电信信号系统大纲2014

《信号与系统》课程教学大纲2007年制订2014年修订课程代码：0621206课程名称：信号与系统/SignalsandSystems课程类别：专业基础课开设学期:第4学期开课单位：电子信息与电气工程学院电子信息工程系开课对象：电子信息科学与技术专业先修课程：《高等数学》，《电路原理》，《模拟电路》课时：72学时，其中讲授54学时，实验18学时参考教材：《信号与系统》（第二版），张小虹，西安.西安电子科技大学出版社，2008年参考书：《信号与线性系统分析》第四版，吴大正著，北京，高等教育出版社，2005年课程概述：本课程是电子信息类和通信专业的一门主要专业基础课。通过本课程的学习，要求学生牢固掌握信号与系统的基本概念和理论；牢固掌握确定性信号经过LTI系统传输与处理的基本分析方法，包括连续系统与离散系统的时域分析、连续系统的频域分析、连续系统的复频域分析和离散系统的z域分析等；了解上述各种分析方法相互间的联系及其具体应用；初步具备应用信号与系统的观点和方法处理实际问题的能力，为进一步学习后续课程和今后参加工作奠定坚实的基础。零输入响应与零状态响应；冲激响应与阶跃响应的求解；卷积的性质及其计算技巧；零输入响应与零状态响应、冲激响应与阶跃响应的求解；卷积和的性质及其计算技巧；常用函数的Z变换、Z变换的基本性质以及Z反变换的计算方法等。教学要求：通过本课程的教学，要求学生：1．对线性时不变系统的分析方法有较全面而系统的了解。2．掌握时域及变换域中线性时不变系统的数学模型及各模型之间的关系。3．掌握信号的时域和频域表示方法，并理解信号频谱的物理含义。4．掌握连续、离散线性时不变系统时域及变换域的求解方法。5．了解信号与系统的分析方法在通信及控制方面的应用。6．通过MATLAB仿真使学生对信号与系统有更深入的了解。教学重点和教学难点第一章重点难点：1、典型信号特征及系统性质、信号的运算与分解2、系统线性、时不变和因果性的分析第二章重点难点：1、掌握零输入响应和零状态响应的定义及计算方法；2、掌握利用卷积积分定义及图解法求系统零状态响应及卷积积分的性质第三章重点难点：1、周期信号的傅里叶级数；2、傅里叶变换的基本性质及各种信号的傅里叶变换3、信号的时域采样定理，信号的频域采样定理第四章重点难点：1、拉普拉斯变换的定义及性质。2、电路的S域网络模型及其响应。第五章重点难点：1、典型的离散序列2、LTI离散系统的数学模型，离散系统时域响应的求解第六章重点难点：1、LTI离散系统的Z域分析和系统函数定义2、系统的Z域框图3、系统函数与系统稳定性的关系学时分配：章节主要内容各教学环节学时分配备注讲授实验讨论习题课外其它小计第一章绪论516第二章连续时间系统的时域分析628第三章连续时间系统的频域表示与分析10212第四章连续时间系统的复频域表示与分析10212第五章离散时间系统的时域表示与分析516第六章Z变换与离散系统频域分析8210各章教学要求及教学要点第一章绪论学时：6学时教学要求：（一）信号与系统概述1.了解信号与系统、信号的描述、分类和典型示例。2.理解阶跃信号与冲击信号；单位冲激信号。3.理解信号的分类（二）信号的运算1.掌握信号的移位、反折与尺度变换、信号的微分与积分。2.理解两信号的相加或相乘运算。（三）系统分类及其响应1.理解信号的分解。2.了解系统模型及其分类。3.理解系统的线性；时变性，因果性。教学内容：一、信号与系统概述二、信号的运算三、系统分类及其响应第二章连续时间系统的时域分析学时：8学时教学要求：（一）LTI系统的响应1.