信号与通信论文篇(1)

论文关键词：城市轨道交通，信号设备，检修计划，施工软件管理系统

 

0 引言

城市轨道交通是城市中的公益性交通基础设施，是城市百年大计的建设运营项目，也是目前正在蓬勃发展的行业。轨道交通项目一旦投入运营，就必须保持整个系统日以继夜的正常运行。而整个系统的正常运营，必须要以设备安全运行为前提和保障。

地铁设备主要有以下几个部分：车辆，供电系统，通信设备，信号设备，机电设备，工务设备等。为保证系统中所有设备安全、良好运行，必须有一套能协调各专业、行之有效的检修方案。

1 设备检修分类及内容

设备检修计划，按检修的目的，可以分为设备预防性检修计划、改善性计划检修、故障检修计划；按检修的深入程度，可分为大、中、小修、二级保养等；按编制的时间点，可分为年度检修计划、月度检修计划、日检修计划、临时检修计划。

在南京地铁运营分公司，在每日坚持对设备状态进行巡查的基础上，把信号设备的保养检修分为月检查、二级保养、小修、中修等几种等级，检修的时间间隔分别为月、季、半年（年）、10年。

1.1 月检查

月检查的检修间隔为每个月，针对对重要的（损坏后果很严重）、使用频率高、易损坏的零件进行例行检查，比如处于关键位置的道岔。月检查主要包括以下几个检修内容：⑴检查基本状态、检查紧固零件；⑵检查调整零件；⑶检查润滑及冷却系统；⑷检查启动和传动装置；⑸修理或更换易损件；⑹处理检查出来的缺陷，排除故障；⑺做好检修数据记录。

1.2 二级保养

二级保养的检修间隔为一个季度，检修内容与月检查几乎相同，检修的对象更全面。

1.3 小修

小修通常以半年(一年)为检修间隔，是对易损元件或者设备的一般缺陷进行维护性的检查和修理，以保证设备的正常运行。通常检修的项目比较多，检修的时间比较长，主要包括以下几个检修内容：⑴检查基本状态、检查紧固零件；⑵检查调整零件；⑶检查润滑及冷却系统；⑷检查启动和传动装置；⑸修理或更换易损件；⑹更换阀门；⑺更换填料和垫片；⑻处理检查出来的缺陷，排除故障等；⑼基本功能测试；⑽做好检修数据记录。以地铁信号系统的转辙机为例的检修内容如表1所示。

表1 室外的转辙机小修检修内容

 

序号

检修对象

转辙机的小修检修内容

1

检查基本状态、检查紧固零件

各部螺栓、锁轴检查、紧固；老伤裂纹检查

2

检查调整零件

道岔密贴(2mm/4mm试验)、锁闭、开程及表示缺口检查

3

检查润滑及冷却系统

锁闭框、锁闭钩、锁闭杆检查及油润

4

检查启动和传动装置

手摇转辙机交通论文，阻力检查；摩擦联结器、滚珠丝杠、动作杆检查；电机及速动开关组检查

5

修理或更换易损件

开口销、绑扎线检查

6

更换填料和垫片

转辙机盒子密封性检查

7

基本功能测试

手摇转辙机，阻力检查；转换力检查；道岔方正、磨卡别劲检查

8

处理检查出来的缺陷，排除故障等

排除检查出来的故障

9

信号与通信论文篇(2)

关键词：随机信号分析 教学方法 教学内容

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）06（a）-0126-01

随机信号分析是电子信息工程、信息与通信工程等专业的一门重要的专业基础课程，该课程主要讲授随机信号的基本理论和基本分析方法，内容上涉及随机信号的基础、随机过程、系统对随机信号的响应及窄带随机过程等。该课程的教学目的旨在使学生理解随机信号的特性，掌握随机信号分析及随机信号通过线性系统的基本理论及分析方法，进一步认识如何从实际问题出发，通过抽象建立信号与系统模型，经适当数学分析求解，对结果赋予物理意义的系统科学研究方法。培养学生思考问题的逻辑性、灵活性与广阔性，为进一步学习后续专业课程及从事电子信息技术相关的实际工作奠定理论基础。

随机信号分析是一门数学知识运用较多的专业课程，也是《信号与系统》的后续课程，《信号与系统》主要研究确定信号，而在该课程中主要研究随机信号。课程内容较抽象，涉及到大量的数学公式，因此，要求学生具有扎实的数学功底。为了使学生能较系统的掌握随机信号的概念及基本的分析方法，加深对概念的理解，培养独立分析问题和解决问题的能力，提高该课程的教学效果，需要在教学内容和教学方法上进行积极的探索和改革。

1 教学内容方面的设计

任何基础理论课的教学，首先，教材是基础，根据目前随机信号分析理论和技术的发展及各高校的教材使用情况，结合相关专业的培养目标，选择适合当前本科学生学习的教材。教材在内容编排上层次要清晰、不宜过深过难。比如哈尔滨工业大学出版社出版的《随机信号分析》、电子工业出版社出版的《随机信号分析》等优秀教材比较适合本科生的教学。

