سیگنال (مهندسی برق)

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

در رشته ارتباطات، پردازش سیگنال و یا به طور مشابه و کلی‌تر در رشته مهندسی برق، هر کمیت متغیر نسبت به زمان سیگنال می‌باشد. سیگنال‌ها اغلب توابع سطری از زمان هستند (سهمی شکل)، ولی ممکن است به صورت توابع ستونی نیز یافت شوند و نیز ممکن است توابعی از هر متغیر مستقل مربوطه دیگری باشند. این مفهوم بسیار گسترده‌است و تعریف دقیق آن بسیار دشوار. مفاهیم مربوط به رشته‌های زیر مجموعه، مشترک می‌باشد برای مثال در تئوری اطلاعات یک سیگنال پیغام کد دار شده‌ای است که این همان ترتیب حالت‌ها در یک کانال ارتباطی است که پیغام را دربر می‌گیرد. در یک سیستم ارتباطی یک منتقل کننده پیغام را به سیگنال تبدیل می‌کند که این پیغام از طریق کانال ارتباطی به گیرنده می‌رسد. برای مثال کلمات جمله «ماری یک گوسفند کوچک دارد» ممکن است پیغامی باشد که پشت تلفن گفته می‌شود، منتقل کننده تلفنی صداها را به سیگنال ولتاژ الکتریکی تبدیل کرده‌است. این سیگنال از طریق سیم‌ها به تلفن گیرنده منتقل می‌شود و در آنجا به صداها تبدیل می‌شود. سیگنال‌ها را می‌توان به روش‌های گوناگون دسته بندی کرد. عمده‌ترین تفاوت بین فضاهای گسسته و پیوسته این است که توابع بر روی آن‌ها تعریف می‌شوند. به عنوان مثال بازه زمانی گسسته و پیوسته. سیگنال‌های دارای زمان پیوسته را نیز اغلب حتی زمانی که توابع سیگنال پیوسته نیستند سیگنال‌های پیوسته می‌نامند و مثال آن سیگنال موج مربعی است. تفاوت عمده دیگر بین سیگنال‌ها از لحاظ ارزش گسسته یا پوسته آنها است. سیگنال‌های دیجیتال دارای ارزش گسسته‌اند ولی به طور نامشهودی از روند فیزیکی دارای ارزش پیوسته‌ای به دست می‌آیند.

سیگنال‌های گسسته و پیوسته[ویرایش]

اگر در یک سیگنال کمیت‌ها در طول زمان‌های گسسته تعریف شوند آن را سیگنال گسسته می‌نامیم به بیان دیگر یک سیگنال گسسته به عنوان تابعی از نسبت یک سری از اعداد صحیح به یک سری از اعداد حقیقی شناخته می‌شود. یک سیگنال پیوسته به عنوان هر تابع دارای ارزش حقیقی شناخته می‌شود که برای تمام زمان‌ها در فرجه زمانی که غالباً فرجه‌ای محدود است تعریف می‌شود.

سیگنال‌های دیجیتال و آنالوگ[ویرایش]

سیگنال نمونه‌برداری شده گسسته
سیگنال دیجیتال
نوشتارهای اصلی: سیگنال گسسته و سیگنال پیوسته

به طور غیر رسمی تر از تفاوت‌های تئوری که در بالا به آن اشاره کردیم و به طور عملی به دو نوع سیگنال بر می‌خوریم که یکی دیجیتال و دیگری آنالوگ نام دارد. به طور مختصر تفاوت آنها این است که سیگنال‌های دیجیتال گسسته و کمیت گذاری شده هستند در حالی که سیگنال‌های آنالوگ هیچ یک از این دو خصوصیت را ندارند.

گسسته سازی[ویرایش]

نوشتار اصلی: نمونه‌برداری (پردازش سیگنال)

یکی از تفاوتهای اصلی بین انواع مختلف سیگنال ما بین زمانبندی گسسته یا پیوسته آنهاست. از لحاظ ریاضی بازه سیگنال دارای زمان پیوسته بازه اعداد حقیقی است در حالی که بازه سیگنال‌های گسسته بازهاعداد صحیح است این که این اعداد صحیح چه چیزی را نشان می‌دهند بستگی به طبیعت سیگنال دارد. سیگنال‌های DT غالباً از نمونه برداری از سیگنال‌های CT بدست می‌آیند. برای مثال حسگرها اطلاعات را به طور مداوم مخابره می‌کنند ولی از آنجایی که یک جریانی مستقیم به سختی قابل ثبت است، یک سیگنال گسسته غالباً به صورت تخمینی مورد استفاده قرار می‌گیرد. کامپیوترها وسایل ابزار دیجیتال تنها به زمانهای گسسته محدود هستند.

