신호.

William Powell Frith의 The Signal에서 한 여성이 하얀 손수건을 흔들며 신호를 보낸다.

신호 처리에서 신호는 ^[1]현상에 대한 정보를 전달하는 함수입니다.공간 또는 시간에 따라 달라질 수 있는 수량은 ^[2]옵서버 간에 메시지를 공유하는 신호로 사용할 수 있습니다.IEEE Transactions on Signal Processing에는 ^[3]신호의 예로서 오디오, 비디오, 음성, 이미지, 소나 및 레이더가 포함됩니다.신호는 정보를 ^[4]전달하지 않더라도 공간 또는 시간에 따른 관측 가능한 양의 변화로도 정의할 수 있습니다.

자연에서, 신호는 다른 유기체에 의해 행해지는 행동일 수 있는데, 근처 식물에게 포식자를 경고하기 위한 식물 화학물질의 방출에서부터 다른 동물들에게 먹이를 경고하기 위한 동물들의 소리나 움직임까지 다양하다.신호 전달은 세포 수준에서조차 세포 신호 전달과 함께 모든 유기체에서 발생합니다.진화생물학에서 시그널링 이론은 진화의 실질적인 동인은 동물들이 시그널링의 방법을 개발함으로써 서로 의사소통하는 능력이라고 제안합니다.인간 공학에서 신호는 일반적으로 센서에 의해 제공되며, 종종 신호의 원래 형태가 변환기를 사용하여 다른 형태의 에너지로 변환됩니다.예를 들어 마이크는 음향신호를 전압파형으로 변환하고 스피커는 ^[1]그 반대로 변환한다.

신호의 또 다른 중요한 특성은 엔트로피 또는 정보 내용입니다.정보 이론은 신호와 그 내용에 대한 공식적인 연구 역할을 한다.신호의 정보에는 노이즈가 수반되는 경우가 많습니다.이러한 노이즈는 주로 불필요한 신호의 수정을 나타내지만, 바람직하지 않은 신호(크로스톡)와 충돌하는 불필요한 신호를 포함하도록 확장되는 경우가 많습니다.소음 감소는 부분적으로 신호 무결성의 제목에서 다루어집니다.원하는 신호를 백그라운드 노이즈로부터 분리하는 것은 신호 ^[5]회복 분야이며, 그 중 하나는 무작위 장애를 억제하기 위한 확률론적 접근방식인 추정 이론이다.

전기공학과 같은 공학 분야는 정보의 전송, 저장 및 조작과 관련된 시스템의 설계, 연구 및 구현을 발전시켰습니다.20세기 후반에는 전기공학 자체가 여러 분야로 분리되었다: 물리신호를 조작하는 시스템의 설계와 분석을 전문으로 하는 전자공학 및 컴퓨터공학이 발달한 반면 , 설계공학은 사용자-기계 인터페이스에서의 신호의 기능적 설계에 대처하기 위해 발달했다.를 참조해 주세요.

정의들

서브필드 고유의 정의는 다음과 같습니다.

전자 및 통신에서 신호는 정보를 전달하는 시간 가변 전압, 전류 또는 전자파를 말합니다.
신호 처리에서 신호는 아날로그 물리량의 아날로그 및 디지털 표현입니다.
정보 이론에서 신호는 성문화된 메시지, 즉 메시지를 인코딩하는 통신 채널 내의 상태 시퀀스입니다.
통신시스템에서 송신기는 메시지를 부호화해 신호를 생성하고, 이 신호는 통신채널에 의해 수신기로 반송된다.예를 들어, "Mary has a little lambe"라는 단어는 전화기로 전달되는 메시지일 수 있습니다.전화 송신기는 소리를 전기 신호로 변환합니다.신호는 와이어를 통해 수신 전화기로 전송되며, 수신기에서 소리로 변환됩니다.
전화 네트워크에서 시그널링(예를 들어 공통 채널시그널링)은 실제 음성 신호가 아닌 전화번호 및 기타 디지털 제어 정보를 나타냅니다.