选定教材后，根据教材内容，反复研究和整理课程相关章节和知识点之间的联系，找出重点、难点，精心组织教学内容。本科生教学在内容上不亦过深，因此，可以将课程内容归纳成三个部分：随机信号的理论基础、随机过程的基础理论、随机过程的应用。第一部分主要是随机信号要点回顾、随机信号实用分布律、数字特征、函数变换。第二部分主要包括随机过程的基本概念、平稳随机过程和各态历经过程，平稳随机过程的自相关、互相关、功率谱和互功率谱、高斯过程与白噪声。第三部分包括随随机信号通过线性时不变系统、窄带随机信号。结合对白噪声通过线性时不变系统的分析掌握随机信号通过线性时不变系统的分析方法，随机信号通过非线性系统可作简要介绍；窄带随机信号中主要介绍窄带高斯随机信号、窄带高斯随机信号的包络和相位分布。授课时注重基础理论部分，打好基础，以便于进一步学习随机信号分析的新技术和新方法。

2 教学方法中应注意的几个问题

2.1 注意该课程与前续课程《信号与系统》的联系

信号与系统也是一门运用数学知识较多的专业课程，因此，学习随机信号分析在学习方法上与前者有相似性。而且在一些知识点，例如，随机信号的特征函数与概率密度的关系、平稳过程的功率谱与自相关函数的关系上，会用到傅立叶变换的知识，前者有类似傅立叶变换对的关系，后者就是一对傅立叶变换对。如果能事先对信号与系统中傅立叶变换的内容进行系统的复习，那么在讲授这一部分内容时，就可以直接利用傅立叶变换的性质和常用的傅立叶变换对等结论来分析问题，以便在学习时将重点放在相关知识点的理解和应用上，而不必进行大量的数学分析和推导。用这种方式介绍抽象的数学概念，学生易于接受，又不失数学上的严谨性。

2.2 适当组织讨论课

当前课堂教学强调“精讲多练”，不仅仅是学生课后独立练习，还包括在课堂上让学生参与到课堂教学中来，比如通过开展讨论课，让学生与老师之间、学生之间进行积极的交流和互动。这就要求课前做好充分准备、课堂上精心组织。具体实施时，可以将学生分组，每组就不同的相关内容查阅相关资料、深入学习，然后在课堂上让学生自己讲解。由于学生平时很少有这样的锻炼机会，只是被动接受知识，老师怎么讲，自己怎么听。通过学生自己讲解，一方面有了自我展示的机会，学习热情会较高；另一方面，老师可以根据讲解过程中出现的形形的问题，在讲解结束后给予点评和纠正，学生对这部分内容的印象会更深刻。在这个过程中，教师切勿喧宾夺主，只需要引导学生积极发言、积极思考。这个环节的主要目的是锻炼学生查阅资料的能力和独立思考问题的能力。

2.3 开展实践性教学

充分利用现有的信号分析辅助软件开展实践性教学，让学生迅速进入随机信号分析与处理的研究环境，亲身实践，培养其学习兴趣。实践性教学可以以仿真实验和小型的课题研究相结合，加深对随机信号概念的理解，提高学生结合工程实际进行理论分析的能力。其内容可以围绕随机信号的产生、随机信号的特征分析、随机信号通过线性系统等方面开展。在实践性教学环节中，不要以传统的灌输式的教学方式为主，要以学生为主体，充分发挥其主观能动性，学习方式从被动接受变为主动探索，教师则主要起引导作用。

3 结语

在随机信号分析课程的教学实践和教学改革过程中，为了适应随机信号理论的发展和对人才培养的要求，提高学生运用基本学科知识的能力和解决问题的能力，如何把传统的教师以教为主的教学模式逐渐转变为学生以学为主的教学模式，充分调动学生学习的积极性，是我们需要继续探讨的问题。

参考文献

[1] 赵淑清，郑薇.随机信号分析[M].哈尔滨工业大学出版社，1999.

[2] 罗鹏飞，张文明，刘忠.关于“随机信号分析”加强实践性教学的思考[J].高等教育研究学报，2001（24）：38-39.

信号与通信论文篇(3)

关键词 高阶统计；MPSK信号调制识别；测试设备

中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）20-0063-04

随着通信技术的发展，无线通信环境日益复杂。通信信号在很宽的频带上采用不同调制参数的各种调制方式。对未知信号的调制方式的识别可提供信号的结构、信号源特性等有用信息，并可以为信号的解调提供相应的参数，从而为有效识别和监视这些信号提供依据。这些技术的研究和开发不仅在现代信息对抗系统中，通信对抗中可以得到重要应用，也在无委会电磁频谱管理中可以得到非常大的应用。因此根据物业委员会的频谱管理要求和信号侦查等技术要求，结合无线通信的信道特性，进行系统平台的原理设计和验证，基于C语言进行系统的构建和实现。

该平台拟软件无线电架构进行设计，可以将中频数字通信信号进行数字化处理、分析和参数估计，通过这一系列的参数估计和分析达到将通信的调制方式识别的目的，并实现信号的参数估计（带宽、载波频率、符号率等）与均衡，最终将数字通信信号解码还原成相应的信号星座中的数据。

