信号与通信论文范文

信号与通信论文篇1

关键词　信号与系统　调制　解调　LabVIEW

中图分类号：G424 文献标识码：A

0 引言

信号与系统是电子信息专业必修的一门重要专业基础课程。也是一门难学难教的课程，一方面由于该课程具有不同于先修课程的思维方式，而且数学能力要求比较高，其内容涉及到例如线性微分方程、积分变换、复变函数、离散数学等多门数学课程的内容，所以学生感到难学；另一方面由于该课程对理论和实践两个体系都有很高的要求。而学生缺乏对实际系统的感性认识，抽象难于建立系统模型，课程中大量的繁杂而应用性较强的内容不能实际动手设计、调试、分析，严重制约了教学效果。为了使学生有更多的机会把所学到的基本理论与实际问题结合起来，提高学生分析、解决问题实际能力，为今后工程应用打下基础，我们迫切需要对现有的教学方法、教学手段进行改革。利用目前工程界流行的仿真软件LabVIEW进行信号与系统仿真分析与设计，对电子信息专业学生具有重要的意义。

1 信号的调制与解调基本概念

1.1 调制原理

带通通信系统都是以正弦波为载波，调制的一个重要目的就是将信号的频带搬至给定的信道中，以幅度调制为例。如图1。

1.2 解调原理

从调制信号中恢复出信号的过程称为解调，分相干和非相干两类。采用相干解调时，接受机将对接收信号进行相位估计，在理想情况下，从中得到一个与到达信号的载波同频同相的参考信号为本振信号，本振信号与到达接收机的信号混频后，再经一个低通滤波器就可把原始基带信号恢复出来。如图3。

可见，经过低通滤波器后，上式中的第二项被滤除，仅留下第一项，即为原始基带信号。

2 实现信号的调制与解调的仿真

2.1 LabVIEW介绍

利用LabVIEW提供的模板VI程序完成信号的调制与解调的仿真，LabVIEW是一种以数据流驱动的图形化编程语言代替文本编程语言创建应用程序的开发工具，可用于测量、过程控制和数据分析。其数学分析库中包含了数以百计的VI程序，能够进行各种时域与频域信号分析，是信号分析与仿真的理想工具。

2.2 LabVIEW编程设计

通过LabVIEW的VI程序框图，调用函数模板（ Function Palette）中各功能模块构成仿真框图，在仿真过程中，可以双击各功能模块，随时改变参数，获得不同的仿真效果。本文使用10.1Hz低频正弦信号作为被调制的基带信号，信号幅度由可调的数字控件Am控制，并加上一固定直流偏置（+10），及一个可调的直流电平数字控件1。载波频率为101Hz的正弦信号，将得到的调制信号用相干载波相乘后经低通滤波器即恢复出原基带信号。我们取Am = 2，1 = -6可得到信号调制解调波形如图5。可见经过调制、解调、滤波后可恢复原基带信号。

3 结束语

LabVIEW的实际涵盖内容非常深和广，完全可以满足复杂的工程计算和分析的要求，对于电子信息专业的学生，这个非常有用的工具，将使我们从繁琐的底层编程中解放出来，使信号处理及实现的效率大大提高，把更多的时间花在解决问题上，无疑会提高工作效率。

我们用LabVIEW仿真软件对信号与系统课程相关理论结合工程实际进行仿真，无疑从另一方面为教学提供了一个很好的平台。它不仅帮助学生理解和掌握该课程相关理论，同时通过这种仿真实验提高了学生动手能力。我们力图通过信号与系统课程教学模式的改革，探索多维度学生能力培养的内容及途径。为学生今后进一步学习信号处理、网络理论、通信理论、控制理论等课程打下良好的基础。

参考文献

[1]　管致中.信号与线性系统[M].北京:高等教育出版,2004.

[2]　金波,凃玲英.信号与系统基础[M].武汉:华中科技大学出版社,2006.

[3]　李正周.MATLAB数字信号处理与应用[M].清华大学出版社,2008.

[4]　张洪涛,万红.数字信号处理[M].华中科技大学出版社,2007.

信号与通信论文篇2

关键词：信号与系统；教学内容优化；教学方法改革

作者简介：周磊（1980-），男，江苏邳州人，南通大学电子信息学院，副教授；肖小庆（1978-），女，江苏如东人，南通大学电子信息学院，副教授。（江苏 南通 226019）

基金项目：本文系南通大学教学研究课题（课题编号：2011B37）、南通大学教学研究课题（课题编号：2012B028）、江苏省青蓝工程项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）09-0094-02

“信号与系统”课程是南通大学（以下简称“我校”）电子信息学院电气信息类专业本科生的一门重要的专业基础课程。本文将在强化基本概念与理论知识的基础上，探讨“信号与系统”课程教学内容的优化以及教学方法的改革研究。

一、基于信号分析与处理类课程群的“信号与系统”教学内容优化

教学改革的重点是教学内容的改革。“信号与系统”以“电路”等课程为基础，讨论确定性信号和线性时不变系统的基本概念和基本分析方法，同时与“电路”、“数字信号处理”、“现代控制理论”等课程相互交叉，如何处理与这些课程的交叉内容是进行“信号与系统”教学内容优化的关键。

第一，“电路”课程中将电路作为具体的系统分析对象，研究其各点电压、电流的关系，其中涉及了“信号与系统”课程中的系统函数、复频域分析、系统零输入响应和零状态响应、冲激响应等重点教学内容。在处理交叉内容时应当注意到两门课程局部与全局、具体与抽象的关系。比如，在“信号与系统”课程中讲授由系统模型得到系统的动态响应，可结合具体的电路根据动态元件的储能情况说明各种响应的物理意义，加深学生对抽象概念的理解。同样，由于冲激信号的概念比较抽象，但它作为基本信号是信号和系统分析中必不可少的知识点。因此，冲激信号以及冲激响应的内容需要在“信号与系统”课程中讲授，如果在“电路”课程中讲授会使学生难以理解。[1]

