Определение и классификация сигналов

Сигналы

В радиотехнических устройствах протекают электрические процессы, имеющие специфический характер. Для понимания этой специфики следует предварительно ознакомиться с основными свойствами электрических процессов. Изменение во времени таких физических величин, как напряжение, ток или заряд, принято называть электрическими колебаниями. Электрические колебания, используемые для передачи информации, называют сигналами.

Краткая классификация сигналов приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1 − Классификация радиотехнических сигналов

Радиотехнические сигналы удобно рассматривать в виде математических функций, заданных во времени и физических координатах. С этой точки зрения сигналы делятся на одномерные и многомерные.

По особенностям структуры временного представления все радиотехнические сигналы подразделяются на аналоговые, дискретные и цифровые (рисунок 1.1).

а) б) в)

Рисунок 1.1 − Сигналы:

а) − аналоговый; б) − дискретный; в) − цифровой

Если физический процесс, порождающий сигнал, можно представить непрерывной функцией времени (рисунок 1.1, а), то такой сигнал называют аналоговым (непрерывным). Простейшая математическая модель дискретного сигнала − это последовательность точек на временной оси, в каждой из которых заданы значения соответствующего непрерывного сигнала. Одной из разновидностей дискретных сигналов является цифровой сигнал. В цифровом сигнале дискретные значения сигнала заменяются числами , чаще всего реализованными в двоичном коде, который представляют высоким (единица) и низким (нуль) уровнями потенциалов напряжения.

По математическому представлению все многообразные радиотехнические сигналы принято делить на две основные группы: детерминированные и случайные сигналы.

Детерминированными называют радиотехнические сигналы, мгновенные значения которых в любой момент времени достоверно известны, т. е. предсказуемы с вероятностью равной единице. Примером детерминированного радиотехнического сигнала может служить гармоническое (синусоидальное) колебание, последовательность импульсов, форма, амплитуда и временное положение которых заранее известно.

Детерминированные сигналы можно подразделить на периодические и непериодические (импульсные).

Периодические сигналы бывают гармоническими, т. е. содержащими только одну гармонику, и полигармоническими, спектр которых состоит из множества гармонических составляющих. К гармоническим сигналам относятся сигналы, описываемые функцией синуса или косинуса. Все остальные сигналы являются полигармоническими.

Случайные сигналы − это сигналы, мгновенные значения которых в любые моменты времени неизвестны и могут быть предсказаны лишь с некоторой вероятностью, меньшей единицы. Практически все реальные случайные сигналы или большинство из них представляют собой хаотические функции времени. Сигналом, несущим полезную информацию, может быть только случайный сигнал.

В процессе передачи информации сигналы подвергаются тому или иному преобразованию, например модуляции, демодуляции (детектированию), кодированию (декодированию), усилению, задерживанию, и др.

Периодические сигналы

Периодическим называется любой сигнал, для которого выпол­няется условие , где период повторения или следования импульсов , a − любое целое число.

Простейшим периодическим детерминированным сигналом явля­ется гармоническое колебание (ток, напряжение, заряд, напряжен­ность поля), определяемое законом

(1.1)

где и − постоянные амплитуда, период, угловая частота и начальная фаза колебания.

Любой сложный периодический сигнал, как известно, можно представить в виде суммы гармонических колебаний с частотами, кратными основной частоте . Основной характеристикой сложного периодического сигнала является его спектральная функция, содержащая информацию об амплитудах и фазах отдель­ных гармоник.