분류

신호는 다양한 방법으로 분류할 수 있습니다.가장 일반적인^{[verification needed]} 구별은 기능이 정의되는 이산 공간과 연속 공간(예: 이산 및 연속 시간 도메인)입니다.이산 시간 신호는 다른 필드에서는 종종 시계열이라고 합니다.연속 시간 신호는 종종 연속 신호라고 불립니다.

두 번째 중요한 차이점은 이산값과 연속값의 차이입니다.특히 디지털 신호 처리에서 디지털 신호는 일반적으로 기초가 되는 연속값 물리적 프로세스와 관련된 이산값의 시퀀스로 정의될 수 있다.디지털 전자제품에서 디지털 신호는 디지털 시스템에서 비트 스트림을 나타내는 연속 시간 파형 신호입니다.

신호는 공간 분포에 따라 Point Source Signal(PSS; 포인트소스 신호) 또는 Distributed Source Signal(DSS;^[2] 분산소스 신호)로 분류할 수도 있습니다.

신호 및 시스템에서 신호는 많은 기준에 따라 분류할 수 있습니다. 주로 값의 다른 특징에 따라 아날로그 신호와 디지털 신호로 분류되고, 신호의 결정성에 따라 결정론적 신호와 랜덤 신호로 분류되며, 신호의 세기에 따라 에너지 신호로 분류됩니다.ls 및 전원 신호.

아날로그 및 디지털 신호

디지털 신호에는 두 개 이상의 구별 가능한 파형(이 예에서는 고전압과 저전압)이 있으며, 각 파형은 한 자릿수에 매핑될 수 있습니다.특징적으로 노이즈가 너무 심하지 않으면 디지털 신호에서 노이즈를 제거할 수 있습니다.

실제로 발생하는 신호에는 아날로그와 디지털의 두 가지 주요 유형이 있습니다.그림은 특정 시간 인스턴스에서 아날로그 신호를 값으로 근사한 디지털 신호를 보여 줍니다.디지털 신호는 양자화되지만 아날로그 신호는 연속적입니다.

아날로그 신호

아날로그 신호는 신호의 시간 변동 특성이 다른 시간 변동량, 즉 다른 시간 변동 신호와 유사한 표현인 연속 신호입니다.예를 들어 아날로그 오디오 신호에서는 신호의 순간전압이 음압에 따라 연속적으로 변화한다.디지털 신호와는 다릅니다.이 디지털 신호에서는 연속량은 한정된 ^[6]^[7]수의 값 중 하나만 취할 수 있는 이산 값의 시퀀스를 나타냅니다.

아날로그 신호라는 용어는 일반적으로 전기 신호를 가리킵니다. 그러나 아날로그 신호는 기계, 공압 또는 유압과 같은 다른 매체를 사용할 수 있습니다.아날로그 신호는 매체의 특성을 이용해 신호의 정보를 전달한다.예를 들어 아네로이드 기압계는 회전위치를 신호로 하여 압력정보를 전달한다.전기신호에서는 정보를 나타내기 위해 신호의 전압, 전류 또는 주파수를 변화시켜도 된다.

모든 정보는 아날로그 신호에 의해 전달될 수 있습니다.대부분 이러한 신호는 소리, 빛, 온도, 위치 또는 압력과 같은 물리적 현상의 변화에 대한 측정된 응답입니다.물리적 변수는 변환기에 의해 아날로그 신호로 변환됩니다.예를 들어 녹음에서는 기압의 변동(즉, 소리)이 마이크의 다이어프램에 부딪혀 전기적인 변동을 일으킨다.전압 또는 전류는 소리의 아날로그라고 합니다.

디지털 신호

논리 신호라고도 하는 이진 신호는 구별 가능한 두 가지 레벨을 가진 디지털 신호입니다.

