Понятие информационного сигнала

    Материальными носителями информации являются сигналы различной физической природы. В узком смысле сигналами называют колебания электрического тока, напряжения, электромагнитные волны, механические колебания некоторой упругой среды. Информационные сигналы формируются путем изменения тех или иных параметров носителя по определенному закону. Таким образом, информационным сигналом может быть любой физический процесс, параметры которого способны изменяться в зависимости от передаваемой информации. Этот процесс изменения параметров носителя принято называть модуляцией, а сами параметры информационными. В отличие от сообщения, прием сигнала после его генерации не является обязательным.

    При прохождении сигнала по физической среде на него воздействуют различные дестабилизирующие факторы, в результате чего возникают шумы и помехи самой различной природы (рис. 1). При регистрации сигнала основной задачей является выделение из общего сигнала полезной составляющей и максимальное подавление шумов и помех.

 

 

Рис. 1. Сигнал (слева) и сигнал с помехами (справа)

 

 

Рис. 2. Двумерный сигнал

 

    В общем случае сигналы являются многомерными функциями пространственных, временных и прочих координат. Пример – интенсивность компьютерного изображения р(x,y) (рис. 2).

    По форме представления сигналы бывают двух типов – аналоговые и цифровые (дискретные) (рис. 3). Аналоговый сигнал определен для любого значения независимого параметра, то есть является непрерывной функцией непрерывного аргумента. Источниками аналоговых сигналов, как правило, являются физические процессы и явления, непрерывные в своем развитии (динамике изменения значений определенных свойств) во времени, в пространстве или по любой другой независимой переменной, при этом регистрируемый сигнал подобен (аналогичен) порождающему его процессу.

 

Рис. 3. Аналоговый и цифровой сигналы

 

    Фундаментальным аналоговым сигналом является синусоида (рис. 4). В общем случае синусоидальный сигнал можно представить так:

 

    Синусоидальный сигнал можно определить тремя параметрами: максимальной амплитудой А, частотой f и фазой . Максимальной амплитудой называется максимальное значение или интенсивность сигнала во времени; измеряется максимальная амплитуда, как правило, в вольтах. Частотой называется темп повторения сигналов (в периодах за секунду, или герцах). Эквивалентным параметром является период сигнала Т, представляющий собой время, за которое происходит повторение сигнала; следовательно, T=1/f . Фаза является мерой относительного сдвига по времени в пределах отдельного периода сигнала.

 

Рис. 4. Синусоидальный сигнал

 

    Большинство аналоговых сигналов в природе имеют более сложную форму. Периодические, то есть повторяющиеся через определенный интервал времени, сигналы произвольной формы, могут быть представлены в виде суммы гармонических колебаний с помощью преобразования Фурье. Применив преобразование Фурье, т.е. сложив вместе достаточное количество синусоидальных сигналов с соответствующими амплитудами, частотами и фазами, можно получить электромагнитный сигнал любой формы. Аналогично, любой сигнал рассматривается как совокупность периодических аналоговых (синусоидальных) сигналов с разными амплитудами, частотами и фазами.

    Аналогично, цифровой сигнал можно выразить следующим образом:

 

 

• частота и диапазон частот;
• амплитуда (и мощность) сигнала;
• фаза сигнала;
• длительность сигнала;
• вид модуляции;
• ширина спектра сигнала;
• динамический диапазон сигнала.