第二，在“数字信号处理”课程中，离散信号与系统的时域以及Z域分析也是“信号与系统”中离散信号与系统分析必不可少的教学内容。在后续课程“数字信号处理”这部分重叠的教学内容该如何处理呢？应该注意到，离散信号与离散系统分析在先修课程“信号与系统”和后续课程“数字信号处理”之间起到了非常重要的承上启下作用，应该安排适当的学时进行这部分内容的复习，简要介绍离散时间信号时域和频域分析的基本理论、信号的时域抽样定理和频域抽样定理、离散时间系统Z域分析的基本理论和系统函数，以保证“数字信号处理”课程学习的顺利进行和知识体系的完整性。[2，3]

第三，“现代控制理论”课程主要以状态空间表示方法为基础，以线性系统为基本分析对象，研究其能控性、能观性、稳定性、极点配置和观测器等分析与设计问题。“信号与系统”课程主要以信号的时域和变换域分析为基础，以实现系统分析的目的。在“信号与系统”课程中删除系统状态空间方法描述不会影响课程知识体系的完整性，而该方法是“现代控制理论”课程必不可少的基础。此外，“信号与系统”中对于经典方法求解系统时域响应的内容也不需花费过多课时讲授，这部分内容可在“现代控制理论”课程中控制系统状态空间表达式的解部分进行补充。

二、理论与实验相结合的“信号与系统”教学方法

“信号与系统”课程理论性强，同时又是一门应用性极强的课程。因此，需要合理地安排理论教学，有效地加强实验教学环节，实现课程的理论教学与实验教学相结合。通过科学合理的设计基于MATLAB的“信号与系统”课程实验教学内容，不仅可以加深学生对课程基本理论、方法的理解，培养学生的学习兴趣，同时还能够提高学生工程实践能力和综合素质。[4]

1.多媒体课件与理论教学相结合的课堂教学方法

众所周知，采用多媒体课件教学与传统的教学方法相比，不仅可以减少教师的重复劳动，而且图文并茂，形象逼真，从而有效地激发学生的学习兴趣，提高教学效果。另一方面，MATLAB是美国MathWorks公司出品可用于数值计算、可视化及编程的高级语言和交互式环境，广泛应用于信号处理和通信、图像和视频处理、控制系统、测试和测量等众多应用领域。由于“信号与系统”中有许多概念比较抽象，如频谱、卷积、滤波等单靠口头讲解，学生很难理解，如果教师能够充分利用MATLAB软件制作多媒体课件在课堂上进行演示，实现抽象概念形象化，就会达到意想不到的效果。此外，利用多媒体的同时还应结合板书等传统教学方法，以达到更好的教学效果。

2.课程实验内容及要求

为了加强学生对“信号与系统”课程的基本概念和基本原理的理解和巩固，形成具体的认识，促使理论教学和实验教学成为有机的整体，应该以课程理论教学为主线，结合课程的理论教学内容设计适当的课程实验。为此，笔者将设计如下六个方面的验证性实验：信号的表示和运算、系统的时域分析、信号的频域分析、系统的频域分析、信号抽样与恢复以及系统的复频域分析。具体实验内容和要求如表1所示。

由以上的实验图形可以非常直观地看出当ωs=ωm时采样信号并不能很好的恢复原系统，而且两个信号之间的绝对误差也可以清楚地显示出来。通过完成上述设计的验证性实验，大部分学生都能熟练掌握课程的各个知识点。

3.课程实验教学方法与考核方式

尽管现在很多工科院校将MATLAB引入“信号与系统”课程的实验教学中，但由于学时受到很大的限制，实验课程学时相对较少，实验设计多为理论验证型实验，而综合性及设计性的实验内容安排很少。因此，在课程实验教学方法方面，笔者认为对于基础性的实验可以鼓励学生按照实验内容及要求课后在计算机上自主完成，实验课时教师进行简单演示，这样可以腾出一部分时间安排其他提高型的实验。比如让学生改变实验中的某个或某几个参数，看看这些参数对结果产生怎样的影响。这类研究型实验的目的是教给学生研究的方法，培养学生学习的兴趣。教师在选择研究型实验内容时要注意把握难易程度，尽量选择适合大部分学生的实验内容。此外，为了使学生对所学知识融会贯通达到整体把握，还应该适当设计综合性实验。同时考虑“信号与系统”基本理论和方法与实际系统或者信号相联系，增强学生将课程理论知识应用于工程实际的能力。比如，通过设计对语音信号的采样与频谱分析的综合实验，可以使学生深入了解傅里叶变换的物理意义，从而有效地提高学生的综合素质和知识的实际应用能力。[5]同时要求将这些实验结果总结到实验报告中，有助于加深学生对理论知识的全面理解，提高学习的积极性和主动性。在课程考核方式上，可以采用理论知识加实验环节的综合考核办法，适当提高实验环节所占的比重（20%～30%），有助于提高学生的动手能力和创新能力，在实践中理解和提高。

三、结束语

本文深入分析了“信号与系统”与其他信号分析与处理类课程的教学内容相互交叉关系，结合对课程的深刻认识和教学经验总结，探讨了课程教学内容筛选和组织优化的处理方法。同时提出将MATLAB软件应用于多媒体课堂教学，以及对基于MATLAB的课程实验教学内容进行合理地安排，给出了理论与实验教学相结合的课程教学方法改革措施，在“信号与系统”课程的教学实践中取得了较好的教学效果。在以后的教学过程中，笔者将继续注重学生综合素质、创新能力的培养，不断探索课程教学内容优化与教学方法改革的研究。

参考文献：

[1]赵立岭.从课程群的角度谈“信号与系统”课程内容的处理[J].赤峰学院学报（自然科学版），2012，7（4）：220-222.

