时域离散系统的基本网络结构

《数字信号处理》课程教学大纲课程编码：课程名称：数字信号处理英文名称： Digital signal processing适用专业：物联网工程先修课程：复变函数、线性代数、信号与系统学分：2总学时：48实验（上机）学时：0授课学时：48网络学时：16一、课程简介《数字信号处理》是物联网工程专业基础必修课。

主要研究如何分析和处理离散时间信号的基本理论和方法，主要培养学生在面对复杂工程问题时的分析、综合与优化能力，是一门既有系统理论又有较强实践性的专业基础课。

课程的目的在于使学生能正确理解和掌握本课程所涉及的信号处理的基本概念、基本理论和基本分析方法，来解决物联网系统中的信号分析问题。

培养学生探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感。

助力学生树立正确的价值观，培养思辨能力、工程思维和科学精神。

培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。

它既是学习相关专业课程设计及毕业设计必不可少的基础，同时也是毕业后做技术工作的基础。

二、课程目标和任务1.课程目标课程目标1（CT1）:运用时间离散系统的基本原理、离散时间傅里叶变换、Z变换、离散傅里叶变换（DFT）、快速傅里叶变换(FFT)、时域采样定理和频域采样定理等工程基础知识，分析物联网领域的复杂工程问题。

培养探索未知、追求真理、勇攀科学高峰的责任感和使命感[课程思政点1]。

助力学生树立正确的价值观，培养思辨能力、工程思维和科学精神[课程思政点2]。

课程目标2 （CT2）:说明利用DFT对模拟信号进行谱分析的过程和误差分析、区分各类网络的结构特点；借助文献研究运用窗函数法设计具有线性相位的FIR数字滤波器，分析物联网领域复杂工程问题解决过程中的影响因素，从而获得有效结论的能力。

培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当[课程思政点3]。

2.课程目标与毕业要求的对应关系三、课程教学内容第一章时域离散信号与系统（1）时域离散信号表示；（2）时域离散系统；（3）时域离散系统的输入输出描述法；*（4）模拟信号数字处理方法；教学重点：数字信号处理中的基本运算方法，时域离散系统的线性、时不变性及系统的因果性和稳定性。

第一章 时域离散信号与离散系统1－1 给定信号：⎪⎩⎪⎨⎧≤≤-≤≤-+=其它,040,614,52)(n n n n x（1） 画出x(n)序列的波形，标上各序列值；（2） 试用延迟的单位脉冲序列及其加权和表示x(n)序列； （3） 令x 1(n)=2x(n-2),试画出x 1(n)波形； （4） 令x 2(n)=2x(n+2)，试画出x 2(n)波形； （5） 令x 3(n)=x(2-n)，试画出x 3(n)波形。

1－2 有序列如下图所示请计算x e (n)=[x(n)+x(-n)]/2，并画出波形。

1－3 试判断 （1）∑-∞==nm m x n y )()(（2）y(n)=[x(n)]2 （3）)792sin()()(ππ+=n n x n y是否线性系统，并判断（2）、（3）是否移不变系统。

1－4设线性时不变系统的单位脉冲响应h(n)和输入序列x(n)如图所示，要求画出y(n)的波形。

1－5 已知线性移不变系统的输入为x(n)=δ(n)-δ(n-2),系统的单位抽样响应为h(n)=0.5n R3(n)，试求系统的输出y(n)1－6 设有一系统，其输入输出关系由以下差分方程确定：y(n)-0.5y(n-1)=x(n)+0.5x(n-1)设系统是因果性的。

（1）利用递推法求系统的单位抽样响应；（2）由（1）的结果，利用卷积和求输入x(n)=e jwn u(n)的响应。

第二章时域离散信号与系统的频域分析2－1 试求如下序列的傅立叶变换：（1）x1(n)=R5(n)（2）x2(n)=u(n+3)-u(n-4)2－2 设⎩⎨⎧==其它,01,0,1)(n n x ，将x(n)以4为周期进行周期延拓，形成周期序列~)(n x ，画出x(n)和~)(n x 的波形，求出~)(n x 的离散傅立叶级数~)(k X 和傅立叶变换。

2－3 设如图所示的序列x(n)的FT 用X(e jw )表示，不直接求出X(e jw )，确定并画出傅立叶变换实部Re[X(e jw )]的时间序列x e (n)2－4 求序列-2-n u(-n-1)的Z 变换及收敛域：2－5 已知)(2||5.02523)(211n x z zzz z X 对应的原序列，求收敛<<+--=---2－6 分别用长除法、部分分式法求以下X(z)的反变换：21||,411311)(21>--=--z zz z X2－7 用Z 变换法解下列差分方程：y(n)-0.9y(n-1)=0.05u(n),y(-1)=1,y(n)=0,n<-12－8 研究一个输入为x(n)和输出为y(n)的时域线性离散移不变系统，已知它满足)()1()(310)1(n x n y n y n y =++--，并已知系统是稳定的，试求其单位抽样响应。

