Определения и описание сигналов

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 00:02, 10 ноября 2016.

Под сигналом понимается физический процесс, несущий сообщение о каком-либо событии или состоянии объекта и протекающий в пространстве и во времени и охватывающий определенный спектральный диапазон длин волн, т. е. это материальная (физическая) форма представления сообщения для передачи по каналу. В реальных каналах передачи сообщений (КПС) в зависимости от физической природы носителя сигнала различают:

  • Электромагнитные и, в частности, оптические, или радиоэлектронные носители,
  • Акустические носители,
  • Механические носители,
  • Электрические носители.

Физической величиной (основным информационным параметром), определенным образом связанной с передаваемым сообщением, определяющей характер сигнала и зависящей от пространственных координат и времени, может быть:

  • Напряженность электрического поля в электромагнитной волне ,
  • Яркость или освещенность соответственно в пространстве предметов и изображений,
  • Поток излучения,
  • Напряжение,
  • Ток,
  • Заряд,
  • Давление в акустической волне.

В теоретических исследованиях независимо от физической природы сигнала говорят о его математическом представлении (структурной модели сигнала) в виде в общем случае векторной функции пространственных координат, длины волны и времени. Эта функция определяет закон изменения физической величины реального сигнала, отождествляемой с самим сигналом. Преобразование исходного сообщения от объекта в электромагнитный или акустический сигнал осуществляется в результате:

  • испускания,
  • отражения,
  • прохождения излучения.

Один или несколько параметров функции, описывающей физический процесс (сигнал), изменяются в соответствии с некоторой зависимостью, которая характеризует содержание передаваемого сообщения. Информационными параметрами сигнала являются:

  • амплитуда (интенсивность),
  • частота,
  • фаза,
  • длительность,
  • ширина спектра,
  • время запаздывания,
  • направление распространения волны,
  • поляризационные параметры.

Такое преобразование может быть заложено как в самом процессе функционирования объекта, так и осуществляться в результате модуляции (управления) сигнала. Основная характеристика процесса модуляции - степень соответствия между изменением параметра сигнала и модулирующим сигналом. Сигналы могут преобразовываться из одного вида в другой, более удобный, без изменения несомого ими сообщения для последующей:

  • передачи;
  • переработки;
  • управления;
  • отображения;
  • хранения или целенаправленного изменения информации, имеющейся в сообщении. В подсистемах КПС таким специфическим (типовым) преобразованием является трансформация пространственно-временного сигнала во временной (в частности, электрический) и обратно.

В зависимости от вида функции , которая описывает физический процесс передачи или преобразования сообщений, можно выделить следующие классы сигналов:

  1. произвольные по величине и непрерывные по координатам;
  2. произвольные по величине и дискретные по координатам;
  3. квантованные по величине и непрерывные по координатам;
  4. квантованные по величине и дискретные по координатам.
  1. Сигналы первого класса иногда называют аналоговыми, или непрерывными, так как они считаются заданными на несчетном (континуальном) множестве пространственно-временных точек. По величине они принимают любое значение в определенном интервале, но могут иметь разрывы. Принято называть такие сигналы континуальными пространственно-временными сигналами.
  2. К сигналам второго класса относятся сигналы, заданные при дискретных значениях аргументов, т. е. на счетном множестве пространственно-временных точек. Такие сигналы называют дискретными. Так как величина сигнала может принимать любые значения, то термин дискретный характеризует способ его задания на пространственно-временных осях. При этом преобразование дискретного сообщения в дискретный сигнал называется кодированием.
  3. Третий класс составляют сигналы, квантованные по уровню. Они заданы во всех пространственно-временных точках, однако могут принимать лишь дискретные значения.
  4. В четвертом классе сигналов квантование используют с целью последующей электронной обработки сигналов в цифровой форме с помощью цифрового кодирования. Уровни сигнала нумеруются числами с конечным числом разрядов, так что сообщение превращается в последовательность двоично-кодированных чисел. Поэтому квантованный по уровню и дискретный по координатам сигнал называют цифровым.

Таким образом выделяют: 1) континуальные; 2) дискретные; 3) квантованные; и 4) цифровые сигналы. При этом термин дискретный применяется по отношению к дискретизации по координатам. Дискретизация по уровню называется квантованием. При формальном описании сигналов в первую очередь выделяются две наиболее общие характеристики:

  • множество значений, которые могут принимать сами сигналы;
  • множество значений, которые могут принимать их математические представления (формулы).

Исходя из этого, ниже будет представлена следующая классификация сигналов (для классификации могут быть использованы разные критерии, поэтому можно предположить и разные классы сигналов).