[2]刘洪盛，朱学勇，彭启琮.“数字信号处理”和“信号与系统”两课重叠内容的处理方法探讨[J].电气电子教学学报，2004，（6）：40-42.

[3]陈后金，胡健， 薛健，等.信号处理系列课程的改革与探索[J].中国大学教学，2008，（9）：36-39.

[4]刘锋，段红， 熊庆旭，等.信号与系统实验教学改革[J].实验技术与管理，2008，28（3）：218-220.

[5]姜明新，李敏.“信号与系统” 综合设计性实验教学的探索与实践[J].大连民族学院学报，2011，1（5）：516-520.

信号与通信论文篇3

【关键词】小波双谱;小波变换;特征提取

引言

当机电设备出现故障时，通常伴随着非线性耦合现象的出现，且振动信号呈现出非高斯特性。高阶谱是分析非高斯信号的有力工具，它从更高的概率结构表征信号，弥补了二阶统计量（功率谱）。双谱是高阶谱中最常用的一种信号分析方法，传统双谱是以傅里叶变换为基础，然而傅里叶变换是建立在信号平稳性假设条件下的一种时域和频域的全局性变换，它对于非平稳信号则能力有限，不能很好地揭示非平稳信号的特征[1]。小波变换的优势在于分析非平稳信号时具有明显的时频局部化，可有效地增强隐藏在机械信号中的瞬态信息提取。将小波变换与双谱分析方法相结合，发挥小波变换与高阶统计量信号处理方法各自的特点，产生了小波双谱理论。小波双谱能够把时间平均减小到最低而检测出非线性耦合，而同时能满足对冲击脉冲、间歇性的信号的分辨能力，尤其适合对含有噪声信号的特征提取[2]。本文从传统双谱、小波变换理论出发，重点研究小波双谱理论方法，详细介绍小波双谱信号处理算法流程。

1.小波双谱方法理论

小波双谱方法思想源于传统双谱定义，以小波变换为基础，替代了传统双谱中以傅里叶变换为基础的定义。本文从理论上分析传统双谱、小波变换、小波双谱理论。

1.1 双谱基本理论：双谱是属于高阶谱范畴，双谱即为三阶谱。对于一个离散时间的确定性信号，双谱（bispectrum，BS）的定义[3]为：

（1）

是信号在处的傅里叶变换。是的共轭函数。双相干（bicoherence， BC）定义为：

（2）

其中是信号在处的功率谱密度函数。

1.2 连续小波变换理论：B.Ph.van Mil-ligent[6]指出小波双谱理论采用连续小波变换，本文选用morlet小波进行分析。

被认为是近年来在工具和方法上有重大突破的小波变换，为非平稳信号分析展示了美好的前景。由基本小波或母小波通过伸缩a和平移产生一个函数族称为小波，定义如下：

（3）

式中a是尺度因子，有;是时移因子。

函数f（t）的小波变换如下式：

（4）

由上式可知，小波变换是用小波基函数代替傅里叶变换中的基函数而进行的内积运算。在信号处理中，小波变换的实质是以基函数的形式对信号x（t）分解为不同频带的子信号。

本文选用morlet小波，其函数表示如下

（5）

式中fb表示带宽参数，fc表示小波中心频率。

1.3 小波双谱方法：类似于传统双谱的定义，小波双谱（wavelet bispcetrum ，WBS）定义为：

（6）

其中Wf表示对函数f（t）进行的小波变换，积分是在一定时间间隔上进行的。W*f是Wf的共轭函数。其中尺度a，a1，a2满足以下的关系式：

（7）

小波双谱计算的是在时间间隔T中函数f（t）的尺度a，a1，a2小波成分的相位耦合量。因为尺度a能解释成反频率，满足关系式，所以小波双谱也可理解为满足频率分辨率下小波频率之间的耦合量，即小波双谱用以检测信号中两个频率成分的二次相位耦合关系。其中二次相位耦合定义为在信号中的两个频率，，与它们的和（或差）同时存在，即（或），同时它们的相位和（或差）为常数，则称这种关系为二次相位耦合关系。

类似于BC的定义，小波双相干（wavelet bicoherence， WBC）的定义为：

（8）

小波双相干，即是归一化小波双谱，用以定量检测信号中存在的二次相位耦合关系，其中幅值在0到1之间取值。为了便于理解，小波双相干通常在平面内做图，而非在平面内做图。小波双相干的物理意义是：频率，二次相位耦合产生的能量在处总能量中所占的比例。

2.小波双谱算法

依据小波双谱理论方法，小波双谱信号处理算法的步骤如下：（1）截取所分析的数据长度为N，对该数据减去其均值。（2）计算小波变换时间序列。通过选定合适的连续小波函数，设置其带宽系数fb与中心频率fc，同时设置对分析数据所要进行小波变换的频率与时间范围，频率通过关系式转化为尺度范围，然后对分析数据按照式（4）进行小波变换，得到小波变换后的时间序列。（3）计算小波双谱。将步骤2得到的小波变换序列按照式（6）和式（8）计算所分析数据的小波双谱、小波双相干值。4生成图形。将步骤3所得的小波双谱、小波双相干、与求和小波双相干值生成在频率域中的图形。观察图形，如果满足检测的要求与频率分辨率的要求，整个小波双谱算法结束;如需改变检测要求与频率分辨率的要求，则重新选择小波函数与设置其小波参数，同时调整分析的频率范围，重新对分析数据进行连续小波变换，计算小波双谱值。