题号：892《无人系统专业综合》考试大纲注：以下七部分内容只选择两部分进行答题一、数据结构（75分）考查目标：1、掌握数据结构的基本概念、基本原理和基本方法。

2、掌握数据的逻辑结构、存储结构及基本操作的实现，能够对算法进行基本的时间复杂度与空间复杂度的分析。

3、能够运用数据结构基本原理和方法进行问题的分析与求解。

考试内容：1、数据结构、算法的概念，数据结构的逻辑结构和物理结构，算法的性能评价方法。

2、线性表的概念和基本运算，线性表的顺序存储和链式存储，线性表的基本运算在顺序存储和链式存储结构上的实现。

3、栈和队列的基本概念、基本操作和存储结构。

4、树、二叉树的基本概念，二叉树的遍历方法，二叉树的应用。

5、图的基本概念和存储结构，图的遍历，图的基本应用算法。

6、查找的基本概念、静态查找表和动态查找表、哈希表。

7、排序的基本概念、排序算法和性能分析。

参考书目：严蔚敏、吴伟民编著，《数据结构(C语言版)》，清华大学出版社，2009年。

二、计算机组成原理（75分）考查目标：1、理解计算机系统中各部件的内部工作原理、组成结构以及相互连接方式，建立计算机系统的整机概念。

2、理解计算机系统层次化结构概念，掌握各部件的组织结构和工作原理，熟悉硬件与软件之间的关系。

3、能够综合运用计算机组成的基本原理和基本方法，对有关计算机硬件系统中的理论和实际问题进行计算、分析，对一些基本部件进行简单设计。

考试内容：1、计算机的基本组成，冯.诺依曼计算机原理，计算机的工作过程，计算机软件和硬件的关系，计算机系统的主要技术指标，计算机系统的层次结构。

2、总线基本概念、分类、结构及其控制逻辑。

3、存储器的分类、基本工作原理，存储器与其他部件的连接，存储器系统的层次结构。

4、运算器和运算方法：数在计算机中的表示，定点运算和浮点运算，算术逻辑单元的工作原理。

5、控制器：指令系统原理，CPU的基本结构，控制单元的功能和原理，控制单元的两种设计方法。

数字信号处理讲义--第6章离散时间系统结构第６章离散时间系统结构教学⽬的1．掌握线性常系数差分⽅程的⽅框图表⽰； 2．掌握IIR 系统、FIR 系统的基本结构；3．了解有限精度数值效应的概念，系数量化的影响，极限环的概念和产⽣原因。

教学重点与难点重点：IIR 系统、FIR 系统的基本结构；难点：有限精度数值效应的概念，系数量化的影响，极限环的概念和产⽣原因。

6.1 线性常系数差分⽅程的⽅框图表⽰时域离散系统或者⽹络⼀般⽤差分⽅程、单位脉冲响应以及系统函数进⾏描述。

如果系统输⼊和输出服从N 阶差分⽅程： (6-1)则系统函数H (z )⽤下式表⽰： (6-2)数字信号处理中有三种基本算法，即加法、乘法和移位，它们的⽅框图如图7-1(a)所⽰。

三种基本算法的流图则如图6-1(b)所⽰。

图6-1例6-1 1y[n-1]+p 0x[n]+p 1x[n-1]的结构图. 解:.此结构图包含了这三种算法的各部分.∑∑-----=M i i M i i i n y a i n x b n y 00)()()(∑∑=-=-+==N i i i M i i i z a z b z X z Y z H 001)()()((a )(b )x － 1)x (－ 1)－1x 1(2n )＋x 2(n )x 1(n 2x 1(n )＋x 2图6-2 例6-1的结构框图6.2线性常系数差分⽅程的信号流图表⽰图6-3表⽰的是⼀种信号流图，流图中每⼀个节点都⽤⼀个节点变量表⽰，输⼊x (n ) 称为输⼊节点变量，y(n)表⽰输出节点变量，w 1(n ), w 2(n ), w 3(n )和w 4(n )也是节点变量。

这些节点变量和其他节点变量之间的关系⽤下式表⽰： w 1(n ) =x (n)+aw 3(n ) w 2(n ) =w 1(n ) w 3(n ) =w 2(n -1)w 4(n ) =b 0w 2(n )+b 1w 3(n ) y (n )=w 4(n )基本信号流图以上这些公式是⽤序列形式写的，也可以通过Z 变换写成下式： W 1(z )=X (z )+aW 3(z ) W 2(z )=W 1(z ) W 3(z )=z -1W 2(z )W 4(z)=b 0W 2(z )+b 1W 3(z ) Y (z)=W 4(z)从基本运算考虑，如果满⾜以下条件，则称为基本信号流图:(1) 信号流图中所有⽀路都是基本的，即⽀路增益是常数或者是z -1;(2) 流图环路中必须存在延时⽀路;(3) 节点个数和⽀路个数都是有限的。