理解微分方程的建立与求解；2.理解时域中系统的零输入响应与零状态响应3.理解冲激响应与阶跃响应的概念和求解（二）卷积积分1.理解卷积；掌握简单卷积的运算，2.理解卷积的性质：卷积代数；卷积的微分与积分；与冲激函数或阶跃函数的卷积。3.理解用算子符号表示微分方程，算子符号的基本规则，用算子符号建立算子方程。（三）LTI因果系统的全响应1.应用卷积积分法求解系统零状态响应，进而求解系统全响应。2.应用算子方程求解系统全响应。教学内容：一、LTI系统的响应二、卷积三、LTI因果系统的全响应第三章连续时间系统的频域分析学时：12学时教学要求：（一）周期信号的傅里叶级数分析1．理解周期信号的傅立叶级数表示，三角函数形式的傅立叶级数；指数形式的傅立叶级数。2.了解典型周期信号傅立叶级数；周期矩形脉冲信号、周期锯齿脉冲信号、周期三角脉冲信号、周期半波余弦信号、周期全波余弦信号的的傅立叶级数。3.掌握周期信号的频谱及其特点（二）傅里叶变换1．理解傅里叶变换和逆变换的定义。2.掌握常见信号傅立叶变换。冲激函数，阶跃函数，单边指数信号，双边指数信号，符号函数和门函数等。3.掌握傅立叶变换的基本性质和应用。（三）LTI系统的频率响应1．掌握系统频率响应函数。2.掌握在频率分析法去求解时域系统的零状态响应3.掌握无失真传输系统的条件。（四）抽样定理1.了解时域抽样定理的原理。2.掌握抽样定理的内容，奈奎斯特频率。3.了解内插法、理想低通滤波器恢复原采样信号。教学内容：一、周期信号的傅里叶级数分析二、傅里叶变换三、LTI系统的频率响应四、抽样定理第四章连续时间系统的复频域表示与分析学时：12学时教学要求：（一）拉普拉斯变换1．理解拉普拉斯变换的定义、收敛域；了解一些常用函数的拉普拉斯变换。2．掌握常见信号的拉普拉斯变换（二）拉普拉斯变换性质与定理1.掌握常用基本性质。2.拉普拉斯反变换，了解幂级数展开法；掌握使用部分分式法求解拉斯反变换。（三）LTI系统的拉普拉斯变换分析法1.掌握系统函数的定义和求解方法2.掌握LTI系统的复频域分析方法3.用拉普拉斯变换分析电路、S域元件模型4.系统函数零、极点分布决定时域特性（四）连续时间系统的模拟框图及信号流图1．掌握连续时间系统的直接型卡尔曼框图；2．掌握连续时间系统的直接型信号框图3．掌握系统的连接方式：直接型；级联型；并联型。（五）LTI连续系统的稳定性1．理解线性系统的稳定性；双边拉斯变换；拉普拉斯变换与傅立叶变换的关系2．掌握系统稳定的判定方法；因果系统的判定；由系统函数判定系统的稳定性；3.了解H(s)零、极点分布与h(t)波形特征的对应；H(s)、E(s)极点分布与自由响应、强迫响应特征的对应；；系统函数零、极点的分布决定频响特性。教学内容：一、拉普拉斯变换二、拉普拉斯变换性质与定理三、LTI系统的拉普拉斯变换分析法四、连续时间系统的模拟框图及信号流图五、LTI连续系统的稳定性第五章离散时间系统的时域分析学时：6学时教学要求：（一）离散序列与基本运算，数学模型1．离散时间信号表示；离散时间系统的数学模型；2.离散时间信号的基本运算3.常见的离散信号的表示：单位样值信号、单位阶跃序列、矩形序列、斜变序列、指数序列、正弦序列、复指数序列等。（二）离散时间系统的零输入，零状态响应1.离散时间系统的数学模型，常系数线性差分方程的求解方法2.离散系统的零输入响应求解3.离散系统的零状态响应求解（三）离散卷积和；系统全响应1.离散时间系统的单位样值响应。2.卷积的定义和性质3.