디지털 신호는 일련의 이산 ^[8]^[9]^[10]값을 나타내기 위해 물리량의 이산 파형 집합으로 구성된 신호입니다.논리신호는 가능한 값이 ^[11]^[12]2개뿐인 디지털 신호로 임의의 비트스트림을 나타냅니다.다른 유형의 디지털 신호는 3값 논리 또는 더 높은 값의 로직을 나타낼 수 있습니다.

또, 디지털 신호는,^[13] 그러한 물리량으로 나타나는 코드의 배열이라고 생각할 수 있다.물리적 양은 가변 전류 또는 전압, 광학 또는 기타 전자기장의 강도, 위상 또는 편파, 음향 압력, 자기 저장 매체의 자화 등일 수 있습니다.디지털 신호는 모든 디지털 전자 제품, 특히 컴퓨팅 장비와 데이터 전송에 존재합니다.

디지털 신호의 경우 시스템 노이즈가 너무 크지 않으면 시스템 작동에 영향을 주지 않지만 노이즈는 항상 아날로그 신호의 작동을 어느 정도 저하시킵니다.

디지털 신호는 아날로그 신호의 샘플링을 통해 발생하는 경우가 많습니다. 예를 들어, 아날로그-디지털 변환 회로에 의해 디지털화될 수 있는 회선상의 전압 레벨을 50마이크로초마다 읽고 각 판독치를 일정한 비트 수로 나타냅니다.결과적인 숫자의 스트림은 이산 시간 및 양자화된 진폭 신호에 디지털 데이터로 저장됩니다.컴퓨터 및 기타 디지털 기기는 개별 시간으로 제한됩니다.

에너지와 전력

신호의 강도에 따라 실용적인 신호는 에너지 신호와 전력 ^[14]신호 두 가지로 분류할 수 있다.

에너지 신호:이러한 신호의 에너지는 유한한 양의 값과 동일하지만 평균 전력은 0입니다.

$0 <E=\int _{-\infty }^{\infty }s^{2}(t)dt <\infty$

전원 신호:이러한 신호의 평균 전력은 유한한 양의 값과 동일하지만 에너지는 무한합니다.

$P=\lim _{T\오른쪽 화살표\infty}{\frac {1}{T}}\int _{-T/2}^{T/2}s^{2}(t)dt$

결정론적 및 랜덤

결정론적 신호는 언제든지 값이 예측 가능하고 수학 방정식으로 계산될 수 있는 신호입니다.

랜덤 신호는 임의의 순간에 랜덤 값을 갖는 신호로 확률적으로 ^[15]모델링해야 합니다.

짝수 홀수

짝수 및 홀수 신호

f(x)=x^{2}

(

f(x)=x^{2}

)

=

f(x)=x^{2}

({

displaystyle

f

(x

)=

x^{2})

는

f(x)=x^{2}

짝수 신호의 예입니다.

f(x)=x^{3}

(

f(x)=x^{3}

)

=

f(x)=x^{3}

3 {\

displaystyle

f

(x

)=

x^{3}}

는

f(x)=x^{3}

홀수 신호의 예입니다.

짝수 신호는 x $x(t)=x(-t)$ ( $x(t)=x(-t)$ ) $=$ ( - $x(t)=x(-t)$ ) { $displaystyle$ x( $t)=x430t}$ $x(t)=x(-t)$ 을 충족합니다.

또는 다음 방정식이x $x$ 모든 t $\displaystyle$ t $및$ $\displaystyle$ $-t$ 에 $-t$ 적용되는 경우 다음과 같습니다.

x(t)-x420t}=0 입니다.

홀수 신호는 x $x(t)=-x(-t)$ ( $x(t)=-x(-t)$ ) $=$ - $x(t)=-x(-t)$ ( - $x(t)=-x(-t)$ ) {{ $displaystyle$ x(t $)=-x430t}$ $x(t)=-x(-t)$ 을 충족합니다.