3.结论

信号与通信论文篇4

关键词：《信号与系统》；课群建设；实践

引言

《信号与系统》是电气信息类专业本科生必修的专业基础课程，目前许多重点高等院校将它作为相关专业硕士研究生入学考试的课程。《信号与系统》这门课程体现了事物本质在物理概念、数学概念、工程概念三者相结合的产物。该课程以高等数学、复变函数、电路原理、概率论与数理统计课程为基础，是学生在学习后继专业课程如数字信号处理、DSP原理及开发应用、现代信号处理、通信原理、自动控制原理等课程的先修课程，所以《信号与系统》这门课程在教学环节中起着承上启下的重要作用，其教学质量不仅直接影响到学生对后续课程重要概念的理解和分析解决工程问题的能力，也对通信、雷达、测试、控制、生物医学工程等众多学科和工程领域起着不可低估的作用。有必要建立《信号与系统》的课程群。

1 针对高校信号与系统课群建设亟待解决的问题

《信号与系统》和《数字信号处理》作为我院电子信息工程专业的专业基础平台课，目前授课对象仅为电子信息工程专业，专业涉及面窄，与其自身的强大功能不相符；其次信号与系统作为学科基础课和数字信号处理作为专业主干课在课程开设时，为求自身体系的完整性，存在有内容重复，衔接不合理、内容综合不够、理论与实践严重脱钩等问题；再次随着信息技术的快速发展，正面临着“教什么，如何教；学什么，如何学”的严峻挑战和实现从知识型人才转变为应用型、综合型、创新性人才培养模式的思考，如何实现《信号与系统》和《数字信号处理》的授课内容与学科的发展同步及如何有效利用科学技术的发展实现理论与实践的统一是急待解决的问题。

2 课群建设的实施

2.1 课群建设的总体思路

2.1.1 教学课程的改革与整合：系统的分析《信号与系统》和《数字信号处理》两门课程自身的特点，进行有机的整合，信号与系统与数字信号处理两门课程的教学内容有着密不可分的内在联系，其中心是通过对各种不同信号的分析，实现信号的处理，达到所希望得到的信号，注重学生综合应用知识能力和自主学习能力的培养；同时针对信息技术的发展，介绍其在新兴学科和领域中的应用，进一步激发学生的学习兴趣。2.1.2 教学方法的改革：针对《信号与系统》和《数字信号处理》两门课程计算公式多、概念多、变换多等特点，注重能力培养与和学科互动，充分利用计算机技术、多媒体技术和各类仿真软件的最新成果，采用灵活的教学手段，既能展现课程的重点难点问题，又能实现师生互动，突出基本原理中所蕴含的数学概念、物理概念和工程概念，实现学生能力的提升。2.1.3 实验手段的改革：实验课时的安排是提高学生学习兴趣和学习能力的重要环节，是实现理论与实践有机结合的重要保证，因此针对两门课程的特点，分别安排借助Matlab编程知识进行验证性实验和综合设计性试验，解决理论与实践，强化学生的自我学习能力，理论上与分别于《信号与系统》和《数字信号处理》两门课程应用并行。2.1.4 课程体系的改革：针对信息处理技术的发展，在两门课程的基础上，增加Matlab应用、EDA技术和DSP技术等，形成完善的课群体系，在教材上以“易教易学和强化培养学生的工程能力和创新能力”为出发点，精选内容、加强基础、例题典型、重点突出；在文字上力求简洁明了、易教易学。

2.2 课群内各课程之间的优化整合关系

2.2.1 优化信号与系统和数字信号处理两门课程的学习内容。信号与系统主要讲授两大信号（连续时间信号与离散时间信号）的时域与变换域、两种系统（连续时间和离散时间系统）、三大变换（傅里叶、拉普拉斯、Z变换）的具体知识点需要重点讲授，系统的状态变量分析只做一般讲解。数字信号处理主要讲述离散时间信号的时域和变换域分析、离散傅里叶变换（DFT）利用时域抽样定理和频域抽样定理实现时域到频域的映射关系、基于时间和频率抽选奇偶分解的快速傅里叶变换（FFT），接着讲述无限和有限冲激数字滤波器对信号的具体实现，完成信号滤波处理的功能。2.2.2 基于MATLAB的仿真实验在课程群建设的重要性。MATLAB仿真的应用中数字信号处理工具箱的运用使得系统分析、信号的谱分析、数字滤波器的设计方面应用更为普及和广泛，应用MATLAB可以很容易地进行信号与系统的傅立叶分析、卷积运算、滤波器设计、信号滤波等工作，在信号系统的课程中安排验证性实验偏重于理论与实验的统一，在数字信号处理课程中安排综合性实验偏重于创新能力的培养。MATLAB基础及应用的理论与实践教学能够有效提高学生对数字信号进行处理的应用能力，对于分析问题、解决问题、创新能力的培养有很大的积极作用。2.2.3 EDA课程设计在课程群建设中的主导性。EDA课程设计，主要通过应用两个工具软件-Protel2004和MATLAB7.0，完成电子线路的制版和线路仿真工作，图文并茂、易学易懂，在课程设计的选题方面学生自主性选题、集思广益的探讨方案，教师以启发为主、指导为辅。学生能够有效地完成信号与系统的整机软硬件联调工作，提高自身的学习能力。课程设计的题目难度适中，展示课群的实践性和实用性，激发学生真正体会到成就感。

