第四章 模拟信号数字处理

模拟信号数字化的处理第一章 基本原理通信系统可以分为模拟和数字通信系统两大类。

数字通信系统有很多的优点，应用非常广泛，已经成为现代通信的主要发展趋势。

自然界中很多信号都是模拟量，我们要进行数字传输就要将模拟量进行数字化，将模拟信号数字化，处理可以分为抽样，量化，编码，这三个步骤。

下图是模拟信号数字传输的过程原理图：下图是模拟信号数字化过程：1.1对模拟信号进行抽样抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值的过程。

抽样定理：设一个频带限制的（0，f H ）Hz 内的时间连续信号m （t ）如果它不少于2f H 次/s 的速率进行抽样，则m(t)可以由抽样值完全确定。

抽样定理指出，由样值序列无失真恢复原信号的条件是fs ≥2f H ，为了满足抽样定理，要求模拟信号的频谱限制在0～f H 之内（f H 为模拟信号的最高频率）。

为此，在抽样之前，先设置一个前置低通滤波器，将模拟信号的带宽限制在f H 以下，如果前置低通滤波器特性不良或者抽样频率过低都会产生折叠噪声。

抽样频率小于2倍频谱最高频率时，信号的频谱有混叠。

抽样频率大于2倍频谱最高频率时，信号的频谱无混叠。

取样分为冲激取样和矩形脉冲取样，这里只详细介绍冲激取样的原理和过程，矩形脉冲取样的原理和冲激取样的是一样的，只不过取样函数变成了矩形脉冲序列。

数学运算与冲激取样是一样的。

冲激取样就是通过冲激函数进行取样。

)(s t f D/A )(n f )(n g A/D )(t g )(t p )(t f 量化编码数字滤波器上图左边就是简化的模拟信号转换离散的数字信号的抽样过程，其中f（t）是连续的时间信号，也就是模拟信号，在送到乘法器上与s(t)取样脉冲序列进行乘法运算，事实上取样脉冲序列就是离散的一个个冲激函数（冲激函数如上图右边的图），右边部分的fs(t)就是变成了一个个离散的函数点了。

下面给出抽样的数学运算过程。

下面给出抽样过程的冲激抽样的函数过程：因此：f s(t)另外要注意的是，采样间隔的周期要足够的小，采样率要做够的大，要不然会出现如下图所示的混叠现象，一帮情况下TsWs=2π,Wn>2Wm。

数字电路中的模拟信号处理与数字信号处理在数字电路中，模拟信号处理和数字信号处理是两个关键的概念。

虽然它们都涉及信号处理的过程，但在原理和应用方面有着显著的区别。

本文将重点介绍数字电路中的模拟信号处理和数字信号处理的特点和应用。

一、模拟信号处理模拟信号处理是指对连续时间的模拟信号进行处理和分析的过程。

它的特点是信号的值可以在任意时间和连续的范围内变化。

模拟信号处理的主要任务是滤波、放大、调节和转换信号的形态。

滤波是模拟信号处理的重要任务之一，用于去除信号中的噪声和干扰，使得信号更加清晰和可靠。

常见的滤波器包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。

模拟信号处理还包括信号放大和调节，通过放大器对信号进行放大，使其达到适宜的幅度；通过调节器对信号进行调整，以满足特定的需求。

此外，模拟信号处理还可以将信号从一种形态转换为另一种形态，例如将模拟信号转换为数字信号。

二、数字信号处理数字信号处理是指将模拟信号转换为数字信号，并在计算机或数字信号处理器中对其进行处理和分析的过程。

数字信号处理的特点是信号的值只能在离散的时间和离散的范围内变化。

数字信号处理的主要任务包括采样、量化、编码、滤波和解码等。

采样是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程，通过对模拟信号进行采样，可以得到一系列离散的样本点。

采样定理规定了采样频率应该大于信号最高频率的两倍，以保证采样后的数字信号能够有效地还原原始信号。

采样后的信号需要进行量化，将连续的信号值映射为离散的数值。

编码是将量化后的数字信号转换为二进制数据的过程。

常见的编码方式有脉冲编码调制（PCM）和脉冲位置调制（PPM）等。

接下来，对数字信号进行滤波，以去除量化误差和噪声等不良影响。

滤波器通常是数字滤波器，其设计与模拟滤波器略有不同。

最后，对滤波后的数字信号进行解码，将数字信号转换回模拟信号，以实现原始信号的重建。

三、应用领域模拟信号处理和数字信号处理在不同的应用领域具有广泛的应用。

数字信号处理知到章节测试答案智慧树2023年最新西安工程大学绪论单元测试1.请判断下面说法是否正确：为了有效地传播和利用信息，常常需要将信息转换成信号，因此信号是信息的载体，通过信号传递信息。