1 调制方式识别的模型

调制信号的识别问题的实质是模式识别，其核心是特征参数的选取与分类器的设计。特征参数的选取是基于对信号的认识和分析，信号的时域频域分析是信号理论的基础，其时域频域特征也是调制识别的基本特征。基于判决树的分类方法逻辑简单，易于实现。一个基于判决理论方法的调制自动识别器一般由三个部分组成：预处理、特征提取和调制自动识别。原理框图如图1所示。

图1 调制方式识别的模型

预处理的主要功能是对信号进行中频处理得到用于识别的基带信号。预处理主要包括了载波估计，符号速率估计，下变频，符号同步等基本的解调模块。预处理之后的信号能够更好的用于信号调制方式的识别。

特征的提取是识别的主要部分。不同的调制方式在时域频域上有着不同的特征参数，利用这些参数可以识别出不同的调制方式。本文征的提取是基于不同调制方式的频域特征和高阶统计量的联合特征。判决识别模块的功能是通过提取到的特征与设置的阈值进行比较，从而判断出调制类型。

2 信号模型

对于该项技术的研究中，主要涉及到各种调制方式的识别和相应的参数估计，如用于识别的不同调制信号参数的估计、用于解调的参数估计，如带宽、载波和符号率等估计。下面以MPSK和16QAM调制方式的识别为例进行方法的阐述相应的信号模型。发射端的MPSK及16QAM信号可以用统一的信号模型来

表示：

（1）

其中，分别为信号的I路和Q路基带信号。是成型滤波器，一般情况下选用根升余弦滤波器，为符号持续时间，为信号的初始相位，为载波频率，是不同调制方式下的I，Q路符号集，且信号的功率，符号集对应的取值如表1所示。经过高斯白噪声信道之后的信号可以表示成为：

（2）

其中是信道中均值为0方差为的高斯白噪声。

在接收端，信号的载波频率以及符号速率都是未知的，需要对信号的载波频率和符号速率进行估计。本文中符号速率的估计是基于对信号包络的检测，载波频率的估计采用的是频率中心法，具体的过程在下文介绍。

在符号速率估计过程中，设引入的符号偏差为，则得到的存在符号偏差的离散数字信号为

（3）

其中，，是采样时间。

高阶统计量是指高阶矩，高阶累积量以及它们的谱，即高阶矩谱和高阶累积量谱这四种主要的统计量。对于复平稳信号，其高阶矩表示为：

（4）

高阶累量表示为：

（5）

其中表示求累量。设接收端的信号简记为：，其中为信号，为高斯噪声，由高阶累量不变性可以得到：

（6）

现代通信理论有零均值高斯白噪声的M（M>2）阶累量为零，所以

（7）

可以看出如果一非高斯信号是在与之独立的加性高斯噪声中被观测的话，那么观测过程的高阶累积量将与非高斯信号过程的高阶累积量相等。因而，使用高阶累积量作为分析工具，理论上可以完全抑制高斯噪声的影响。信号的各阶高阶累量取决于信号的调制类型，因此通过计算信号高阶累量理论上可以识别出不同的调制方式，这是本文调制方式自动识别的理论出发点。常用的高阶累量与高阶矩之间的关系表示如下：

（8）

（9）

（10）

（11）

（12）

（13）

（14）

文献[2]给出了MPSK信号以及16QAM信号在载波同步，符号同步的情况下常用的高阶累量的理论值如表1所示，表中的表示信号的功率。

表1 符号载波同步下的MPSK及16QAM信号的常用高阶累量值

高阶累

积量 C20 C21 C40 C41 C42 C60 C63

BPSK P P 2P2 2P2 2P2 16P3 13P3

QPSK 0 P P2 0 P2 0 4P3

8PSK 0 P 0 0 P2 0 4P3

16QAM 0 P 0.68P2 0 0.68P2 0 2.08P3

3 载波偏差对调制方式识别的影响

从表2的数据我们可以看到，不同的调制方式其各阶累量是不完全相同的，这就给我们提供了对这些调制方式识别的理论依据。但是这些值的计算是在载波，以及符号完全同步的情况下的到的，而工程应用中不可能完全做到载波和符号完全同步。载波估计模块也只是对信号的中心频率做了一个大概的估计，因此总是存在一定的频率和相位偏差。在有频率以及相位偏差的情况下表1中的值将会发生较大的变化，图2可以说明这一点：

图2 载波偏差为0.01时不同调制方式的值

从图2中可以看到当存在载波偏差的时候，的值与理论值相差较大，由于高阶统计量都与M20，M21有关，因此我们对这两个统计值做推导来说明载波偏差对高阶统计量的值的影响。引用式（11）得到存在载波偏差的基带信号为： （15）

