Сигнал: различия между версиями
| [отпатрулированная версия] | [непроверенная версия] |
Содержимое удалено Содержимое добавлено
LGB (обсуждение | вклад) м откат правок 31.173.31.25 (обс.) к версии BsivkoBot Метка: откат |
исправление, уточнение |
||
Строка 1:
{{Другие значения|Сигнал (значения)}}
<!-- {{переработать}} переработал, метку предлагаю убрать -->
'''
'''Сигна́л''' — [[код]] ([[символ]], [[знак]]), созданный и переданный в пространство (по [[Канал связи|каналу связи]]) одной системой, либо возникший в процессе взаимодействия нескольких систем. Смысл и значение сигнала проявляются после регистрации и интерпретации в принимающей системе.
Строка 7:
'''Сигна́л''' (в [[Теория информации|теории информации и связи]]) — [[носитель информации]], используемый для передачи [[Сообщение|сообщений]] в [[Связь (техника)|системе связи]]. <!-- набор переданных и принятых данных, передающий [[информация|информацию]], [[кодирование|кодированную]] определённым способом. -->
Существует немалое количество попыток сформулировать достаточно удобное определение этого термина и в специальной литературе
(напр.,<ref group="B:" name="b-Franks-1974ru" /><ref group="B:" name="b-Oppenheim-1979ru" /><ref group="B:" name="b-Gonorovsky-1986ru" /><ref group="B:" name="b-Molotov-1987ru" /><ref group="B:" name="b-Woschni-1987ru" /><ref group="B:" name="b-Osipov-2001ru" /><ref group="B:" name="b-Ivanov-2002ru" /><ref group="B:" name="b-Lyons-2006ru" /><ref group="B:" name="b-Oppenheim-2006ru" />),
и в формальных нормативных актах.<ref group="D:" name="b-GOST16465" /><ref group="D:" name="b-GOST2601381" />
== Определения ==
Помимо приведённого выше энциклопедического определения существует в классической литературе и множество иных вариантов определения термина «сигнал».
«Обычно под сигналом понимают [[Физическая величина|величину]], отражающую каком-либо образом состояние [[Физическая система|физической системы]]. В этом смысле естественно рассматривать сигнал как результат некоторых [[Измерение|измерений]], проводимых над физической системой в процессе её наблюдения».{{sfn|Френкс|1974|с=9|name=Franks009}}
«Сигнал может быть определён как функция, переносящая информацию о состоянии или поведении физической системы. (...) Математически сигналы представляются в виде [[Функция (математика)|функций]] одной или нескольких [[Независимая и зависимая переменные|независимых переменных]]».{{sfn|Оппенгейм|1979|с=15|name=Oppenheim1979p15}}
«Сигнал — это это изменяющаяся во времени физическая величина, описываемая функцией времени. Один из [[параметр]]ов этой функции содержит информацию о другой физической величине. Такой параметр сигнала (функции) называют ''информативным'', а физическую величину, которой представлен сигнал, — ''носителем сигнала'' (несущей сигнала); сигнал имеет размерность этой величины».
{{sfn|Вошни|1987|с=14—16|loc={{nobr|Глава 2.}} Теоретические основы сбора данных, {{nobr|§ 2.1.}} Основные понятия и определения|name=Woschni14}}
«Сигналом обычно называют то, что несёт в себе какие-то [[данные]]».{{sfn|Оппенгейм|2006|с=28|name=Oppenheim2006p28}}
== Общие сведения ==
Сигнал может [[Генерация|генерироваться]], но его приём не обязателен, в отличие от [[сообщение|сообщения]], которое рассчитано на принятие принимающей стороной, иначе оно не является сообщением. Сигналом может быть любой физический процесс, параметры которого изменяются (или находятся) в соответствии с передаваемым сообщением.
Строка 27 ⟶ 44 :
* нерегулярные (случайные), принимающие произвольные значения в любой момент времени. Для описания таких сигналов используется аппарат [[теория вероятностей|теории вероятностей]].
В зависимости от функции, описывающей параметры сигнала, выделяют<ref
*
*непрерывно-квантованные,
*дискретно-непрерывные и
*дискретно-квантованные сигналы.