（）参考答案:对2.请判断下面说法是否正确：模拟信号预处理的主要作用是滤除输入模拟信号中的无用频率成分和噪声，避免采样后发生频谱混叠失真。

（）参考答案:对3.下列关于信号分类方式的选项正确的是（）。

参考答案:按信号幅度的统计特性分类;按信号的维数分类;按信号自变量与参量的连续性分类4.下列不属于数字信号处理软件处理方法特点的选项是（）。

参考答案:处理速度快5.下列关于数字系统处理精度描述正确的选项是（）。

参考答案:精度由系统字长与算法决定第一章测试1.请判断下面说法是否正确：时域离散信号通过量化编码转换为数字信号，是一种无损变换。

( )参考答案:错2.下列信号是周期信号的有（）。

参考答案:;;3.信号的最小周期是（）。

参考答案:24.请判断下面说法是否正确：线性时不变时域离散系统具有线性性质和时不变特性。

（）参考答案:对5.以下序列是系统的单位脉冲响应h(n)，则是稳定系统的有（）。

参考答案:;第二章测试1.请判断下面说法是否正确：时域离散信号和系统分析可以通过傅里叶变换和Z变换两种数学工具（）。

参考答案:对2.请判断下面说法是否正确：周期序列的傅里叶变换以为周期，而且一个周期内只有N个冲激函数表示的谱线（）。

参考答案:错3.实序列的傅里叶变换具有（）。

参考答案:共轭对称性质4.已知序列，其Z变换和收敛域为（）。

参考答案:;5.序列，其傅里叶变换为（）。

参考答案:第三章测试1.在变换区间0≤n≤N-1内，序列的N点DFT在k=0的值为（）。

参考答案:N2.在变换区间0≤n≤N-1内，序列的N点DFT的值为（）参考答案:13.已知，求=（）参考答案:1/N4.已知，求=（）参考答案:5.已知，求=（）参考答案:第四章测试1.请判断下面说法是否正确：模拟信号数字处理中，模拟信号与数字信号之间的相互转换中要求不能丢失有用信息（）。

·78· 第4章 模拟信号数字处理4.1 引 言模拟信号数字处理是采用数字信号处理的方法完成模拟信号要处理的问题，这样可以充分利用数字信号处理的优点，本章也是数字信号处理的重要内容。

4.2 本章学习要点(1) 模拟信号数字处理原理框图包括预滤波、模数转换、数字信号处理、数模转换以及平滑滤波；预滤波是为了防止频率混叠，模数转换和数模转换起信号类型匹配转换作用，数字信号处理则完成对信号的处理，平滑滤波完成对数模转换后的模拟信号的进一步平滑作用。

(2) 时域采样定理是模拟信号转换成数字信号的重要定理，它确定了对模拟信号进行采样的最低采样频率应是信号最高频率的两倍，否则会产生频谱混叠现象。

由采样得到的采样信号的频谱和原模拟信号频谱之间的关系式是模拟信号数字处理重要的公式。

对带通模拟信号进行采样，在一定条件下可以按照带宽两倍以上的频率进行采样。

(3) 数字信号转换成模拟信号有两种方法，一种是用理想滤波器进行的理想恢复，虽不能实现，但没有失真，可作为实际恢复的逼近方向。

另一种是用D/A 变换器，一般用的是零阶保持器，虽有误差，但简单实用。

(4) 如果一个时域离散信号是由模拟信号采样得来的，且采样满足采样定理，该时域离 散信号的数字频率和模拟信号的模拟频率之间的关系为T ωΩ=，或者s /F ωΩ=。

(5) 用数字网络从外部对连续系统进行模拟，数字网络的系统函数和连续系统传输函数 之间的关系为j a /(e )(j )T H H ωΩωΩ==，≤ωπ。

数字系统的单位脉冲响应和模拟系统的单位冲激响应关系应为 a a ()()()t nTh n h t h nT === (6) 用DFT （FFT ）对模拟信号进行频谱分析（包括周期信号），应根据时域采样定理选择采样频率，按照要求的分辨率选择观测时间和采样点数。

要注意一般模拟信号（非周期）的频谱是连续谱，周期信号是离散谱。

用DFT （FFT ）对模拟信号进行频谱分析是一种近似频谱分析，但在允许的误差范围内，仍是很重要也是常用的一种分析方法。