取信号的二次方得：

（16）

对信号进行化简处理：

BPSK： （17）

QPSK： （18）

8PSK： （19）

16QAM：

（20）

计算得：

BPSK： （21）

QPSK：

（22）

同理，8PSK，16QAM信号M20=0。

工程中，一般用平均值作为统计平均值的估计即：当存在载波偏差的时候，= 0。因此，载波偏差会使BPSK信号的M20接近0，而由于QPSK，8PSK，16QAM信号的统计平均值本质上就为0，因此载波偏差不会对其M20造成影响。同理，M40理也会受到类似的影响，所以这类高阶统计量将不适合用来作存在载波偏差信号的特征值。

若对信号的二次方模值求均值可以得到：

（23）

从上式可见，对于任意的载波偏差，信号的模值与载波频差没有关系，因此，将不受载波偏差的影响。同理，类似M42等高阶统计量也不受载波偏差的影响，因此存在载波偏差的时候我们可以选择这一类统计量作为判断的特征值。

4 存在载波偏差的MPSK信号以及16QAM信号的识别

上一节的分析中我们可以看到当信号具有载波偏差的时候，文献[2]定义的部分判决特征值将不适用。本文中根据信号的特点选择参数，以及信号本身的频谱关系来自动识别信号的调制方式。

1）BPSK信号的识别。

当信号是BPSK信号的时候，。由此可见BPSK信号的二次方频谱存在一个单频，而其他形式的PSK或者16QAM都不具备这样的性质，不同调制方式的二次方频谱如图3所示。

a

b

c

d

图3 的频率谱，a：BPSK，b：QPSK，c：8PSK，d：16QAM.SNR=10dB，载波偏出为0.01

从图中可以看出，无论是否存在载波偏差，BPSK信号都会有一个单频分量（没有载波偏差的时候，单频=0Hz），其他几种调制方式的频谱不具备单频的性质，因此检测信号的频谱的单频性质可以识别出BPSK信号。

为了识别出存在载波偏差的16QAM信号，定义判决特征值：，则不同调制方式的F值如下表2所示。

表2 不同调制方式的值

高阶累积量 F

16QAM 2.08E3 0.68E2 13.7594

QPSK 4E3 E2 16

8PSK 4E3 E2 16

我们可以看出16QAM的与QPSK以及8PSK的都不一样，因此计算信号的值可以识别出16QAM信号，图4为不同信噪比下的QPSK，8PSK以及16QAM的的值，其中设定判断阈值为15。

图4 不同信噪比下QPSK，8PSK，16QAM的的值

由于QPSK信号的平方也应该具有BPSK信号的特征， QPSK信号的四次方为：

从上式中可以看出，QPSK信号的四次方频谱也具有BPSK信号二次方频谱的特点，即具有单频分量，而8PSK信号却不具有这样的特点，因此从频谱的关系中我们可以识别出8PSK信号以及QPSK信号。图5所示为QPSK，8PSK信号的四次方频谱。

a QPSK

b 8PSK

图5 的频率谱， （SNR=10dB，载波偏出为0.01）

对于含载波偏差的MPSK和16QAM的识别过程，从以上的分析中可以得出含载波偏差的MPSK和16QAM的识别框图如图6所示，其中th（F）表示对判决的门限值，本文中th（F）=15，具体的步骤为：

1）检测的频谱，若存在单频，则原信号是BPSK，转入步骤4），否则转2）。

2）计算的值，如果

3）检测的频谱，若存在单频，则原信号是QPSK，否则为8PSK，转入步骤4）。

4）返回检测结果。

图6 存在载波偏差的MPSK及16QAM的识别过程

5 仿真结果

本文中分别对100个MPSK及16QAM信号在不同的信噪比条件下进行仿真，并令th（F）=15，仿真时的参数设置如表3所示，仿真结果显示在表4和表5以及图7中。

表3 仿真参数

参数名称 参数值 备 注

符号个数 1000

符号速率fb

（MBoud/s） 3

采样频率fs（MHz） 48 符合带通采样定理

载波频率fc（MHz） 6

过采样因子U 8

符号速率偏差 估计的符号速率 存在偏差

载波偏差 估计的频率 估计的频率都不是精确值，存在载波偏差

根升余弦滚降因子 0.35 成型、匹配滤波

信道信噪比Eb/N0（dB） [0：1：19] AWGN信道

表4 SNR=0dB时自动识别的结果（识别概率%）

输出输入 BPSK QPSK 8PSK 16QAM

BPSK 100 0 0 0

QPSK 0 98 1 1

8PSK 1 0 99 0

16QAM 0 2 6 92

表5 SNR=5dB时自动识别的结果（识别概率%）

输出输入 BPSK QPSK 8PSK 16QAM

BPSK 100 0 0 0

QPSK 0 100 0 0

8PSK 0 0 100 0

16QAM 0 0 0 100

图7 不同信噪比下各调制方式的识别率

从表4以及表5可以看出，在信噪比较低的时候，识别率仍然可以达到较好的效果，尤其是BPSK信号的识别率在低信噪比下仍可达到100%，当信噪比高于5dB的时候，16QAM信号的识别率也可以达到100%。

6 结论

本文通过高阶累积量的方法进行MPSK信号的调制方式识别的研究，进行了相应的信号模型的建立，提出了相应的实现方法，仿真结果表明，该方法是可行的的，可以应用到相应的系统设备中。

