分析
6学时
零输入响应（差分方程） 全响应 卷积和（零状态响应） 抽样定理
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f (t ) = cos 5πt + 2 cos 2π 2 t
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奇信号：满足等式f(t)=-f(-t)的信号。 偶信号：满足等式f(t)= f(-t)的信号。
对阻尼振荡的数学描述
y (k ) = e
0 .7 0 .6 0 .5 0 .4 0 .3 0 .2 0 .1 0 -0 . 1 -0 . 2 -0 . 3 0 2 4 6
3 k
sin( k )
8
1 0
1 2
1 4
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信号与线性系统
什么是信号？
什么是系统？
信号作用于系统产生什么响应？
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《信号与系统》教学内容
第一章 绪论 4学时
信号的定义、分类及运算 系统的定义、分类及特性 第二章 连续时间系统的时域分析 6学时
通信系统：一切信息的传输过程都可以看成通信， 一切完成信息传输任务的系统都是通信系统。
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消息源——>转换器———>发射机———>信 道 ———>接收机 ————>转换器————>消息用户
零输入响应（算子方程） 全响应 卷积积分（零状态响应）
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第三章 连续信号的正交分解 傅里叶级数 周期信号 频谱 帕塞瓦尔定律
8学时
傅里叶变换、性质 非周期信号 频谱 能量频谱
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第四章 连续时间系统的频域分析 周期信号 频域分析方法 非周期信号 佩利－维纳准则、调制与解调 无失真传输的条件
6学时
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第五章 连续时间系统的复频域分析
8学时
定义 拉普拉斯变换 双边拉普拉斯变换 收敛区 反变换 性质 系统模拟图
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第六章 连续时间系统的系统函数
6学时
时域特性 零极点 频响特性 稳定性 全通函数与最小相移
实信号：物理可实现的信号，在各时刻的函数值 均为实数。 复信号：实际上不能产生复信号，为了理论分析 的需要，常利用复信号。
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§1.3 信号的简单处理
将信号经过一定的数学运算转变为另一信号 重点内容 叠加、相乘、平移，反褶、尺度变换 熟练绘图 f(t) f(-2t+1)
信号的数学描述——表达式
y = A . cos( x + 0 . 5 )
1
周期= 2* pi 相位= 0.5 幅度= A
0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0 . 2 -0 . 4 -0 . 6 -0 . 8 -1 0 1 2 3 4 5 6 7
信号与系统复习课件全
(2) (b)计算零状态响应:
yzs [k ]
n
x[n]h[k
n]
u[k
]
3(
1 2
)
k
2( 1 ) k 3
u[k
]
n
u[n]
3(
1 2
)kn
2( 1 ) k n 3
u[k
-
n]
k n0
3(
1 2
)k
n
2( 1 ) k n 3
k 3(1 )kn k 2(1)kn
n0 2
CLTI系统数学模型——线性常系数微分方程，冲
激响应h(t);系统函数H(s);频率响应特性H( jw)
H (s) Yzs (s) X (s)
LT
h(t) H(s)
H ( j) H (s) |s j (系统稳定)
FT
h(t) H(j )
26
DLTI系统数学模型——线性常系数差分方程；冲
激响应h(n);系统函数H(z);频率响应特性H(ejw).