第4章 时域离散系统的网络结构习题1. 已知系统用下面差分方程描述:)1(31)()2(81)1(43)(−+−−n x n x n y n y n y ＋－＝试分别画出系统的直接型、 级联型和并联型结构。

式中x (n )和y (n )分别表示系统的输入和输出信号。

2． 设数字滤波器的差分方程为)2(41)1(31)1()()(−+−+−+=n y n y n x n x n y试画出系统的直接型结构。

3. 设系统的差分方程为y (n )=(a +b )y (n －1)－aby (n －2)+x (n －2)+(a +b )x (n －1)+ab式中, |a |<1， |b |<1, x (n )和y (n )分别表示系统的输入和输出信号, 试画出系统的直接型和级联型结构。

4. 设系统的系统函数为)81.09.01)(5.01()414.11)(1(4)(211211−−−−−−++−+−+=z z z z z z z H试画出各种可能的级联型结构， 并指出哪一种最好。

5． 题 5图中画出了四个系统， 试用各子系统的单位脉冲响应分别表示各总系统的单位脉冲响应， 并求其总系统函数。

题 5图6． 题6图中画出了10种不同的流图， 试分别写出它们的系统函数及差分方程。

题6图7. 假设滤波器的单位脉冲响应为h (n )=a n u (n ) 0＜a ＜1求出滤波器的系统函数， 并画出它的直接型结构。

8. 已知系统的单位脉冲响应为h (n )=δ(n )+2δ(n －1)+0.3δ(n －2)+2.5δ(n －3)+0.5δ(n －5)试写出系统的系统函数， 并画出它的直接型结构。

9. 已知FIR 滤波器的系统函数为)9.01.29.01(101)(4321−−−−++++=z z z z z H试画出该滤波器的直接型结构和线性相位结构。

10． 已知FIR 滤波器的单位脉冲响应为:(1) N=6h(0)=h(5)=15h(1)=h(4)=2h(2)=h(3)=3(2) N=7h(0)=h(6)=3h(1)=－h(5)=－2h(2)=－h(4)=1h(3)=0试画出它们的线性相位型结构图，并分别说明它们的幅度特性、相位特性各有什么特点。

通信工程主要课程详解1、课程名称：电路分析课程简介：本课程主要介绍集总电路中电压、电流的约束关系；独立电流、电压变量的分析方法；大规模电路分析方法；分解方法及单口网络；简单非线性电阻电路的分析；电容元件与电感元件；一、二阶电路；交流动态电路；电抗与导纳；正弦稳态的能量和功率、三相电路；频率响应；耦合电感和理想变压器；双口网络等。

2、课程名称：模拟电子技术基础课程简介：本课程在介绍了半导体器件的基本特性和模型的基础上，着重介绍了各种线性放大器：基本放大组态、差动放大器、功率放大器、反馈放大器、集成运放和选频放大器；同时也将介绍放大器的频率响应。

3、课程名称：数字电子技术基础课程简介：本课程是数字电子技术方面入门性质的技术基础课，主要内容有：基本逻辑电路、逻辑代数基础、组合逻辑电路及其分析与设计、常用组合逻辑功能器件、触发器、时序逻辑电路分析与设计、常用时序逻辑功能器件、可编程逻辑器件、数模与模数转换器及脉冲波形的产生与变换等。

4、课程名称：信号与系统课程简介：本课程主要讲述信号与系统概念；连续信号和系统的时域、频域和复频域分析；离散信号和系统的时域、频域和Z域分析；系统的稳定性；时间序列分析简介等内容。

5、课程名称：微机原理及应用课程简介：本课程主要讲述微型机的基本组成和整机工作流程，80x86的指令系统及寻址方式，汇编语言程序设计，80x86的总线操作和时序，CPU与存储器的连接方法，输入与输出设备接口，80x86的中断原理及处理过程，A/D及D/A 的与CPU的接口及应用，串行数据通讯及其接口等。

6、课程名称：电磁场与电磁波课程简介：本课程研究电磁场运动规律，使学生理解电磁场理论的基本概念和掌握宏观电磁场的基本规律，并结合实际介绍其工程技术应用的基本知识；培养学生用场的观点对工程应用中的电磁现象和电磁过程进行定性分析和判断的能力，了解进行定量分析的基本方法；通过电磁场理论的逻辑推理，培养正确思维和严谨的科学态度。