参考文献

信号与通信论文篇(4)

摘要： 《信号与系统》是一门理论性和实践性很强的课程。在教学过程中，需要将二者有机地结合起来，使学生真正做到理论与实践相结合，以提高授课质量。本文对《信号与系统》课程的理论与实践环节的优化整合进行了研究，提出了一系列的优化方法和途径，来提高《信号与系统》课程的教学质量，使学生在信号处理与分析方面逐步具备主动获取知识和独立解决问题的能力。

关键词：信号与系统 理论与实践 优化整合

《信号与系统》无论是从教学内容还是从教学目的来看，都是一门理论性和实践性较强的课程【2】。教学效果的好坏在很大程度上取决于能否把理论和实践有机地结合起来。

一、《信号与系统》课程理论与实践环节优化整合的必要性

对理论性和实践性都较强的《信号与系统》课程来说，理论教学和实践环节就好比“一辆车的两个轮子”。理论教学培养学生的抽象思维能力，加强基础知识，提供分析问题和解决问题的方法和手段。就《信号与系统》课程而言，进行理论教学，可使学生对系统数学模型和分析方法有全面的了解和掌握，从而具备初步的系统分析和设计的能力。实践环节是对理论教学进行全面掌握和实施的过程，是一次再创造和深化的过程。通过实践可以提高学生的设计能力和实践认识能力，对彻底掌握《信号与系统》这门课程起着至关重要的作用。通过对《信号与系统》课程的理论与实践环节进行优化整合，教学过程中，把理论和实践有机地结合起来。不但能更有效地提高《信号与系统》课程的教学质量和效果，而且还能使学生在信号处理与分析方面具备较强的主动获取知识和独立解决问题的能力。

二、《信号与系统》课程理论与实践环节优化整合的方法和途径

1、板书与Flas的多媒体课件相结合教学

多媒体教学手段形象、生动、高效，但是完全采用多媒体教学手段，也存在着一些不足：信息滞留时间短，信息量过大，学生难以接受。因此，采用两者结合的方法较好，对于传统教学手段难于解决的某些知识点采用动画的形式展现，对于逻辑性较强的推导过程、例题的解答等内容则适合采用传统的板书方式。只有将两者有机的结合，才能收到事半功倍的教学效果。例如，抽样定理是该课程的一个重点，对于学生掌握也是一个难点。当一个带限信号的抽样频率慢慢变小，其频谱由不混叠到混叠的变化过程用Flas展现出来，学生就有一种恍然大悟的感觉，不但加深了印象，而且激发了兴趣，然后再用板书进行相关推导与例题的讲解。经过课堂应用，板书与Flas相结合的方法，获得了较好的教学效果。

2、工程应用教学，强化物理概念，淡化纯数学推导

在教学过程中要注意以工程为主线，强化物理概念，淡化纯数学的推导。在讲解时，要注意用物理语言解释数学语言，更要从简洁的数学语言中领会其背后的物理意义[4]。例如，在阐述脉冲展缩与频带关系的特性时，引入其在通信中的应用：为了提高信号的传输速度即每秒内传送的脉冲数，就要压缩信号脉冲的宽度，这样就会使信号的频带加宽[1]；在讲述抽样定理时，可以电话通信的语音信号为例：语音信号通过滤波以后最高抽样，频率为3.4KHz，根据抽样定理抽样频率应满足fs6.8KHz，但实际采用的抽样频率是8KHz。在讲解的时候可先将应用数字系统处理模拟信号的总体框图给出，结合实际的语音进行举例，将失真以及取样定理的原理融入实际例子中，学生会理解的更透彻。

3、以启发式讲授法为主，辅以其他灵活多样的教学方法

与一般讲授法相比，在启发式讲授过程中，教师根据学生对理论的实际认识水平有目的性、有针对性的进行诱导、启发，刺激学生积极思考问题，让学生自己找到答案，这种“自觉内生”的知识一旦形成就不容易忘记。因此，任课教师在各方面条件允许的情况下，应尽量采用启发式的方法让学生多动脑、多思考。

4、重视实验教学，理论和实验相结合

在实验教学中，要达到理论与实验相结合，保证理论和实验进程同步，在学生学完知识点后马上验证所学知识的正确性，能加深学生对知识的理解。拿“信号的分解”来说，在讲“信号的分解”时，就是通过傅立叶级数把任何非正弦的周期信号分解成周期信号，书本上给出了分解的结果，可学生对于这样的分解内心无疑存在着困惑，实验中当学生在示波器上依次看到分解后的波形后，对书本上的理论理解进一步加深。

5、实验教学内容上，要验证性实验和创造性实验相结合

在实验教学内容上，要验证性实验和创造性实验相结合。按照“基础型、应用型、综合型、创造型”的分层次教学内容构建。一味的验证性实验会使学生对实验失去兴趣，在验证性实验过后增加一些创造性实验，能让学生通过自己已经掌握的知识点上进行一些扩展性实验，从而加强学生的创新能力。比如，尝试只给出实验题目和实验方法，给出一个简单的实验思路，不给出详细的实验步骤，剩下的具体实现由学生自己来完成。改进后的教学方法，提高了学生的学习兴趣和学习主动性，学生普遍反映良好，学生不但很好地掌握《信号与系统》的基本原理，而且理论知识应用能力都得到不同程度的提高。