则
yzi[k ]
C1
(
1 2
)k
C2
(
1 )k 3
，k
0
代入初始条件,有:
y[1] 2C1 3C2 0
y[2] 4C1 9C2 1 C1 1/ 2, C2 1/ 3
则
yzi[k ]
1 2
(1)k 2
1 3
( 1 ) k ，k 3
0
= ( 1 )k1 (1)k1，k 0
2
3
17
n0 3
[ 3 3(1)k (1)k ]u[k] 23
完全响应: y[k] yzi[k] yzs[k]
[ 1 7 (1)k 4 (1)k ]u[k]
信号与系统
第一章信号与系统的基本概念一、信号的定义①广义地说，信号就是随时间和空间变化的某种物理量或物理现象.②在通信工程中，一般将语言、文字、图像、数据等统称为消息，在消息中包含着一定的信息③信号是消息的载体，是消息的表现形式，是通信的客观对象，而消息则是信号的内容④应当注意，信号与函数在概念的内涵与外延上是有区别的。
信号一般是时间变量t的函数，但函数并不一定都是信号，信号是实际的物理量或物理现象，而函数则可能只是一种抽象的数学定义。
二、信号的分类(1) 确定信号与随机信号。
按信号随时间变化的规律来分，信号可分为确定信号与随机信号。
实际传输的信号几乎都是随机信号。
因为若传输的是确定信号，则对接收者来说，就不可能由它得知任何新的信息，从而失去了传送消息的本意。
但是，在一定条件下，随机信号也会表现出某种确定性，例如在一个较长的时间内随时间变化的规律比较确定，即可近似地看成是确定信号。
随机信号是统计无线电理论研究的对象。
本书中只研究确定信号。
(2)连续时间信号与离散时间信号。
按自变量t取值的连续与否来分，信号有连续时间信号与离散时间信号之分，分别简称为连续信号与离散信号。
(3)周期信号与非周期信号。
设信号f(t)，t∈R，若存在一个常数T，使得f(t-nT)=f(t) n∈Z (1-1)则称f(t)是以T为周期的周期信号。
从此定义看出，周期信号有三个特点：1) 周期信号必须在时间上是无始无终的，即自变量时间t的定义域为t∈R。
2) 随时间变化的规律必须具有周期性，其周期为T。
3) 在各周期内信号的波形完全一样。
(4) 正弦信号与非正弦信号。
(5) 功率信号与能量信号。
三、信号的相关名词1. 有时限信号与无时限信号若在有限时间区间(t1＜t＜t2)内信号f(t)存在，而在此时间区间以外，信号f(t)=0，则此信号即为有时限信号，简称时限信号，否则即为无时限信号。
2. 有始信号与有终信号设t1为实常数。
若t＜t1时f(t)=0， t＞t1时f(t)≠0，则f(t)即为有始信号，其起始时刻为t1。
信号与系统
《信号与系统》第一章绪论（本章的重点在于系统的模型的分类）1 什么是阶跃信号？什么是冲激信号？它们之间有什么联系？答案：阶跃信号仅仅是用来形容用阶跃函数描述的信号。
积分关系，积分界限的确定（因果系统从0开始）系统在单位冲激作用下产生的零状态响应叫单位冲激响应。
系统在单位阶跃信号作用下产生的零状态响应叫阶跃响应2 解释下面的概念连续时间系统/离散时间系统即时系统/动态系统集总参数系统/分布参数系统线性系统/非线性系统时变系统/时不变系统可逆系统/不可逆系统叠加性与均匀性时不变特性因果性（重点，本章可考的就只有这些）答案：若系统的输入和输出都是连续时间信号，且其内部也未转换为离散时间信号，则称此系统为连续时间系统。
若系统输入和输出都是离散时间信号，则称为离散时间系统。
如果系统的输出信号只取决于同时刻的激励信号，与它过去的工作状态无关，则称次系统为即时系统。
若系统的输出信号不只取决于同时刻的激励信号，还与它过去的工作状态有关，这种系统为动态系统。
只有集中参数元件组成的系统叫集总参数系统，含有分布参数元件的系统叫分布参数系统。
具有叠加性和均匀性的系统称为线性系统，所谓叠加性指当几个激励信号同时作用与系统时，总的输出响应等于每个激励单独作用产生的响应之和。
均匀性指当输入信号乘以某常数时输出信号倍乘同样的常数。
