Signals and Systems
课程编号：0500170
学 时：72 学分：4.5
课程性质：必修
课程对象：通信工程、电子工程、电子科学与技术本科专业
内容概要：主要讨论连续时间和离散时间确定信号的特性、线性时不变系统的特性、信号通过线性时不变系统的时域分析方法和以频域分析为核心内容的变换域分析方法。
建议选用教材：（1）《信号分析与处理》（第二版），芮坤生等编，高等教育出版社，2006年
（2）《Signals & Systems》（Second Edition）（影印版），Alan V. Oppenheim， 清华大学出版社，1999年
主要参考书：《信号与系统》（第二版），郑均里等编，高等教育出版社，2006年
《信号与系统》教学大纲
教学大纲说明
一、 课程的目的与任务
本课程是电子信息与电气类专业本科生的一门重要的专业基础课程。它主要讨论信号、线性非时变系统的分析方法。通过本课程的学习，学生可以掌握信号和系统的基本概念和基本分析方法，为后续课程的学习及今后的科学研究与工程实践打下良好的理论基础。
二、 课程的基本要求
本课程的基本要求参照电子信息与电气类专业《高等工业学校 信号与系统课程教学基本要求》2004年修改稿，该稿所提的基本要求是面向全国所有高校电子信息与电气类本科专业《信号与系统》课程教学制定的。本大纲结合培养目标、授课对象和我校通信工程专业所开设课程的知识结构等方面的特点，增加如下基本要求：
（1）熟练掌握信号的频谱分析，了解典型调制与解调过程对信号频谱所产生的影响。
（2）了解信号的相关分析及其在通信中的应用。
（3）了解信号正交分解的概念。
（4）了解希尔伯特变换的定义及在通信中的应用。
（5）了解DFT、FFT、数字滤波器的基本概念。
（6）了解MATLAB中fir等数字滤波器函数的调用方法。
三、 与其他课程的联系与分工
本课程的先修课程是《高等数学》、《复变函数》、《线性代数》、《概率论和随机过程》和《电路分析基础》。对先修数学课程的要求如下：
（1）本课程的时域分析法要求学生在《高等数学》课程中已掌握高阶线性常系数微分方程的求解；本课程的频域分析法要求学生在《高等数学》的课程教学中已掌握傅里叶级数。
（2）本课程的变换域分析法要求学生已掌握复变量函数的基本概念。
（3）本课程的状态变量分析法要求学生在《线性代数》课程中已掌握矩阵及其运算的基本概念和方法。
（4）本大纲增补基本要求中的相关分析要求学生在《概率论和随机过程》课程中已建立随机过程及其数字特征的基本概念。
本课程与《电路分析基础》的分工：
拉普拉斯变换及在电路分析中的应用在《信号与系统课程》中讲授，其中用1学时左右的时间讲解如何建立电路的s域模型。学生在《电路分析基础》中必须熟练掌握由电路建立方程及电路求解的基本方法。
本课程与《数字信号处理I》的分工：
为使学生对离散时间信号和系统的分析有较为完整的概念，也为《数字信号处理I》课程打下更好的基础，本课程将引出DFT的概念并强调它和DTFT的联系和区别；简单介绍FFT、数字滤波器的基本概念。DFT、圆周卷积和数字滤波器的详细讨论将留给《数字信号处理I》课程。
四、 学时分配
章 次
内 容
总学时数
课堂讲课学时数
实验时数
1
信号与系统（含连续和离散）
6
6
8
2
线性时不变系统的的时域分析（含连续和离散）
9
9
3
连续时间信号与系统的傅里叶分析
15
15
* 信号的正交分解、连续时间相关分析和希尔伯特变换
6
6
4
离散时间信号与系统的傅里叶分析
12
12
* 离散时间相关分析
2
2
5
通信系统
4
4
6
拉普拉斯变换和z变换
12
12
7
状态方程的建立与变换域求解
4
4
8
数字滤波器简介
2
2
总学时数
72+8
72
8
注：若不含* 号部分的内容，则授课学时为64。
五、 本课程的性质及适应对象
本课程是电子信息与电气类专业本科生的一门重要的专业基础课程，适应对象为本科通信工程专业学生，同时也适用于电子工程、电子科学与技术等专业本科学生。
教学大纲内容
第一章 信号与系统
信号与系统的基本概念；连续时间与离散时间典型信号；
第二章 线性时不变系统的时域分析
线性时不变（LTI）系统分析的基本思想及信号的冲激函数表示；卷积和的计算及离散LTI系统响应的卷积和求解；卷积积分的计算及连续LTI系统响应的卷积积分求解；利用微分方程的经典解法求连续系统的零状态、零输入及完全响应；利用差分方程的经典解法求离散系统的零状态、零输入及完全响应；