三、结论

《信号与系统》这门课程是电子信息类专业的一门重要基础课程，教学质量的好坏，对学生课程的学习效果有重要影响。因此，本文从实际教学的角度出发，探讨了《信号与系统》课程理论与实践环节优化整合的必要性及其整合方法。采用板书+Flas的多媒体课件的教学手段，工程应用教学和启发式教学的方式和方法，提高课堂理论教学的效果和质量，并改变传统的实验教学手段，采用软硬结合的实验教学方式，来激发学生的学习兴趣、积极性、主动性，从而收到事半功倍之效。

参考文献：

[1]燕庆明.信号与系统[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]李香林.“信号与系统”课程教学改革的探讨[J].高教论坛，2005，（6）：159-160.

信号与通信论文篇(5)

关键词：光声信号，组织声速，测量

 

1 引言

声速的测量方法很多，在工程技术中用的比较多的是传播时间法、脉冲回鸣法和脉冲迭加法，这三种方法都是测量声速的有效方法[1]。科技论文。本文采用的是利用短脉冲激光激发宽频带的光声信号，采用一针状PVDF膜的宽带水听器接收光声信号，在水听器前面放上各种规则的组织，通过测量组织厚度和延时，可以很方便的测出各种组织的声速；通过采集测量信号的峰峰值，还可以得出光声信号对各种组织的反射与衰减情况。

2 理论分析

当用脉冲光源照射某种吸收体时，其局部的温度将发生瞬时的改变，导致体积膨胀而产生超声波，这种超声波称为光声信号 [2]。在空间某一位置接收到的光声压p(r,t)和光吸收系数的分布A(r)的关系可以表达为[3]

（1）

其中为等压膨胀系数，c0为光声信号在吸收体中的声速，cp为比热，I0为光强，r表示光声压的场点位置，表示光声源的位置，表示场点到源点的距离。

当纯水为某一温度时，超声在纯水中的声速为（比如水温为22℃，超声在纯水中的声速为1492.0m/s），在水听器的前面放上任一规则的组织，让激发的光声信号穿过，设组织的厚度为x，信号在组织中的声速为，通过测量光声信号在水中与组织中的传播时间差，可得出信号在组织中的传播速度，即可表示为：

即 （2）

3 实验结果与讨论

图1为吸收体和超声换能器都置于纯水中的实验装置图。科技论文。将脉冲激光(波长为1064nm,脉宽为8ns，脉冲重复频率为20Hz)均匀照射在样品上，产生光致超声。在水槽中通过移动、测量水听器(PrecisionAcoustics LTD，灵敏度为950nv/pa，接收面积直径为1mm)的位置，由示波器(TDS3032, Tektronix，最高采样率2.5G ，带宽 300MHz)、GPIB采集卡和计算机采集光声信号，记下光声信号的传播时间(实验中脉冲激光和示波器由同一触发源同时触发, 探测器接收到的光声信号相对触发信号的延迟时间就是光声信号从光声激发位置到探测器的传播时间)，可以计算出光声信号在水中的传播速度，由实验测量得，当水温为22℃时，声速为1492m/s，再将水温降低或升高，可以得到水的声速随温度的变化关系[4,5]。科技论文。实验中示波器的采样率为250MHz。

图1 声速测量实验装置图

在水听器的前面放上一些规则的组织，让激发的光声信号穿过，通过测量光声信号在水中与组织中的传播时间差，如图2所示，可得出信号在组织中的传播速度，比如超声在鱼肉中的声速为1541.7m/s，具体各种组织声速如表1所示。

由图2可以看出，超声在纯水（13℃）中传播的延时最长，即传播的速度最慢，在瘦肉中传播的延时最短，即传播的速度最快；而且信号在纯水中的峰峰值最大，为310mv，在瘦肉中的峰峰值最小，为84mv，说明信号在组织之间声速不匹配时，有很强的反射，当然另一方面信号在组织中传播时也有衰减[6,7]。

图2 光声信号在各种组织中的延时

 

生物样品 厚度(cm) 信号峰峰值(mv) 信号延时之差(µs) 声速（m/s） 纯水(13℃)  

信号与通信论文篇(6)

专 业：

姓 名：

学 号：

报告日期：

论文(设计)题目：

智能天线技术的基本原理及其music算法

指导教师：

论文(设计)起止时间：

一、论文(设计)研究背景与意义

智能天线是3g的一项关键技术，作为当今三大主流标准之一的td-scdma(time division-synchronous code division multiple access)是由中国自主提出使用的tdd方式的(时分双工方式)的第三代移动通信系统标准。td-—scdma的核心技术之一就是智能天线技术。在td-—scdma系统中使用智能天线技术，基站可以利用上行信号信息对下行信号进行波束成形，从而降低对其他移动台的干扰，同时提高接收灵敏度，增加覆盖距离和范围，改善整个通信系统的性能。