=== Непрерывнай (аналоговый) сигнал ===
[[Файл:Waveformoriginal.png|thumb|Аналоговый сигнал]]
{{main|Аналоговый сигнал}}
Большинство сигналов имеют непрерывную зависимость от независимой переменной (например, изменяются непрерывно во времени) и могут принимать любые значения на некотором интервале. «Сигналы в непрерывном времени и с непрерывным диапазоном амплитуд также называются аналоговыми сигналами».<ref name="Oppenheim1979p15" /> Аналоговые сигналы (АС) оказывается возможным описать некоторой непрерывной математической функцией времени.
Пример АС — гармонический сигнал: {{math|1=s(t) = A·cos(ω·t + φ)}}.
Аналоговые сигналы используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Ввести такой сигнал в цифровую систему для обработки невозможно, так как на любом интервале времени он может иметь бесконечное множество значений, и для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности. Поэтому очень часто необходимо преобразовывать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности.
Среди экспертов существует мнение, что термин «аналоговый сигнал» следует считать неудачным и устаревшим, а вместо него следует использовать термин «'''непрерывный сигнал'''».{{sfn|Лайонс|2006|с=22|name=Lyons2006p22}}
=== Дискретно-непрерывный (дискретный) сигнал ===
[[Файл:Sampled.signal.svg|right|thumb|Дискретный сигнал]]
{{main|Частота дискретизации}}
«Дискретные сигналы (сигналы в дискретном времени) определяются в дискретные моменты времени и представляются последовательностью чисел».<ref name="Oppenheim1979p15" />
Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени {{math|t{{sub|i}}}} (где {{math|i}} — индекс). Обычно промежутки времени между последовательными отсчётами ({{math|1=Δt{{sub|i}} = t{{sub|i}} − t{{sub|i−1}}}}) постоянны; в таком случае, {{math|Δt}} называется ''интервалом дискретизации''. Сами же значения сигнала {{math|x(t)}} в моменты измерения, то есть {{math|1=x{{sub|i}} = x(t{{sub|i}})}}, называются ''отсчётами.''
=== Непрерывно-квантованный сигнал ===
[[Файл:Quantized.signal.svg|right|thumb|Квантованный сигнал]]
{{main|Квантование (обработка сигналов)|Разрядность}}
При квантовании вся область значений сигнала разбивается на уровни, количество которых должно быть представлено в числах заданной разрядности. Расстояния между этими уровнями называется шагом квантования Δ. Число этих уровней равно N (от 0 до N−1). Каждому уровню присваивается некоторое число. Отсчёты сигнала сравниваются с уровнями квантования и в качестве сигнала выбирается число, соответствующее некоторому уровню квантования. Каждый уровень квантования кодируется двоичным числом с n разрядами. Число уровней квантования N и <!-- наименьшее --> число разрядов n [[Двоичная система счисления|двоичных чисел]], кодирующих эти уровни, связаны соотношением n ≥ log{{sub|2}}(N).
В соответствии с {{nobr|ГОСТ 26.013-81}}<ref group="D:" name="b-GOST2601381"/>, такие сигналы обозначены термином «''многоуровневый сигнал''».
=== Дискретно-квантованный (цифровой) сигнал ===
[[Файл:Digital.signal.svg|right|thumb|Цифровой сигнал]]
{{main|Цифровой сигнал}}
К цифровым сигналам относят те, у которых дискретны как независимая переменная (например, время), так и уровень.<ref name="Oppenheim2006p28"/>
Для того, чтобы представить аналоговый сигнал последовательностью чисел конечной разрядности, его следует сначала превратить в дискретный сигнал, а затем подвергнуть [[Квантование (информатика)|квантованию]]. Квантование является частным случаем дискретизации, когда дискретизация происходит по одинаковой величине, называемой квантом. В результате сигнал будет представлен таким образом, что на каждом заданном промежутке времени известно приближённое (квантованное) значение сигнала, которое можно записать [[Целое число|целым числом]]. Последовательность таких чисел и будет являться цифровым сигналом.
