Signaali

signaaleissa ja järjestelmissä signaalit voidaan luokitella monien kriteerien mukaan, pääasiassa: arvojen eri piirteen mukaan, luokiteltuna analogisiin signaaleihin ja digitaalisiin signaaleihin; signaalien determinaalisuuden mukaan luokiteltuna deterministisiin signaaleihin ja satunnaissignaaleihin; signaalien voimakkuuden mukaan luokiteltuna energiasignaaleihin ja tehosignaaleihin.

Analogiset ja digitaaliset signalsEdit

digitaalisella signaalilla on kaksi tai useampia toisistaan erottuvia aaltomuotoja, tässä esimerkissä korkea-ja matalajännitteet, joista jokainen voidaan kartoittaa numerolle. Tyypillisesti melu voidaan poistaa digitaalisista signaaleista, kunhan se ei ole liian suuri.

kaksi käytännössä kohdattua signaalityyppiä ovat analoginen ja digitaalinen. Kuvassa näkyy digitaalinen signaali, joka saadaan approksimoimalla analogista signaalia sen arvoilla tiettyinä ajankohtina. Digitaaliset signaalit ovat kvantisoituja, kun taas analogiset signaalit ovat jatkuvia.

analoginen signalEdit

analoginen signaali on mikä tahansa Jatkuva signaali, jolle signaalin aikavaihteleva ominaisuus on jonkin muun aikavaihtelevan suureen esitys eli analoginen toisen aikavaihtelevan signaalin kanssa. Esimerkiksi analogisessa äänisignaalissa signaalin hetkellinen jännite vaihtelee jatkuvasti äänenpaineen mukana. Se eroaa digitaalisesta signaalista, jossa jatkuva Suure on esitys diskreettien arvojen jonosta, joka voi ottaa vain yhden äärellisestä määrästä arvoja.

termi analoginen signaali viittaa yleensä sähköisiin signaaleihin; analogisissa signaaleissa voidaan kuitenkin käyttää muita medioita, kuten mekaanisia, pneumaattisia tai hydraulisia. Analogisessa signaalissa käytetään jotakin väliaineen ominaisuutta signaalin informaation välittämiseen. Esimerkiksi aneroidibarometri käyttää pyörivää asentoa signaalina painetietojen välittämiseen. Sähköisessä signaalissa signaalin jännitettä, virtaa tai taajuutta voidaan vaihdella siten, että se edustaa informaatiota.

mikä tahansa informaatio voidaan välittää analogisella signaalilla; usein tällainen signaali on mitattu reaktio fysikaalisten ilmiöiden, kuten äänen, valon, lämpötilan, sijainnin tai paineen muutoksiin. Fysikaalinen muuttuja muunnetaan analogiseksi signaaliksi muuntimella. Esimerkiksi äänentallennuksessa ilmanpaineen (eli äänen) vaihtelut iskevät mikrofonin kalvoon, joka indusoi vastaavat sähkövaihtelut. Jännitteen tai virran sanotaan olevan äänen analoginen.

digitaalinen signalEdit

binäärinen signaali, joka tunnetaan myös logiikkasignaalina, on digitaalinen signaali, jolla on kaksi erotettavaa tasoa

digitaalinen signaali on signaali, joka rakentuu diskreetistä aaltomuotojen joukosta, jolla on fysikaalinen suure, niin että se edustaa diskreettien arvojen sarjaa. Logiikkasignaali on digitaalinen signaali, jolla on vain kaksi mahdollista arvoa ja joka kuvaa mielivaltaista bittivirtaa. Muunlaiset digitaaliset signaalit voivat edustaa kolmiarvoista logiikkaa tai korkeampaa logiikkaa.

vaihtoehtoisesti digitaalista signaalia voidaan pitää tällaisen fysikaalisen suureen edustamana koodijonona. Fysikaalinen suure voi olla muuttuva sähkövirta tai jännite, optisen tai muun sähkömagneettisen kentän voimakkuus, vaihe tai polarisaatio, akustinen paine, magneettisen tallennusvälineen magnetointi jne. Digitaaliset signaalit ovat läsnä kaikessa digitaalisessa elektroniikassa, erityisesti tietojenkäsittelylaitteissa ja tiedonsiirrossa.

vastaanotettua digitaalista signaalia voivat heikentää melu ja vääristymät vaikuttamatta välttämättä numeroihin

digitaalisilla signaaleilla järjestelmän melu, jos se ei ole liian suuri, ei vaikuta järjestelmän toimintaan, kun taas melu heikentää aina analogisia signaaleja jossain määrin.

digitaaliset signaalit syntyvät usein analogisten signaalien näytteenoton kautta, esimerkiksi jatkuvasti vaihteleva jännite linjalla, joka voidaan digitoida analogisesta digitaaliseen muuntajapiiriin, jolloin piiri lukee jännitteen tason linjalla vaikkapa 50 mikrosekunnin välein ja edustaa jokaista lukemaa kiinteällä bittimäärällä. Tuloksena virta numerot tallennetaan digitaalisena datana diskreetti-aika ja kvantisoitu-Amplitudi signaali. Tietokoneet ja muut digitaaliset laitteet on rajoitettu erilliseen aikaan.