第三章 连续时间信号与系统的傅里叶分析
周期信号的傅里分析；非周期信号的傅里分析；典型信号的傅里叶变换；傅里叶正逆变换的性质及在频谱分析中的应用；LTI系统的频域分析；信号频谱概念和系统频率响应概念的建立和深入理解；滤波器概念的建立；采样分析及采样定理；
信号正交分解的概念、相关的定义和相关定理、希尔伯特变换的定义，及正交、相关和希尔伯特变换在通信中的应用举例。
第四章 离散时间信号与系统的傅里叶分析
周期序列的傅里分析；非周期序列的傅里分析；基本离散信号的频谱分析；离散时间序列傅里叶正逆变换的性质及在频谱分析中的应用；离散LTI系统的频域分析；离散时间系统频率响应和连续时间系统频率响应的关系；DFT和FFT；
离散时间相关函数的概念和应用举例。
第五章 通信系统
信号和系统分析在通信中的应用，典型调制和解调过程的频谱分析举例。
第六章 拉普拉斯变换和z变换
拉普拉斯变换及其性质；常用信号的拉普拉斯变换；用部分分式展开法求拉普拉斯逆变换；s域求解微分方程、求解系统（电路）的响应；系统函数和系统特性。
Z变换及其性质；常用信号的z变换；用部分分式展开法求z逆变换；z域求解差分方程、求解系统的响应；系统函数和系统特性。
连续时间系统和离散时间系统流图表示。
第七章 状态方程的建立与变换域求解
状态方程分析法的基本思想和特点；根据电路建立连续时间系统状态方程；根据系统框图建立离散时间系统状态方程；连续时间状态方程的s域求解；离散时间状态方程的z域求解；
第八章 数字滤波器简介
模拟滤波器设计的基本方法及实现的基本思想；数字滤波器设计的基本方法及实现的基本思想。
《信号与系统》课程实验大纲
课程名称：信号与系统
英文名称：SIGNALS AND SYSTEMS
课程编号：0500170
一、 实验的地位、作用与目的
《信号与系统》是一门理论性较强的课程；但它同时又具有一定的实践性。在离散时间信号的分析与处理及MATLAB获得广泛的应用后，《信号与系统》实验课程的重要性更加突出，也具有了良好的实验平台。通过本课程实验达到加深对所学内容的理解、加强理论联系实际的目的。
二、 实验基本要求
（1）在未单独开设MATLAB课程的情况下，初步熟悉MATLAB的环境、MATLAB编程方法及若干常用的函数。
（2）加深对所学内容的理解，掌握MATLAB中信号的表示、波形的绘制、信号频谱和系统频率响应的曲线的绘制、信号处理的基本思想、数字滤波器的设计。
（3）加强理论联系实际的实践
三、 实验原理及课程简介
《信号与系统》主要讨论连续时间和离散时间确定信号的特性、线性时不变系统的特性、信号通过线性时不变系统的时域分析方法和以频域分析为核心内容的变换域分析方法。它既具有较强理论性、又具有一定实践性。本课程的实验将以MATLAB为平台，观察或研究信号的时域表示、信号与系统的频域特性、响应的求解、回声的消除及调制与解调的实现。
四、 主要设备及器材配置
硬件：PC机（CPU：PII以上，内存：不小于64M）
操作系统：Windows 98 或 以上版本
应用软件：MATLAB6.0或以上版本
五、 课程的学时学分
授课学时：72； 实验学时：8； 学分：4.5
六、 适用对象
通信工程、电子工程、电子科学与技术本科专业
七、 实验项目与内容提要
序号
实验内容
内容提要
实验要求
实验
时数
实验
类型
每组
人数
所在实验室名称
备注
1
MATLAB基础及信号的基本表示
熟悉MATLAB应用及信号在MATLAB下的基本表示。
必做
4
验证
1
翡翠湖校区计算机中心
2
系统的频率响应、信号频谱及响应求解
掌握在MATLAB下系统频率响应、信号频谱及系统响应在MATLAB中的求解方法。
必做
2
验证
1
3
回声的信号模型及回声的消除
建立回声信号的差分方程模型，并产生回声效果；用逆滤波的方法消除回声，并研究逆系统的参数对回声消除效果的影响。
必做
2
综合
1
4
数字滤波器的设计与应用
分别设计低通、带通和高通滤波器，并用仿真信号检验滤波效果。
选做
2
验证
1
可和实验2安排在一起
5
幅度调制与解调
在MATLAB中实现幅度调制和解调。
选做
2
综合
1
可和实验3安排在一起
八、实验指导书
丁志中、吴玺编：“《信号与系统》实验与MATLAB实践”（自编讲义）。