建立《信号与系统》课程群，使理论课与实验课相互补充，加之课程设计做为实战性的锻炼，学生的学习更加系统化、体系化。课群建设前后的课程对比如表1所示。

2.3 课群的主要教学方法

2.3.1 调整课程教学内容，加强基础，更新内容，拓展知识面，及时与学生沟通，了解教学效果，及时修正教学内容和课时安排。2.3.2 配合教学内容，具有直观教学效果的板书结合具有立体演示效果强特点的CAI多媒体课件，理论联系实践实现互动式教学。达到最佳的教学效果。2.3.3 加强实践环节，提高学生动手能力，通过举行“信号与系统及Matlab应用知识竞赛”等，通过自己动手完成系统的设计和仿真，拓展传统实验的广度和深度，激发学生学习兴趣，提高软硬件联调能力，完成综合素质的培养。2.3.4 在网络平台上提供多媒体电子教案、CAI课件、网络视频等，将全部的授课内容扩展上网，实现网络与实际教学的同步更新，并开设奖励机制、网上问答机制等。

结束语

随着电子科学和与计算机技术的发展，本文对于信号与系统课群的建设从研究目标、研究内容、教学方法提出了大胆的尝试，课群的建设“以学生为根本，培养能力为核心”笔者通过在教学实践中不断地摸索与实践，对于学生学习的主动性与创新性已经取得了阶段性的成果，但还需配合教学体制的多方面协调才能取得最佳效果，为适应时代科学技术的飞速发展与大量的应用性人才培养做出自己的贡献。

参考文献

[1]张谨，赫兹辉.“信号与系统”.北京：人民邮电出版社，1985.

[2]郑海峰.独立学院数字信号处理教学改革思路[J].科技资讯，2010，20：184.

[3]陈怀琛.MATLAB及其在理工课程中的应用指南.西安：西安电子科技大学出版社，2000.

信号与通信论文篇5

关键词：数字信号处理 教学改革 知识网络

中图分类号：G71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0180-01

数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又应用领域非常广泛的新兴学科。随着计算机技术和数字信号处理器件的飞速发展，数字信号处理的理论和方法得到了广泛的应用，如在音频处理、图像处理、雷达声纳信号处理等领域都有大量的使用。因此，越来越多的高等院校开设《数字信号处理》课程作为通信与电子信息类专业学生的一门重要专业基础课。然而，由于这门课理论性强，公式推导复杂，学生常常觉得枯燥难学，直接影响了他们的学习兴趣，从而很大程度上降低了课程的教学效果。因此，为提高学生的学习积极性，改善该课程的教学效果，我们对本课程从理论教学与实践教学两个方面进行了有针对性的改革探讨。

1 理论教学改革

1.1 淡化数学推导，注重概念物理含义的阐述

《数字信号处理》这门课涉及到的公式繁多，概念抽象。由于大量结论由数学推导方式得到，学生往往过于注重结论的数学推导过程，而没有理解各种数学公式所包含的物理含义。针对这种情况，在概念与公式的讲授中，要避免通篇繁琐的数学推导，需要特别强调基本概念、基本原理等方面的物理含义阐述和定性分析。

1.2 采用多媒体与板书相结合的教学方法

由于《数字信号处理》这门课理论性强、概念抽象，对于学生来讲比较枯燥难学。因此，考虑利用现代多媒体的教学手段，将抽象的概念通过动画、声音、图像等方式展现出来，使学生能够很容易理解概念的内涵。另外，采用多媒体的教学方式，还需要与板书这种教学形式相结合。《数字信号处理》这门课数学公式推导较多，如果省去板书推导，直接给出结论，学生接受起来将会很困难。因此，为了帮助学生对结论的理解和接受，有必要适当加入板书推导。

1.3 构建知识网络，建立各知识点之间的联系

《数字信号处理》这门课，知识点多而复杂，学生往往对各个知识点之间的联系搞不清楚。实际上，数字信号处理课程系统性很强，各个知识点是紧密联系的，可以通过构建知识网络的方式加强知识点之间的联系。比如：对于离散时间信号分析中介绍的DFS、DTFT、DFT等变换，通过图1构建的知识网络，可以使学生理解这几种变换之间的逻辑关系，便于学生对知识的理解与掌握。

1.4 通过建设网络教学资源，使教学资源共享化

将课程的教学大纲、教案、习题、课件、参考文献等教学资料在Internet上开放，实现教学资源共享。通过开设网络辅导、网上课程研讨、网上交付作业与实验报告和优秀作业展示，建立例题解答范例库和自测试题库等方式，可以方便学生自学和开展远程教学，使书本内容与教辅网站的参考资料相结合。教学资源的共享化可以使教学内容的广度和深度得到明显提高，为学生自主学习提供广阔平台。

2 实践教学改革

2.1 Matlab软件在《数字信号处理》教学中的应用

Matlab（矩阵实验室）是目前高等院校与科研院所广泛使用的优秀应用软件。为配合数字信号处理课程教学，在Matlab软件环境上可以进行数字信号处理实验教学平台的开发，将抽象的理论和概念用易于理解的可视化图形演示给学生看，通过这种方式，学生对数字信号处理课程基本概念、基本原理的理解会进一步加深。

2.2 将LabVIEW软件应用于《数字信号处理》教学中

LabVIEW是美国国家仪器公司（National Instru-ments，NI）推出的一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程软件。在数字信号处理教学中，利用LabVIEW软件自带的信号处理套件，学生只需要拖放图形控件，便可轻松快捷地开发出人机界面友好、操作方便的应用程序，将书本上理论性较强的知识转换成直观的图形，从而加深学生对理论知识的理解，提高他们的学习兴趣。

