信號與系統(tǒng)

一. 能量信號和功率信號

有兩個重要的概念: 能量信號和功率信號, 能量有限的信號即為能量信號, 其平均功率為零; 功率有限的信號即為能量信號, 其能量為無限大. 關(guān)于能量信號和功率信號的計(jì)算, 涉及一個很重要的定理, 即帕塞瓦(Parseval)定理, 在考研中經(jīng)常要考到, 是一個重要的知識點(diǎn). 簡單說, 信號的能量和功率的計(jì)算, 既可以在時間域(時域)中進(jìn)行, 也可以在頻率域(頻域)中進(jìn)行, 計(jì)算的結(jié)果是一樣的. 帕塞瓦定理的運(yùn)用提供了一些出考題的機(jī)會, 比如讓你計(jì)算一個積分, 其物理含義是在時域計(jì)算信號的能量, 但是計(jì)算很困難, 那么可以用帕塞瓦定理轉(zhuǎn)化為在頻域里面計(jì)算, 往往比較簡單. 但是, 有的考研題目出得并不好, 不用帕塞瓦定理, 直接用高等數(shù)學(xué)的知識就可以求解.

帕塞瓦定理的兩種形式

二. 信號的運(yùn)算

信號的運(yùn)算基本只涉及數(shù)學(xué)知識, 即函數(shù)的運(yùn)算, 但是也涉及一些重要的概念, 比如線性和調(diào)制等. 線性就是齊次性和可加性, 涉及到信號的相加; 把一個基帶信號和一個高頻正弦信號相乘, 就是一個調(diào)制過程, 實(shí)現(xiàn)了頻譜的搬移. 還有信號的展縮, 后面會把它和頻域的對應(yīng)關(guān)系聯(lián)系起來: 信號在時域伸展, 那么在頻域就壓縮, 反之亦然, 頻域和時域的展縮性剛好相反. 當(dāng)一個信號在時域?qū)挾葹榱銜r, 那么在頻域?qū)挾染褪菬o限的, 比如沖激信號. 信號的運(yùn)算中的畫圖是基本功, 數(shù)學(xué)學(xué)得好的中學(xué)生應(yīng)該都能畫圖.

三. (連續(xù))信號的導(dǎo)數(shù)和積分

高等數(shù)學(xué)里面的函數(shù)性質(zhì)一般是良好的, 可以連續(xù)求導(dǎo)和積分, 而本課程中引入的一些信號, 如沖激信號和階躍信號等, 性質(zhì)是很不好的, 但是我們?nèi)匀豢梢砸肭髮?dǎo)和求積的運(yùn)算, 往往會給一些計(jì)算帶來方便. 有時, 性質(zhì)最不好的信號, 卻具有最好的性質(zhì), 比如沖激信號δ(t)和任何信號做卷積運(yùn)算, 得到信號本身, 即

性質(zhì)最不好的信號δ(t), 在卷積中運(yùn)算中的地位, 居然和1在普通乘法中的地位一樣! 所以, 不要害怕這些所謂性質(zhì)不好的信號, 它們可能在其他方面的性質(zhì)是很好的!

信號的求導(dǎo)和積分, 在各種變換中都有對應(yīng)的性質(zhì), 比如用拉氏變換求解微分方程, 涉及信號的導(dǎo)數(shù)的拉氏變換.

四. (離散)信號的差分和迭分

這兩個運(yùn)算和連續(xù)信號的微分和積分是對應(yīng)的. 差分分前向差分和后向差分, 大多數(shù)教材采用后向差分的形式, 兩種差分形式本質(zhì)上是一樣的, 在具體計(jì)算上有一點(diǎn)差別, 以后在講到離散信號與系統(tǒng)的時域分析時, 我們可以從例子看出兩個差分的差別. 迭分就是一種求和.

五. 四個重要信號

在連續(xù)和離散系統(tǒng)中, 分別介紹了兩個重要的基本信號, 我們必須把它們的名稱分清: 連續(xù)系統(tǒng)中分別是階躍信號ε(t)和沖激信號δ(t), 離散系統(tǒng)中分別是階躍序列ε(k)和脈沖序列δ(k), 其中脈沖序列δ(k)在有的數(shù)字信號處理教材中稱為單位采樣序列. 常言說, 名不正則言不順, 我們要把各種不同的信號很清晰地表達(dá)出來, 以免混淆.