== Параметры сигналов ==
Строка 84 ⟶ 91 :
* [[Динамический диапазон (техника)|Динамический диапазон]] есть отношение наибольшей мгновенной мощности сигнала к наименьшей:
:: <math>D = 10 \lg \frac{P_{max}}{P_{min}}</math>
* Ширина спектра сигнала <math>F</math>
* [[База сигнала]] есть произведение длительности сигнала на ширину его спектра <math>B=TF</math>. Необходимо отметить, что между шириной спектра и длительностью сигнала существует обратно пропорциональная зависимость: чем короче спектр, тем больше длительность сигнала. Таким образом, величина базы остается практически неизменной;
* [[Отношение сигнал/шум]] равно отношению мощности полезного сигнала к мощности [[шум]]а;
Строка 90 ⟶ 97 :
:: <math>V=FTD</math>
== Характеристики сигналов ==
Формально прописанными в ГОСТ<ref group="D:" name="b-GOST16465" /> характеристиками сигналов являются ниже следующие.
=== Характеристики импульсов ===
Строка 131 ⟶ 139 :
* Абсолютное отклонение сигналов - максимальное значение разности мгновенных значений сигналов, взятых в один и тот же момент времени на протяжении заданного интервала времени.
== Частные сведения ==
=== Сигнал и событие ===
Событие (получение записки, наблюдение сигнальной ракеты, приём символа по телеграфу) является сигналом только в той системе отношений, в которой сообщение опознается значимым (например, в условиях боевых действий сигнальная ракета — событие, значимое только для того наблюдателя, которому оно адресовано). Очевидно,{{нет АИ|21|04|2020}} что сигнал, заданный аналитически, событием не является и не несет информацию, если функция сигнала и её параметры известны наблюдателю.
В технике сигнал всегда является событием.{{нет АИ|21|04|2020}} Другими словами, событие — изменение состояния любого компонента технической системы, опознаваемое логикой системы как значимое, является сигналом. Событие, неопознаваемое данной системой логических или технических отношений как значимое, сигналом не является.{{нет АИ|21|04|2020}}<!-- сигналом не является или /сообщением/ не является? -->
{{также|Множество|Пространство имён}}
=== {{якорь|Спектр}}Представление сигнала и спектр ===
Есть два способа представления сигнала в зависимости от области определения: временной и частотный. В первом случае сигнал представляется функцией времени <math>s(t)</math> характеризующей изменение его параметра.
Кроме привычного временного представления сигналов и функций при анализе и обработке данных широко используется описание сигналов функциями частоты. Действительно, любой сколь угодно сложный по своей форме сигнал можно представить в виде суммы более простых сигналов, и, в частности, в виде суммы простейших гармонических колебаний, совокупность которых называется [[частотный спектр|частотным спектром]] сигнала.
Для перехода к частотному способу представления используется [[преобразование Фурье]]:
: <math>S(\omega) = \int\limits_{-\infty}^{+\infty} s(t)e^{-j\omega t}\,dt</math>.
Функция <math>S(\omega)</math> называется спектральной функцией или спектральной плотностью. Поскольку спектральная функция <math>S(\omega)</math> является комплексной, то можно говорить о спектре амплитуд <math>|S(\omega)|</math> и спектре фаз <math>\phi(\omega)=arg(S(\omega))</math>.
Физический смысл спектральной функции: сигнал <math>s(t)</math> представляется в виде суммы бесконечного ряда гармонических составляющих (синусоид) с амплитудами <math>\frac{|S(\omega)|}{\pi}d\omega</math>, непрерывно заполняющими интервал частот от <math>0</math> до <math>\infty</math>, и начальными фазами <math>\phi(\omega)</math>.
[[Размерность физической величины|Размерность]] спектральной функции есть размерность сигнала, умноженная на время.
=== В радиотехнике ===
В [[радиотехника|радиотехнике]] основным элементом кодирования является [[модуляция|модуляция сигнала]]. При этом обычно рассматривается близкий к гармоническому сигнал вида {{math|1=s(t) = A sin(2πf·t + φ)}}, где амплитуда A, частота f или фаза φ медленно (относительно скорости изменения синуса) изменяются в зависимости от передаваемой информации (амплитудная, частотная или фазовая модуляция, соответственно).