2.3 CCS软件在《数字信号处理》实践教学中的应用

CCS是美国得州TI公司推出的DSP系统的一种开发软件，是目前使用最为广泛的DSP开发软件之一。在实践教学中，基于DSP技术在CCS开发环境下可以实现数字信号处理的理论与算法，观察其动态仿真过程，并可以将调试好的算法代码下载到DSP芯片中运行。采用CCS软件开发DSP实验，既可以加强学生对数字信号处理基础的掌握，又可以锻炼学生的工程实践能力，达到理论与实践的有机结合。

3 结语

《数字信号处理》作为电子信息类专业的重要基础课，普遍被学生认为是难点课程。为获得较好的教学效果，结合学校实际情况，对该课程在理论教学和实践教学两个方面进行了改革的探索与尝试。在理论教学中，通过现代多媒体的教学手段，使学生透彻理解各个知识点及其物理内涵，并通过构建知识网络的方式建立各个知识点之间的联系，便于学生对知识点的理解与掌握。另外，通过建设网络教学资源，使教学资源共享化，以方便学生进行自主学习。在实践教学中，采用matlab、labview等仿真软件对教学过程进行优化，可以加深学生对理论知识的理解。另外，采用CCS软件开发DSP实验，可以锻炼学生的工程实践能力，达到理论知识向实践能力的转化。通过理论与实践两个方面教学改革的探索，学生的学习兴趣得到了普遍的提高，该课程的教学效果也得到了很大程度的改善。

参考文献

[1] 胡广书.数字信号处理[M].北京：清华大学出版社，2003.

[2] 候国屏，王珅，叶齐鑫.LabVIEW 7.1编程与虚拟仪器设计[M].北京：清华大学出版社，2005.

信号与通信论文篇6

［关键词］信号与系统GUI演示系统卷积傅里叶级数

［中图分类号］TP319；G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）09-0078-02一、引言

信号与信息处理学科是国内众多院校多年来重点建设的学科，对人才培养和科学研究都起着不可或缺的作用。而信号与系统是学科建设发展的基础支撑，对电子工程专业的发展起着重要的作用。信号与系统课程作为电子信息工程、通信工程、自动化等专业的一门重要的专业基础主干课程，与后续的许多专业课,例如数字信号处理、通信原理、图像处理等,有很强的联系，它也是电子信息类研究生入学考试的必考课程之一。

但是由于信号与系统课程知识点多,概念比较抽象,公式和理论推导相对较多,学生学习这门课程的时候感到有一定的难度，学习的积极性和学习质量都受到一定的影响。如何将信号与系统课程中抽象的概念、原理及分析方法设计成便于学生学习和理解的可视化演示系统，是信号与系统课程教学中值得探讨的重要课题。[1][2][3]

本文将在Matlab 开发环境下，完成信号与系统课程的可视化GUI演示系统设计，包括前台界面设计和后台算法程序设计。通过将信号与系统课程中的理论交互式地演示给学生，帮忙学生对课程中的抽象概念和定理有直观的认识和深入的理解。

二、基于Matlab的信号与系统课程GUI演示系统框架

Matlab 是一种高级技术计算语言和交互式环境，广泛应用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算等领域。它将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数。MatIab中图形用户界面GUI具有强大的功能，由窗口、光标、按键、菜单和文本等对象构成，可以通过编程控制各个控件之间协调工作。图形用户界面开发环境（GUIDE）提供了一系列创建GUI的工具，极大简化了GUI设计和生成的过程。

本信号与系统课程GUI演示系统主要包括信号与系统课程中的以下内容：信号的基本运算（相加、相乘、微分、积分、反转、平移、尺度变换等）、信号的卷积运算（包括连续信号的卷积积分运算和离散信号的卷积和运算）、连续及离散时间线性时不变系统LTI、采样定理、周期的连续信号和离散信号的傅里叶级数的展开、数字信号处理中的滤波器设计。系统框架图如图1所示。

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图1基于Matlab的信号与系统课程GUI演示系统框架图

基于Matlab的信号与系统课程GUI系统的主界面如图2所示。

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图2 基于Matlab的信号与系统课程GUI演示系统主界面

三、基于Matlab的信号与系统课程GUI演示系统实例

下面将以GUI系统中信号的卷积运算和周期信号的傅里叶级数表示为例，介绍该系统的使用。

（一）信号的卷积运算

卷积运算是计算LTI系统零状态响应的基本工具，是分析线性系统的基础。针对连续时间信号，卷积积分的定义式为：

f（t）*h（t）=■ f（τ）h（t-τ）dτ （1）

针对离散时间序列，卷积和的定义式为：

f ［k］*h［k］=■ f ［n］h［k-n］ （2）

可见，卷积积分/卷积和的运算可以分解为反转、平移、相乘、积分/相加。

通过点击主界面上的“signal convolution”按钮，可以进行卷积积分和卷积和的演示。

首先，在“select signal types”的下拉框中可以选择信号的模式：连续信号或离散信号，并选择信号的输入模式:选择模式或输入模式。我们这里选择了离散信号和选择f ［k］=k（u［k］-u［k-6］和h［k］=u［k］-u［k-6］模式。然后点击“update the data and model”就可以在“select f（t）”和“select h（t）”中选择f（t）和h（t）的表达式，我们这里选择了和。点击“convolution result”按钮后，在右下角的“convolution result y（t）”中将出现卷积的结果。通过选择右上角的平移的数值，我们可以根据卷积运算的每一步及每一步所对应的结果。信号的卷积运算的界面如图3所示。

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图3信号卷积运算界面

（二）周期信号的傅里叶级数表示

任何周期函数都可以用正弦函数和余弦函数构成的无穷级数来表示，并称之为傅里叶级数表示，将周期信号进行傅里叶级数表示是分析周期信号的基础。傅里叶级数在信号处理、概率论、声学等领域都有着广泛的应用。