如果系统参数不随时间变化称时不变系统。
如果系统在不同的激励下产生不同的响应，则称此系统为可逆系统。
因果系统指系统在T时刻只与T0=T和T0〈T时刻输入有关。
第二章连续时间系统的时域分析1 本章的重点在于卷积和卷积的性质2 可能问的问题1 什么是零输入相应？什么是零状态相应？什么是自由响应？什么是强迫响应？答案：换路后，电路中无独立的激励电源，仅由储能元件的初始储能维持的响应.也可以表述为,由储能元件的初始储能的作用在电路中产生的响应称为零输入响应通路后,电路中的储能元件无初始储能,仅由激励电源维持的响应.一定要是外部施加的激励产生。
《信号与系统》第一章知识要点+典型例题
y() 表示系统的输出。
1、线性系统与非线性系统 若系统满足下列线性性质： （1）可分解性 全响应 y () 可分解为零输入响应 y zi () 与零状态响应 y zs () 之和，即
y() y zi () y zs ()
（2）齐次性 零输入响应 y zi () 满足齐次性，零状态响应 y zs () 满足齐次性，即
( t ) 、 ( t ) 的重要性质
1
( t )dt 1 ，
t
( t )dt 0 ， ( t )dt ( t ) ( k ) (k )
f ( k ) ( k ) f (0) ( k ) f ( k ) ( k k 0 ) f ( k 0 ) ( k k 0 )
f ( t ) ( t a )dt f (a )
k
f ( k ) ( k ) f (0)
(at )
5
1 (t ) a
1 b (at b) ( t ) a a f ( t ) ( t ) f (0) ( t ) f (0) ( t ) f ( t ) ( t ) f (0) ( t ) f (0) ( t )
2
。
而对离散的正弦（或余弦）序列 sin( k ) [或 cos( k ) ]( 称为数字角频率，单位为 rad )， 只有当
2
为有理数时才是周期序列，其周期 N M
2
， M 取使 N 为整数的最小整数。
如对信号 cos(6 k ) ，由于
2
2 1 为有理数，因此它是周期序列，其周期 N 1 。 6 3
清华电子系山秀明《信号与系统》1
第一章：绪论§1.1 信号与系统（《信号与系统》第二版（郑君里）1.1）图1-1消息（Message）：信源的输出+语义学上的理解。
信号（Signal）：Information Vector（Signum），它携带或蕴含或本身即为信息。
信息（Information）：消息，内容，情报（牛津英文词典）。
语用层次上的信息：效用信息 语义层次上的信息：含义语法层次上的信息：形式（狭义信息——Shannon信息论）系统（System）：由若干个相互作用的物理对象和物理条件（统称为系统元件）组成的具有特定功能的整体。
本课程要解决的两个问题：信号表示（分析）：把信号分解成它的各个组成分量或成分的概念、理论和方法，即用简单表示复杂。
信号通过系统的响应：9系统分析：在给定系统的条件下，研究系统对于输入激励信号所产生的输出响应。
9系统综合：按某种需要规定出系统对于给定激励的响应，并根据此要求设计系统。
§1.2 信号分类与典型确定性信号（《信号与系统》第二版（郑君里）1.2，1.4） 确定性信号：由确定系统产生、具有确定参数、按确定方式变化的信号。
随机信号：具有不可预知的不确定性的信号。
非确定性信号模糊信号：（例：高矮，胖瘦）。
周期信号：f(t) = f(t + nT)，n ∈Z非周期信号：f(t)≠f(t + nT)，∀ n ∈Z伪随机信号：具有周期性的随机信号。
周期无穷大则为随机信号。
连续时间信号：在所讨论的时间区域内任意时间点上都有定义（给出确定但可能不唯一的信号取值）的信号。
模拟信号：时间和取值都连续的信号。
阶梯信号：时间连续、取值离散的信号。
离散时间信号：只在某些不连续的时间点或区间上有定义（给出信号取值）的信号。
抽样信号：幅值具有无限精度的离散时间信号。
数字信号：幅值具有有限精度的离散时间信号。