Строка 139 ⟶ 168 :
== См. также ==
{{Div col}}
* [[Связь]]
* [[Код]]
Строка 147 ⟶ 177 :
* [[Информация]]
* [[Сообщение]]
{{Div col end}}
== Примечания ==
Строка 152 ⟶ 183 :
{{Викисловарь|сигнал}}
== Литература ==
===Книги===
{{reflist+
| group="B:"
| refs =
<ref name="b-Franks-1974ru">{{книга
|автор={{nobr|Френкс Л.}}
|заглавие=Теория сигналов
|ответственный=Пер. с англ. под ред. Д. Е. Вакмана.
|место=М.
|издательство=Сов. радио
|год=1974
|страниц=344
|тираж = 16 500
|ref = Френкс
}}</ref>
<ref name="b-Oppenheim-1979ru">{{книга
|автор=А. Оппенгейм, Р. Шафер
|заглавие=Цифровая обработка сигналов
|ответственный=Пер. с англ.
|место=М.
|издательство=Связь
|год=1979
|страниц=416
|isbn =
|тираж =
|ref = Оппенгейм
}}</ref>
<ref name="b-Gonorovsky-1986ru">{{книга
|автор={{nobr|Гоноровский И. С.}}
|заглавие=Радиотехнические цепи и сигналы
|место=М.
|издательство=Радио и связь
|год=1986
|страниц=512
}}</ref>
<ref name="b-Molotov-1987ru">{{книга
|автор={{nobr|Куликовский Л. Ф.}}, {{nobr|Молотов В. В.}}
|заглавие=Теоретические основы информационных процессов
|место=М.
|издательство=Высшая школа
|год=1987
|страниц=248
}}</ref>
<ref name="b-Woschni-1987ru">{{книга
|автор={{nobr|Краус М.}}, {{nobr|Кучбах Э.}}, {{nobr|Вошни О.-Г.}}
|заглавие=Сбор данных в управляющих вычислительных системах
|ответственный=Пер. с нем.
|место=М.
|издательство=Мир
|год=1987
|страниц=294
|тираж = 20 000
|ref = Вошни
}}</ref>
<ref name="b-Osipov-2001ru">{{книга
|автор={{nobr|Осипов Л. А.}}
|заглавие=Обработка сигналов на цифровых процессорах. Линейно-аппроксимирующий метод
|место=М.
|издательство=Горячая линия — Телеком
|год=2001
|страниц=114
}}</ref>
<ref name="b-Ivanov-2002ru">{{книга
|автор={{nobr|Иванов М. Т.}}, {{nobr|Сергиенко А. Б.}}, {{nobr|Ушаков В. Н.}}
|заглавие=Теоретические основы радиотехники
|ответственный=Под ред. {{nobr|В. Н. Ушакова}}
|место=М.
|издательство=Высшая школа
|год=2002
|страниц=306
}}</ref>
<ref name="b-Lyons-2006ru">{{книга
|автор=Ричард Лайонс
|заглавие=Цифровая обработка сигналов
|место=М.
|издательство=ООО "Бином-Пресс"
|год=2006
|страниц=656
|isbn = 978-5-9518-0149-4
|тираж =
|ref = Лайонс
}}</ref>
<ref name="b-Oppenheim-2006ru">{{книга
|автор=А. Оппенгейм, Р. Шафер
|заглавие=Цифровая обработка сигналов
|ответственный=Пер. с англ.
|место=М.
|издательство=Техносфера
|год=2006
|страниц=856
|isbn = 978-5-94836-077-6
|тираж = 1500
|ref = Оппенгейм
}}</ref>
}}
===Нормативные документы===
{{reflist+
| group="D:"
| refs =
<ref name="b-GOST16465">{{Cite web|url=http://docs.cntd.ru/document/gost-16465-70|title=ГОСТ 16465-70 Сигналы радиотехнические измерительные. Термины и определения|publisher=docs.cntd.ru|accessdate=2017-06-04}}</ref>
<ref name="b-GOST2601381">{{Cite web|url=http://docs.cntd.ru/document/1200023312|title=ГОСТ 26.013-81 Средства измерения и автоматизации. Сигналы электрические с дискретным изменением параметров входные и выходные |publisher=docs.cntd.ru|accessdate=2020-04-21}}</ref>
}}
== Ссылки ==
| |||