通过点击主界面上的“Continuous-time Fourier series”按钮，可以进行连续时间周期信号的傅里叶级数表示的演示。

首先，在“choose the signal type”的下拉框中选择信号的模式：方波、锯齿波、三角波，选择后右上角的“waveform of the signal”中就会显示出所选择的波形。然后通过选择傅里叶级数系数的个数，来利用有限个正/余弦信号完成对周期信号的重建。同时显示出重建信号的幅度频谱和相位频谱。我们可以观察到，随着所选系数个数的增加，傅里叶级数部分和对原始波形的近似程度不断提高，但在不连续点处，存在起伏，且起伏的幅度不随所选系数的个数的多少而发生变化，即吉布斯现象。此外，还可以观察到当周期信号的波形具有某种对称性时，其相应的傅里叶级数的系数所呈现出的特征。例如，当周期信号为奇对称信号时，其幅度频谱为偶对称，而相位频谱为奇对称。即傅里叶级数的系数为纯虚数，虚部为奇对称的。周期信号的傅里叶级数表示的界面如图4所示。

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图4周期信号傅里叶级数表示界面

四、结论

本文构建了基于Matlab的信号与系统课程的GUI演示系统，以交互的方式对信号与系统中的重要内容进行了可视化仿真。该系统有助于帮助学生将抽象的概念形象化，将枯燥的理论可视化，易于学生的理解和接受，对提供课程的教学效果有着积极的作用。

［参考文献］

［1］林霖,杨丰,张志德. 基于Matlab的“信号与系统”课程演示软件的应用［J］.电气电子教学学报, 2009（5）:98-100.

［2］杜世民,杨润萍.基于Matlab GUI的“信号与系统”教学仿真平台开发［J］.实验技术与管理, 2012（3）:87-90.

信号与通信论文篇7

摘 要：列车运行自动控制技术是轨道交通信号与控制专业的一门非常重要的专业课。本文首先介绍了列车运行自动控制技术课程的主要内容，以及该课程的部分缺陷，然后，提出在理论课程中增加相关的上机实验教学内容、采用系统的理念和方法来讲授该课程，以及结合具体的信号设备来介绍该系统的功能等方法，丰富教学内容，提高教学质量。最后，为了更好地完成该门课程的教学目标，本文设计并开发了一套基于上海轨道交通9号线的CBTC仿真系统用于学生的上机实验。

关键词：列车运行自动控制技术 CBTC 教学改革 上机实验

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（a）-0000-00

作者简介：徐纪康（1983-），男，浙江嘉兴人，讲师。

罗钦（1982-），男，湖南浏阳人，讲师。

肖曼琳（1981-），女，四川德阳人，讲师。

1 概述

列车运行自动控制技术课程属于轨道交通信号与控制专业的一门专业课，学生通过该课程的学习，既可以理解城市轨道交通信号系统中的各个子系统工作原理，也可以巩固学生对以前所学的多门专业课以及专业基础课的认识和理解。特别是，通过该门课的学生，学生可以深刻地理解信号系统的工作流和数据流的过程。

2 列车运行自动控制技术课程教学改革

2.1列车运行自动控制技术课程内容概述

列车运行自动控制技术课程的内容，不仅包含各种类型的硬件组成结构，也包括软件系统如何结合硬件进行正常工作的过程。因此，本课程的内容丰富，知识点多而复杂，学生理解整个系统的工作流过程难度较大。

通过该课程的学习，可以使轨道交通信号与控制专业的学生在整体上，理解把握整个城市轨道交通信号系统，同时，也可以认识和理解城市轨道交通信号系统内的各个子系统之间的硬件接口和软件接口。

本课程的主要内容，如表1所示。

表1 列车运行自动控制技术课程的主要内容

章节 主要内容

第一部分 绪论

第二部分 列车运行自动控制技术原理

第三部分 基于轨道电路的ATC系统

第四部分 基于通信的CBTC系统

2.2 列车运行自动控制技术课程教学改革的主要内容

课程的教学内容丰富而且充实，但是，如果学生单纯地从理论上去理解整个信号系统，存在很多的问题。比如，很多概念、名词以及功能，无法理解或者理解不清楚；因为学生未解除过实际的信号系统，学生将各个子系统，甚至设备能够在信号系统中串联起来学习的难度较大等。所以，本人针对以上这些问题，提出了如下的几点建议和方法，从来提高学生的专业能力水平。

2.2.1 增加上机实验操作内容

由于该课程的理论多而复杂，所以，为了提高学生对整个信号系统的理解，开发了针对性的实验内容。具体的实验内容，如表2所示。

表2 列车运行自动控制技术实验内容

实验项目 属性（验证/综合/设计/创新） 学时

进路控制实验 综合 8

列车控制实验 综合 8

道岔控制实验 综合 8

时刻表功能实验 综合 8

站台控制实验 综合 8

移动授权实验 综合 8

故障模拟实验 综合 12

同时，为了让学生具体操作实验，开发了基于CBTC信号系统的仿真系统，用于以上实验。

2.2.2 结合具体设备和操作，理解在整个信号系统中的作用和功能

城市轨道交通信号系统是一个非常复杂的系统，如果单纯地跟学生在理论上介绍系统，可能学生接受和理解的内容比较有限，通过将整个信号系统划分成各个子系统，并针对各个子系统设备来介绍功能，容易让学生接受和理解。从而，有助于提高该门课的教学质量。

2.2.3 灌输系统的理念

由于学生未学习过系统工程等相关课程的内容，所以，通过讲解信号系统内容时，给学生灌输系统的一些特点（比如，系统的基本特性，），有助于提高学生的理论水平，以及更好地理解整个城市轨道交通信号系统的功能内容。