图1-2典型确定性信号： 指数信号：()t f t K e α=⋅（1-1）其中，K 、α为实数。
信号与线性系统分析第一章
相关是描述两个信号相似程度 的一种度量，包括自相关和互 相关。自相关描述信号自身在 不同时刻的相似程度，互相关 描述两个不同信号之间的相似 程度。
卷积与相关在数学表达式上具 有相似性，但物理意义不同。 卷积表示系统对输入信号的响 应，而相关表示信号之间的相 似程度。
03 信号的频域分析
信号的频谱
05 信号通过线性系统的分析
信号通过线性系统的时域分析
信号的时域表示
信号在时域中表示为时间的函数，描述了信号随时间的变换，输出信号是输入信号的加权和。
卷积积分
线性时不变系统对输入信号的响应可以通过卷积积分来计算，即输 出信号等于系统冲激响应与输入信号的卷积。
失真与噪声的抑制
为了减小失真和噪声对信号的 影响，可以采取一系列措施，
如滤波、放大、调制等。
06 信号与线性系统分析方法 总结
时域分析方法总结
时域波形分析
直接观察信号的时域波形，了解信号的基本特征 和变化规律。
相关函数分析
通过计算信号的自相关函数和互相关函数，研究 信号的时域特性和不同信号之间的相关性。
根据信号的性质和特征，信号可以分 为连续时间信号和离散时间信号、周 期信号和非周期信号、能量信号和功 率信号等。
系统的定义与分类
系统的定义
系统是由相互关联和相互作用的元素组成的集合，它能够对输入信号进行变换 和处理，产生输出信号。
系统的分类
根据系统的性质和特征，系统可以分为线性系统和非线性系统、时不变系统和 时变系统、因果系统和非因果系统等。
快速变化部分。
信号的相乘与相加
03
相乘可实现信号的调制，相加可实现信号的合成。
信号的卷积与相关
卷积的定义与性质
信号与系统的概念
f
[
n N
],
0，
n为N整倍数 其它
1.4 信号的基本运算 1.4.1 两信号相加
两信号相加，是指两信号对应时刻的信号值（函数 值）相加，得到一个新的信号。
f (t) f1(t) f2 (t) 或 f [n] f1[n] f2[n] (1.4.1)
f1(t) 1
1
0
1
t
(a) 信号f1(t)波形
(1.2.5)
可以看出，复信号是由两个实信号a(t )和 (t )构成的， 当然也可看成是由两个实信号 和i(t) 构q(成t) 的，且
i(t) a(t) cos((t)) q(t) a(t)sin((t))
或
a(t) i2(t) q2(t) tan[(t)] q(t)
i(t)
1.2.4 周期信号与非周期信号
t
(a) 信号 f (t)的波形
0 1/ 2 1
t
(b) 信号 f (2t)的波形
0
1
2
3
4
t
(c) 信号 f (1 t)的波形 2
图1.3.3 信号 f (t)及其尺度变换
2. 离散时间信号的展宽和压缩
设离散时间信号 f [n] 的波形如图1.3.4(a)所示， 其时间展宽 倍的N情况可表示为
f1[n]
抽样信号（函数）
Sa(t) sin(t) t
抽样信号是信号处理中的一个重要信
号，在t 0时，函数取得最大值1，
而在t k 时（为非零整数），函数
Sa(t)
值为0，如图1.2.5所示。
1
(1.2.3)
4 3 2
0
2 3 4
t
图1.2.5
信号与系统引论第一章
单边指数信号
第一章 绪论
（二） 正弦信号 正弦信号也包括余弦信号， 因为两者只在
相位上相差π/2 ， 一般正弦信号表示为
f(t)=Ksin(ωt+θ)
其中， K是振幅、 ω是角频率、 θ是初相位。
1 T f 2
周期
第一章 绪论
正弦信号
第一章 绪论
实际工作中通常遇到的是衰减正弦信 号， 即包络按指数规率变化的振荡信号。
ke at sin t f (t ) 0 t 0 t0
第一章 绪论
单边衰减振荡信号
第一章 绪论
（三） 复指数信号
f(t)=Kest 其中, s=σ+jω为复数， σ为实部系数， ω为虚部系数。 借用欧拉公式： Kest=Ke(σ+jω)t=Keσt e jωt=Keσt (cosωt+j sinωt )