智能天线是一种多天线系统，它按照某种算法来对准期望信号，使得期望信号得到最大增益，而干扰信号被压制。　智能天线系统的核心在于数字信号处理部分，它根据一定的准则，使天线阵产生定向波束指向移动用户，并自动调整权系数以实现所需的空间滤波。智能天线需要解决以下两个关键问题：辨识信号到达方向doa(directions of arrinal)和数字波束赋形的实现。在对信号doa估计的算法中，作为超分辨空间谱估计技术的music(multiple signal classification)算法是最经典的算法之一。

本文针对3g的需求背景，研究智能天线技术及doa估计算法。随着移动通信用户数迅速增长和人们对通话质量要求的不断提高，要求移动通信网在大容量下仍具有较高的话音质量。经研究发现，智能天线可将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向doa(directions of arrinal)，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。同时，利用各个移动用户间信号空间特征的差异，通过阵列天线技术在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。在不增加系统复杂度的情况下，使用智能天线可满足服务质量和网络扩容的需要。

其实就是一种多天线系统，它按照某种算法来对准期望信号，使得期望信号得到最大增益，而干扰信号被压制。因此需要知道期望信号到来的方向，即doa。music算法是经典的用来估计波达方向的算法。

二、论文(设计)的主要内容

智能天线是一种安装在基站现场的双向天线，通过一组带有可编程电子相位关系的固定天线单元获取方向性，并可以同时获取基站和移动台之间各个链路的方向特性。智能天线的原理是将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使天线主波束对准用户信号到达方向doa(direction of arrinal)，旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向，达到充分高效利用移动用户信号并删除或抑制干扰信号的目的。

波达方向(doa,direction of arrival)估计是智能天线研究的一个重要方面,无论是上行多用户信号的分离,还是下行选择性发射,对用户信号doa的测定,都成为智能天线实现指向性发射的必要前提。在对信号doa估计的算法中,作为超分辨空间谱估计技术的music(multiple signal classification)算法是最经典的算法之一。本文主要介绍智能天线技术的基本原理，发展历程，技术分类，及智能天线对系统的改进和主要用途。写出均匀线阵的统计模型，研究music算法的基本原理，用matlab仿真实本课题的主要研究内容如下：

(1)介绍智能天线技术的发展历程、研究现状和技术分类;

(2)在均匀线阵的统计模型下研究智能天线技术的基本原理;

(3)重点研究music算法的基本原理，并用matlab仿真软件实现;

(4)分析music算法的估计精度，得出全文结论。

三、论文(设计)的工作方案及进度安排

第一阶段(XX年9月7日-XX年10月11日)查阅有关智能天线技术，music算法和matlab仿真等方面的资料，关注国内、外当前的先进技术和发展前景，积累知识。

第二阶段(10月12日-11月8日)对智能天线的工作原理进行详尽地分析，给出均匀线阵的统计模型，研究music算法的基本原理，学习用matlab实现仿真

第三阶段(11月9日-11月22日)用matlab编写程序，程序调试

第四阶段(11月23日-12月20日)整理资料，结合设计经历撰写论文，备战论文答辩。

四、参考文献

1) 刁鸣，熊良芳，司锡才，超分辨测向天线阵性能的计算机仿真研究，电子学报，XX no.5

2) 何子述，黄振兴，向敬成，修正music算法对相关信号源的doa估计性能，通信学报，XX no.10

3) 张贤达，保铮，通信信号处理，国防工业出版社，XX

4) 刘德树，罗景青，张剑云，空间谱估计及其应用，中国科学技术大学出版社，1997

5) 李旭健，孙绪宝，修正music算法在智能天线中的应用，山东科技大学，266510

6) 陈存柱，浅析自适应智能天线技术的应用，北京师范大学，100875

7) [美]s.m. 凯依 著，黄建国等 译，现代谱估计原理与应用，科学出版社，1994

8)徐明远， matlab仿真在通信与电子工程中的应用 XX

五、指导教师意见

指导教师签字：

年 月 日

六、答辩小组意见

信号与通信论文篇(7)

关键词：信号与系统；案例教学法；调频式收音机

基金项目：2013年校级教改项目；项目标号：20

TN911.6-4

信号与系统是电子通信类学科的专业课程，为后续的数字信号处理、通信原理、通信电子线路等专业课程奠定基础，提供基本理论和解决问题的方法等支持。该课程具有较强的实践应用背景，其所修理论知识和问题解决方法，将广泛应用于现代通信领域和自动控制领域等。因此，如何提高教学效果成为教学研究的重点。

案例教学法（Case method），又称“苏格拉底式教学法（Socratic method）”，主要强调的是自主学习、合作学习和探究学习。最初应用于法学和医学专业的教学中，现在已经广泛应用于会计、市场营销等教学领域。

案例为教学目标服务，所选案例要紧扣教学内容，应具有典型性，真实性。还要具有代表性和普遍性，具有举一反三、触类旁通的作用。典型的案例往往涉及的关系比较全面，有助于学生从各个方面对所学理论加以验证，从中得出正确结论。

