信号分类：基带信号和频带信号

以频率划分,信号可分为基带信号和频带信号。以信号参数的状态划分,信号可以分为模拟信号和数字信号。

1.模拟信号

表示连续变化物理量的信号称作模拟信号(Analog Signal)。在通信中模拟信号是指电信号参量的取值随时间连续变化的信号,如在电话系统中的语音信号等。因此,模拟信号也称为连续信号,如图1.3所示。

图1.3 模拟信号示意图

2.数字信号(离散信号)

数字信号与模拟信号相反,变量和测定值(函数值)被离散化了的信号统称为数字信号(Digital Signal)。因此,数字信号也称为离散信号。数字信号是一种离散的脉冲序列,它不再是连续函数了,文字、语声、图像或其他消息都可转换成一种相应的数字脉冲序列。数字信号示意图如图1.4所示。

图1.4 数字信号示意图

数字信号与模拟信号是根据幅度取值是否离散而定的。模拟信号与数字信号有明显区别,但两者之间在一定条件下是可以互相转换的。

3.基带信号

基带信号是指含有低频成份甚至直流成份的信号,通常原始信号都是基带信号。含有低频能量成分和直流成分的信号在信道上的传输能力弱。

4.频带信号

频带信号是指有一个中心频率,还有一定宽度的频率带宽的信号。例如,FM 90 MHz信号的中心频率是89 MHz,带宽为1 MHz,在信道上传输能力强。

5.确定性信号

音叉的声音不论如何摇动,它总能发出准确的单一频率的声波,此波可以由三角函数表示,当观测点确定后,其声波的强度可以准确地表示为时间的函数。像音叉声音这样,任何时刻(地点)的信号数值都能够被其前某一时刻(地点)的信号数值所确定的信号,称为确定性信号(Deterministic Signal)。确定性信号中最具代表性的是正弦波信号,随时间t变化的正弦波f(t)可写成f(t)=A sin(ωt+θ)。

6.随机信号

有些信号没有确定的数学表示式,当给定一个时间值时,信号的数值并不确定,通常只知道它取某一数值的概率,我们称这种信号为随机信号或不规则信号。

图1.5给出了各种信号的波形,这些波形表示的是完全不同的物理量,既有图1.5(a)～1.5(c)所示的那样以时间为变量的信号,也有图1.5(d)所示的那样以物体表面的某一方向的位置为变量的信号。而且,即使都是时间函数的信号,其纵轴的刻度也是完全不同的。

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图1.5 各种各样的信号示意图

信号的自变量可以是任意的,如时间、位置等。传统上,信号所涉及的信号都是随时间变化的物理量,此时的信号波形被称为时域波形(Waveform)。虽然目前涉及的信号波形很多都不是随时间变化的,但我们仍习惯地称之为时域波形。

7.周期信号与非周期信号

如果信号x(t)满足x(t)=x(t+T),则称x(t)为周期信号,T称为周期,反之,不能满足此关系的信号称为非周期信号。

在某个确定的时间间隔重现相同波形的信号称为周期信号(Periodic Signal)。当周期信号的周期为T时,此信号在时间轴方向错开T或者2T,3T,…,出现相同波形的信号,如图1.6所示。此信号可写成以下的形式:

图1.6 周期信号

例如,函数sin t在具有周期T=2π的同时,也具有4π,6π,…的周期。由此可知,周期信号是以整数倍为间隔,呈周期出现,最短的周期称为基本周期。

除正弦波以外,常见的周期信号有方波(矩形波)、锯齿波和三角波等。

在某一短时间内能量集中的单个信号称为脉冲信号,如图1.7(a)所示。在稍微广泛的意义上,把能量为有限的,经历足够短的时间后完全消失的信号称为孤立波或非周期信号〔如图1.7(b)所示〕,即可以视为在无限区间上有限能量的信号。

图1.7 非周期信号

8.功率信号和能量信号

如果一个信号x(t)(电流或电压)作用在1Ω电阻上,瞬时功率为|x(t)|2,则它在时间内消耗的能量为

而平均功率为

当T→∞时,如果E存在,则x(t)称为能量信号,此时P=0。反之,如果T→∞时E不存在(无穷大),而P存在,则x(t)称为功率信号。

周期信号一定是功率信号,而非周期信号可以是功率信号,也可以是能量信号。