Energia-ja tehosignaalit

signaalien vahvuuksien mukaan käytännön signaalit voidaan luokitella kahteen luokkaan: energiasignaalit ja voimasignaalit.

Energiasignaalit: näiden signaalien energia on yhtä suuri kuin äärellinen positiivinen arvo, mutta niiden keskimääräiset potenssit ovat 0;

0 < E = ∫ − ∞ ∞ S 2 ( t ) d t < ∞ {\displaystyle 0<E=\int _{-\infty }^{\infty }s^{2}(t)dt<\infty }

tehosignaalit: näiden signaalien keskimääräinen teho on yhtä suuri kuin äärellinen positiivinen arvo, mutta niiden energia on ääretön.

p = lim T → ∞ 1 T ∫ − T / 2 T / 2 s 2 ( t ) d t {\displaystyle p=\lim _{t\rightarrow \infty }{\frac {1}{t}}\int _{-T/2}^{T/2}s^{2}(t)dt}

deterministiset signaalit ovat niitä, joiden arvot milloin tahansa ovat ennustettavissa ja ne voidaan laskea matemaattisella yhtälöllä.

Satunnaissignaalit ovat signaaleja, jotka ottavat satunnaisarvoja milloin tahansa välittömästi ja jotka on mallinnettava stokastisesti.

Even and oddEdit

Even and odd signals

f ( x ) = x 2 {\displaystyle f(x)=x^{2}}

is an example of an even signal.

f ( x ) = x 3 {\displaystyle f(x)=x^{3}}

is an example of an odd signal.

parillinen signaali täyttää ehdon x ( t ) = x ( − t ) {\displaystyle x(t)=x(-t)}

tai vastaavasti, jos seuraava yhtälö pätee kaikki T {\displaystyle T}

ja − T {\displaystyle-T}

x {\displaystyle x}

: x ( T ) − x ( − T ) = 0. {\displaystyle x (t)-x (- T)=0.}

pariton signaali täyttää ehdon x ( t ) = − x ( − t ) {\displaystyle x(t)=-x(-t)}

tai vastaavasti, jos seuraava yhtälö pätee kaikille t {\displaystyle t}

ja − T {\displaystyle-T}

x {\displaystyle x}

: x ( T ) + x ( − T ) = 0. {\displaystyle x (t)+x(-t)=0.}

PeriodicEdit

signaalin sanotaan olevan jaksollinen, jos se täyttää ehdon:

x ( t ) = x ( T + T ) {\displaystyle x(t)=x(T+T)}

tai X ( n ) = X ( n + n ) {\displaystyle X(n)=X(n+n)}

missä:

T {\displaystyle T}

= perustaajuus,

1 / T = F {\displaystyle 1/t=f}

= perustaajuus.

jaksollinen signaali toistuu jokaisella jaksolla.

ajan diskretointimedit

jatkuvasta signaalista näytteenotolla luotu diskreetti-aikasignaali

signaalit voidaan luokitella jatkuvaksi tai diskreetiksi ajaksi. Matemaattisessa abstraktiossa jatkuvan ajan signaalin verkkotunnus on reaalilukujen joukko (tai jokin sen intervalli), kun taas diskreetin ajan signaalin (DT) verkkotunnus on kokonaislukujen joukko (tai muut reaalilukujen osajoukot). Se, mitä nämä kokonaisluvut edustavat, riippuu signaalin luonteesta; useimmiten on aika.

jatkuvatoiminen signaali on mikä tahansa funktio, joka on määritelty aina T: llä intervallissa, tavallisimmin äärettömässä intervallissa. Diskreetin aikasignaalin yksinkertainen lähde on jatkuvan signaalin näytteenotto, joka approksimoi signaalia tietyn ajankohdan arvojen mukaisella jaksolla.

Amplitudikvantizationedit

Jos signaali halutaan esittää numerosarjana, on mahdotonta säilyttää tarkkaa tarkkuutta – jokaisella numerosarjan numerolla on oltava äärellinen numeromäärä. Tämän seurauksena tällaisen signaalin arvot on kvantisoitava äärelliseksi joukoksi käytännön esittämistä varten. Kvantisointi on prosessi, jossa jatkuva analoginen äänisignaali muunnetaan digitaaliseksi signaaliksi kokonaislukujen diskreeteillä numeerisilla arvoilla.