通过真实典型的代表性案例，可以充分调动学生学习的主动性和积极性，有利于学生精神始终维持最佳状态，提高教学效果。

一、案例教学法在《信号与系统》课程中应用的可行性研究

案例法教学可以有效的激发学生的学习兴趣，培养学生分析问题、解决问题的能力，变被动的接受知识为主动的探索学习。

《信号与系统》课程主要以介绍基本概念和基本原理为主，对于首次接触专业领域的学生来说，学习起来有一定的难度，特别是在三大变换的必要性、调制解调、抽样定理等重点、难点内容上。传统的授课方式，容易养成学生被动学习的模式，势必会导致学习积极性的降低，随着课程v授内容增加，很多学生不解部分越来越多，容易学习疲劳。

而案例法教学则可以有效解决这一问题。可以将生活中常常出现的、侧重原理应用的内容以案例的形式引入教学中，引导学生对这些特殊的情景进行讨论分析，使本课程中的理论知识有着落点，理论联系实际，从实际应用引出理论学习的必要，之后再利用理论进一步指导实际案例的更好运用。

二、案例教学法在《信号与系统》中的应用

本校采用的是高等教育出版社出版的郑君里的《信号与系统》第3版教材。第3章傅里叶变换，主要讲述了傅里叶变换的定义、常用信号的傅里叶变换、常用傅里叶变换的基本性质等，也是培养学生时域到频域分析问题的关键。传统的讲授是以课本为主，注重推导理论，但繁多的公式，复杂的过程，对于初学者容易形成枯燥、沉闷的学习氛围。

案例教学的引入，可以有效的改变这一难题。根据教学大纲的内容，在授课之前规划案例。案例可以是单独的小知识点，也可以是综合性的。傅里叶变换这一章，重点和难点是傅里叶变换的定义、调制与解调、抽样定理等。

为了提高学习的积极性和主动性，培养学生的探索问题、分析问题、解决问题的能力，设计调频式收音机综合案例来解决这一难题。

在讲授第3章之前引出案例，在教师的引导下，以调频收音机为案例，在了解发射端和接收端的主要功能时，画出收音机的基本原理框图，如图1所示：

语音信号经过处理之后发射，存在的问题及解决方法：

（1）语音信号在基带传输中存在混叠问题

为解决这个问题，引入傅里叶变换3章第4节的内容傅里叶变换。傅里叶变换是把时域中的问题变换到频率域（简称频域）的一种变换域的分析问题的方法。语音信号在时域中是随着时间变化的无规则信号，但在频域中，发现语音信号是频带有限的信号。如图2所示：

通过傅里叶变换的学习，培养学生变换域解决问题的方法，开阔思路，为后续的拉普拉斯变换和Z变换打下良好的基础。

（2）如何在空间中传输多路信号，

通过学习傅里叶变换、常用信号的傅里叶变换、基本性质发现，可以采用调制来解决语音信号在基带的混叠问题。示意图3所示：

（3）接收端如何选出接收的某一路信号

在接收端，要选择频段，涉及滤波器的参数选取问题，对滤波器的分类、工作原理等，由此引出这一部分内容。

在本案例中则是选择带通滤波器选择某一路信号，进行解调，为了保证语音信号的质量，解调后信号经低通滤波器处理，再经过功率放大，通过喇叭播出。

由此不难发现，通过合适的案例，带着探索的问题，既可以在授课时，充分引起学生的学习兴趣，理论联系实际，充实理论，培养学生学以致用的观念，又避开只讲理论，造成学习动力不足，后继无力的现象，同时又可以培养学生的分析、综合、动手能力。

在系统学习完这部分内容，可以让学生利用MatLab软件进行仿真，也可以利用电路元器件进行实际电路的设计与实现。真正做到理论与实践的有效结合，提高学习的主动性和创新性，使课堂教学实践教学和自主学习等高效的结合起来，互相支撑，相辅相成。

三、总结

《信号与系统》是一门学科基础理论课程，主要以基本概念和基本理论，基本分析方法为主，培养学生的变换域分析问题的思想。而传统教学模式，不利于学习兴趣的提高，探究问题的培养。

案例式教学法以现实生活中常见的案例，将枯燥的理论知识运用到实际的生活中，可以有效的提高学生分析问题、解决问题的能力，利于创新思维的培养，使教学活动变得有趣、实用、生动、高效。从而提高教学效率、保证教学质量，是提高信号与系统课程授课效率的有效的教学方法之一。

参考文献：

[1]刘学柱，刘海英.高职院校信号与系统课程教学改革与实践【J】.中国教育技术装备，2013，303（9）：77-81.

[2]孙明.《信号与系统》课程案例教学方法研究【J】.武汉大学学报（理学版），2012，58（S2）：173-176.

[3]张文明，罗鹏飞，谢晓霞，蔡宣平.“随机信号分析与管理”案例式教学研究【J】.电气电子教学学报，2013，35（5）：63-65.