2.3 效果

由于城市轨道交通信号基础课的内容丰富，采用这种针对不同专业背景的学生，有重点得讲解该专业与城市轨道交通信号基础相关的内容，可以充分吸引学生对该课程的兴趣，提高学习的积极性。同时，也可以拓宽学生的思路，争取在交叉学科的道路上，有所创新的想法和思路能够产生和被发现。

3 结论

列车运行自动控制技术作为一门轨道交通信号与控制的专业课，内容复杂，涉及到很多的软件和硬件知识。因此，为了提高教学质量，本文提出了一些了针对这门课程的教学方法和建议供参考。要想达到更加理想的教学效果，还需要在教学过程中不断地创新与探索。

参考文献

[1] 大学工科专业基础课教学研究与实践[J]. 机械制造与自动化，2007（2）：61-63.

[2] 柴晓冬，方宇，郑树彬，师蔚. 城市轨道交通特色专业群卓越工程师人才培养模式研究[J]. 中国科教创新导刊，2002（5）.

信号与通信论文篇8

【关键词】 信号与系统 教学改革 应用型人才

一、引言

信号与系统是国内外许多工科大学通信和电子信息类专业的专业基础课程。信号与系统课程的特点是理论性较强，数学表达式较多，但每一表达式有它各自的物理含义[2]。对于学习者，不仅要有扎实的数学功底，而且要有清晰的物理概念。现今，我校正在往应用型转型发展。针对我校的电子类专业，提出以培养技术应用型人才为目标。因此，电子类专业的理论型教学也需要向应用技术型教学进行改革。为了适应应用技术型教学的需要，我校课程的设置也进行了相应的改革。本文以我校为例，从教学内容、教学方式、实验教学和考核方式等方面对信号与系统课程的教学进行了探索，以适应我校向应用型大学发展的需要。

二、信号与系统教学中存在的问题

（一）涉及数学运算和推导较多。作为专业课，《信号与系统》在理论研究中有着重要的作用，但是由于《信号与系统》的特点是理论性强，涉及的数学运算和理论推导较多。计算本来只是分析的前提，可是学生在学习中，往往将注意力集中在数学问题的求解上，忽略了对其结果进行分析，使得长期以来，这门课给人的感觉更像数学课，只是专注于单纯的理论学习。我校学生的理论基础较差，尤其是多数学生的高数功底差，在涉及理论推导的过程时，学生不太能理解，不能掌握其真正内容。这样对于一些数学基础不好的学生，对这门课通常都会有先入为主的概念，认为这个课程没用，而且数学东西多，没有信心学好，会打击他们的学习积极性。

（二）实验教学单一。《信号与系统》是理论性和实践性都很强的课程，尤其是实践性教学环节对学生创新能力的培养更为关键。长期以来，我们往往重视了理论教学，把理论教学放在首位，实践教学处于从属的位置，我们往往是将理论课与实践相分离，一般实验课在理论课学完或是学了多个学时才开始。而且实践教学主要以配合理论教学，开展的实验很多都是为了学生更容易理解理论教学内容的验证性实验为主。对于验证性实验，学生在实验前不明白为什么要做该实验，只是按步就搬，多数实验流于形式，而设计性实验和综合性实验就更少。

（三）教学方式不足。

从教学手段上看，我们多是单向灌输，以传授知识为主要目的，采取灌输式教学方法和幻灯片、黑板等传统的教学手段讲课。以往教学方式的不足表现在：①在数学公式推导中，板书量太大，占用了大量的课堂时间，课堂授课内容减少，信息量降低；②学生在枯燥乏味的公式推导中容易产生厌烦心理，从而对该课程失去兴趣。

三、改革的思路

（一）教学方法的改革。（1）减少课程的数学运算和推导。减少《信号与系统》课程中涉及的数学运算讲解[3]，重点讲解其物理意义，及如何运用这些知识。至于运算方面，可完全由计算机仿真软件实现。（2）安排讨论课。让同学们查阅资料，关于信号与系统的具体应用、相关新闻等等，让同学们展开讨论，扩展同学们对信号与系统的知识面，提高他们对信号与系统的兴趣。（3）将MATLAB软件引入课堂。利用MATLAB的信号处理工具箱和图形处理及数据可视化，可以将结论直接用图形来演示，从而让学生对抽象的概念和定理以及结论有直观的认识，并加深对一些重要概念的理解，已取得一定的效果。

（二）实验教学的改革。（1）增加设计性实验和综合性实验。信号与系统是一门专业基础课，仍然是以验证性实验为主，但是为了加强学生对其知识的理解和应用，需要增设设计性实验和综合性实验[3]。（2）实验教学与理论教学同时进行。我们往往是将理论课与实践相分离，一般实验课在理论课学完或是学了多个学时才开始。考虑到信号与系统可用MATLAB仿真进行验证性实验，因此，为了更好的将理论与实践结合，可选择在实验室教学，如一节理论课结束，即可让学生开始在MATLAB上进行仿真实验，从程序及图形上加深对相关理论内容的理解，能够深入理解所学的理论内容。

四、结论

随着通信电子的快速发展，传统的教学内容及教学思想都已不能适应现代教学。但经过不断的研究与探索，我们通过对该门课程进行了一系列改革，并取得了一定的成效，但还存在着一些问题，有待于在今后的教学实践中进一步改进。

参 考 文 献

[1] 陈后金. 信号与系统[M]. 高等教育出版社

[2] 徐天成. 信号分析与处理类课程整合优化的研究与实践[J]. 高教探索. 2007，（6）