کمیت گذاری[ویرایش]

اگر قرار باشد سیگنالی به صورت ترتیبی از اعداد نشان داده شود غیر ممکن است بتوان به طور غیر طبیعی سطح دقت را بالا نگه داشت. هر عدد موجود در این ترتیب از اعداد باید دارای تعدادی محدود از ارقام باشد. در نتیجه ارزش‌های چنین سیگنالی محدود می‌شوند که به این ترتیب باید به سری محدودی متعلق باشد و به بیان دیگر ارزش گذاری شده باشند (دارای ارزش مشخص باشند).

مثال‌هایی از سیگنال‌ها[ویرایش]

  • حرکت. – حرکت جزئی در میان قسمتی از فضا را می‌توان یک سیگنال در نظر گرفت و یا می‌توان آن را به کمک یک سیگنال نشان داد.

محدوده یک سیگنال حرکتی یک بعدی است (زمان)، و بازه آن عموماً سه بعدی است. بنابراین موقعیت آن به صورت یک سیگنال سه ستونی است به همین ترتیب موقعیت و جایگیری آن در نار هم به صورت یک سیگنال ۶ ستونی است.

  • صوت. -از آنجایی که صدا ناشی از لرزش یک واسطه‌است (مانند هوا) یک سیگنال صوتی و به هر ارزشی اززمان و سه بعد مکان یک ارزش فشار نیز می‌افزای. یک میکروفن فشار صوت را در یک مکان تنها به تابعی از زمان تبدیل می‌کند. این کار با استفاده از یک سیگنال ولتاژ به عنوان آنالوگی از سیگنال صوتی انجام می‌شود.
  • لوح‌های فشرده . cdها شامل سیگنالهای منقطعی هستند که نشان دهنده صوت اند و در هر ثانیه ۴۴ هزار و صد نمونه از آنها ضبط می‌شود هر نمونه شامل اطلاعاتی برای کانالهای چپ و راست است که می‌توان آن را به عنوان سیگنال ۲ ستونی در نظر گرفت (از آنجایی که CDها به صورت استریو ضبط می‌شوند).[نیازمند منبع]
  • تصاویر. تصاویر یک تصویر به علاوه تمام ارزش‌های ذکر شده دارای یک ارزش رنگی نیز می‌باشد ازآنجایی که نقاط مربوط به این ارزش‌ها بر روی یک صفحه قرار می‌گیرند محدوده آن دو بعدی می‌باشد اگر تصویر یک جسم فیزیکی باشد برای مثال یک نقاشی سیگنالی پیوسته به حساب میآید اگر تصویر یک عکس دیجیتال باشد یک سیگنال منقطع به شمار می‌آید. غالباً راحت تر است که یک رنگ را به صورت جمعی از شدت‌های سه رنگ اصلی در نظر بگیریم تا سیگنال دارای ارزش ستونی و بعد سه گانه شود.
  • ویدئو. ویدئوها (فیلم‌ها) یک سیگنال ویدئویی ترکیبی از تصاویر است یک نقطه از یک ویدئو براساس موقعیتش و زمانی که در آن واقع شده مشخص می‌شود. (۲ بعدی) بنابراین یک سیگنال ویدئویی دارای محدوده سه بعدی است. ویدئوی آنالوگ دارای محدوده بعدی پیوسته‌است (در طول خط اسکن) و دارای دو بعد ناپیوسته یا منقطع است (۴ چوب و خط).
  • زیست شناختی پتانسیل‌های قشایی. ارزش این سیگنال یک پتانسیل الکتریکی مستقل است (ولتاژ) تعیین محدوده این سیگنال بسیار دشوار است. برخی سلول‌ها و یا اجزاء به طور کلی دارای پتانسیل غشایی یکسانی هستند، نورون‌ها عموماً در نقاط مختلف پتانسیل‌های مختلف دارند این سیگنال‌ها دارای انرژی‌های بسیار کمی هستند ولی برای راه اندازی سیستم عصبی کافی هستند ولی می‌توان میزان آنها را به کمک تکنیک‌های الکتروفیزیولوژی اندازه گیری کرد.

تجزیه و تحلیل فرکانس[ویرایش]

  • موضوع اصلی: محدوده فرکانس

سیگنال‌ها غالباً از لحاظ فرکانس طیفشان تجزیه و تحلیل و مدل سازی می‌شوند تکنیک‌های محدوده فرکانس در همه سیگنال‌ها قابل استفاده می‌باشند چه سیگنال‌های دارای زمان پیوسته و چه سیگنال‌های دارای زمان منقطع. اگر سیگنالی از یک سیستم LTI عبور داده شود طیف فرکانس سیگنال خروجی محصول طیف فرکانس سیگنال ورودی اصلی و پاسخ فرکانس سیستم است.[نیازمند منبع]

منابع[ویرایش]