利用离散卷积和求解离散时间系统的零状态响应，进而求解全响应。教学内容：一、离散序列二、离散时间系统的零输入，零状态响应三、离散卷积和；系统全响应第六章Z变换、离散时间系统的Z域分析学时：10学时教学要求：（一）Z变换的定义及其收敛域1.掌握Z变换的定义；Z变换的收敛域:有限长序列收敛域、右边序列收敛域、左边序列收敛域、双边序列收敛域。2.典型序列的Z变换:单位样值函数、单位阶跃序列、斜变序列、指数序列、正弦与余弦序列的Z变换。（二）Z变换的性质与定理1.掌握Z变换的基本性质。2.逆Z变换:掌握部分分式展开法。（三）离散系统的复频域分析，系统函数1.离散系统的系统函数；离散时间系统的频率响应特性。2.Z平面与S平面的映射关系；Z变换与拉普拉斯变换表达式之对应关系；Z变换解差分方程。3.利用Z变换解差分方程、以及Z变换在LTI离散系统的时域响应、频率特性及稳定性分析中的应用等。（四）离散系统的模拟与信号流图1.掌握离散时间系统的直接型卡尔曼框图2.掌握离散时间系统的直接型信号框图3.掌握离散系统的连接方式：直接型；级联型；并联型教学内容：一、Z变换的定义、收敛域二、Z变换的性质与定理三、离散系统的复频域分析，系统函数四、离散系统的模拟与信号流图课程考核方式1.考核方式：理论考核2.成绩构成：平时成绩10%+实验成绩20%+期末理论考核70%制订部门：电子信息与电气工程学院执笔：李亚文2014年2月审阅：李英2015年3月审批：2015年3月×××年×月信号与系统实验教学大纲一、本课程实验及教学目的与要求《信号与系统》课程的内容比较抽象，实验是为了加深对一些基本概念的理解和掌握的重要手段。通过信号与系统实验部分的教学，使学生进一步巩固和加深理解理论知识，掌握一些较综合、较先进的实验方法和技能；使学生从系统观点，综合运用已学知识，理论联系实际，提高学生分析问题、解决问题、实际动手的能力，培养严谨、实事求是的科学态度。既为后续课程的学习，也为学生今后的学习和工程技术、科学研究工作奠定良好的基础。二、基本设备与器材配置本课程的实验主要是仿真实验，因此需要安装MATLAB的电脑即可。三、实验项目与主要内容序号实验项目名称学时主要内容实验类型每组人数1MATLAB简介及基本应用2熟悉MATLAB窗口及运行环境，掌握常用的菜单命令等基础2信号的时域表示和运算2利用MATLAB实现信号的时域表示以及图形表示基础4时域信号采样和恢复2用MATLAB对正弦信号采样，或者使用硬件电路进行采样，双踪示波器观察采样和恢复信号基础5连续时域信号的频谱分析2学习用MATLAB求解Fourier变换，分析信号的频谱性质基础6连续时域信号的复频域分析4借助matlab软件对连续时域系统进行进行时域分析，引入拉普拉斯变换后分析系统特性，及其零极点分布情况。综合8离散信号的频域分析2学习使用MATLAB分析离散系统的时域响应，通过绘制离散的零极点图，分析系统的因果稳定性基础9语音信号的4使用离散语音信号的特点，对于采样取得设计合成实验*的语音信号进行合成，并分析其频谱性质备注：实验类型指：基础实验、创新演示性实验、综合性实验、设计性实验四、实验说明课程总学分0.5实验学时数（学时）18实验项目数（个）7课程类别通识教育专业基础专业集中实践环节课程性质必修课选修课任选课方向实验类别日常考核操作技能考核卷面考核提交实验结果面试考核方式考查适用专业：电子信息科学与技术实验教材及参考书：《信号与系统》自编讲义制订部门：物理与电子信息工程系执笔：李亚文2014年2月审阅：李英2015年3月审批：2015年3月×××年×月