第一章 绪论
三、常用连续信号
（一） 指数信号
实指数信号如图所示， 其函数表达式为
f(t)=Keat
第一章 绪论
指数信号
第一章 绪论
式中， a>0时, f(t)随时间增长;
a<0时, f(t)随时间衰减; a=0时, f(t)不变。 常数k表示t=0时的初始值;|a|的大小 反映信号随时间增、 减的速率。 通常还定义时间常数τ=1/|a|， τ越小， 指数函数增
第一章 绪论
第一章 绪
1.1 信号与系统
论
1.2 信号的描述、分类和典型示例 1.3 信号的运算 1.4 阶跃信号与冲激信号 1.5 信号的分解
1.6 系统模型及其分类
1.7 线性时不变系统 1.8 系统分析方法
第一章 绪论
信号与系统郑君里第一章绪论资料
1.信号的反折
反折 (3)反折：f4 (t) f5 (t) f4 (-t)
以t ~ f（t）的纵坐标f (t )为轴反转所有函数值 （如倒转磁带来播放）
f4(t)
1
1
f5(t)
-1
0 -1
1
t
-1
0 -1
1
t
时间轴反转
2. 信号的移位
移位 (4)移位：f5 (t) f6 (t) f5 (t t 0 )
本课的主要参考书
1、教材：信号与系统 郑君里 杨为理 应启珩编 2、信号与系统 Signals & Systems ALAN V.OPPENHEIM ALANS. WILLSKY 清华大学出版社（英文影印版） （中译本）刘树棠 西安交通大学出版社 3、信号与系统例题分析及习题 乐正友 杨为理 应启珩编 4、信号与系统习题集 西北工业大学
at
1 , a
（对时间的微、积分仍是指数）
a 0 信号将随时间而增长
a0
K
f (t )
a0 a0
t
a 0 信号将随时间而衰减； a 0 信号不随时间而变化，为直流信号
0
: 指数信号的时间常数， 越大，指数信号增长或衰减的
速率越慢。
K为振幅
w为角频率
为初相角
（2）正弦信号：f
t
1 如正弦函数sint与门函数g (t ) 0
确定信号，周期信号
t t
2
2
本课程着重讨论确定信号（周期与非周期）分析。
除若干不连续点外，对于任意时刻t定义了 函数值（时间和幅值均连续—模拟信号）； （3）连续与离散时间 仅在某些不连续的规定瞬时定义了函数值 （幅值连续—抽样信号，均否—数字信号）
信号与系统第一章
62
第1章 信号与系统的基本概念
1.14 设某地区人口的正常出生率和死亡率分别为α和β， 第k年从外地迁入的人口为f(k)。若令该地区第k年的人口为y(k)， 写出y(k)的差分方程。 解 设第(k－1)年的总人口数为y(k－1),经一年后净增人口 数为(α－β)y(k－1), 第k年迁入的人口数为f(k), 故第k年的总
利润回报率稳定在β%。试建立预测若干年后该经济开发区拥
有的资金总额的数学模型。
64
第1章 信号与系统的基本概念
解 设k年后开发区拥有资金总额为y(k), 第k年投入资金 为f(k)。按题意，第(k－1)年投入资金f(k－1)在第k年度增长为
(1+α)f(k－1), 而资金y(k－2)在第k年度增长为(1+β)y(k－2)。因
人口数为上述三部分之和，即
y(k)=y(k－1)+(α－β)y(k－1)+f(k)
整理得
y(k)-(1+α－β)y(k－1)=f(k)
这是一个一阶差分方程。
63
第1章 信号与系统的基本概念
1.15 某经济开发区计划每年投入一定资金，设这批资金 在投入后第二年度的利润回报率为α%，第三年度开始年度的
号。因sint的周期T1=2π s, sin2t的周期T2=π s，且T1/T2=2为有 cosπt的周期T2=2 s, 且T1/T2=π/2 理数, 故f1(t)是周期信号,它的周期为2π s。 (2) 因sin2t的周期T1=π s, 为无理数， 故f2(t)是非周期信号。
(3) 因cost的周期为T1=2π s,
(10) x(t+1) ·y(t－1)。
15
第1章 信号与系统的基本概念