또는 다음 방정식이x $x$ 모든 t $\displaystyle$ t $및$ $\displaystyle$ $-t$ 에 $-t$ 적용되는 경우 다음과 같습니다.

x(t)+x420t}=0 입니다.

정기적

신호는 다음 조건을 만족하는 경우 주기적인 것으로 간주됩니다.

$x(t)=x(t+T)$ ( $x(t)=x(t+T)$ ) $=$ $x(t)=x(t+T)$ ( $x(t)=x(t+T)$ + $x(t)=x(t+T)$ $){$ $displaystyle$ x ( t )= $x$ ( $t$ + T $)}$ $x(n)=x(n+N)$ x ( $x(n)=x(n+N)$ )= $x(n)=x(n+N)$ ( $x(n)=x(n+N)$ + $x(n)=x(n+N)$ $){$ $displaystyle$ x ( n )= $x$ ( $n$ + N $)}$

장소:

$T$ {\ $displaystyle$ T $}$ = $T$ 기본 시간 주기,

$1/T=f$ $1/T=f$ {\ $displaystyle$ 1/ $T=f}$ $1/T=f$ 기본 주파수.

주기적인 신호는 모든 주기에 대해 반복됩니다.

시간의 이산화

샘플링에 의해 연속 신호에서 생성된 이산 시간 신호

신호는 연속 시간 또는 이산 시간으로 분류할 수 있습니다.수학적 추상화에서 연속시간 신호의 도메인은 실수 집합(또는 그 일부 간격)인 반면 이산시간 신호의 도메인은 정수 집합(또는 실수의 다른 부분 집합)이다.이들 정수가 나타내는 것은 신호의 성질에 따라 달라집니다.대부분은 시간입니다.

연속시간 신호는 간격의 모든 시간 t에 정의되는 함수이며, 가장 일반적으로 무한 간격입니다.이산 시간 신호의 단순한 소스는 연속 신호의 샘플링이며, 특정 시간 인스턴스에서 해당 값의 시퀀스로 신호를 근사합니다.

진폭 양자화

신호가 일련의 숫자로 표시되는 경우 정확한 정밀도를 유지하는 것은 불가능합니다. 시퀀스의 각 숫자는 유한한 자리수를 가져야 합니다.그 결과, 이러한 신호의 값은 실제적인 표현을 위해 유한 집합으로 양자화되어야 한다.양자화란 연속 아날로그 오디오 신호를 정수 이산 수치로 디지털 신호로 변환하는 과정입니다.

신호의 예

자연발생 신호는 다양한 센서에 의해 전자신호로 변환될 수 있다.예를 들어 다음과 같습니다.

움직임. 물체의 움직임은 신호로 간주될 수 있고 전기적 ^[16]신호를 제공하기 위해 다양한 센서에 의해 감시될 수 있습니다.예를 들어 레이더는 후속 항공기 움직임을 위한 전자파 신호를 제공할 수 있습니다.모션 신호는 1차원(시간)이며, 범위는 일반적으로 3차원이다.따라서 위치는 3벡터 신호이며 강체의 위치와 방향은 6벡터 신호입니다.자이로스코프를 ^[17]사용하여 배향신호를 생성할 수 있다.
소리. 소리는 매체(공기 등)의 진동이기 때문에, 소리 신호는 모든 시간 값과 이동 방향을 나타내는 세 개의 공간 좌표에 압력 값을 관련짓습니다.마이크에 의해 음성신호를 전기신호로 변환하여 음성신호의 아날로그로서의 전압신호를 생성한다.음성 신호는 개별 시점으로 샘플링할 수 있습니다.예를 들어 콤팩트 디스크(CD)에는 44,100Hz로 녹음된 소리를 나타내는 개별 신호가 포함됩니다.CD는 스테레오로 녹음되기 때문에 각 샘플에는 좌우 채널의 데이터가 포함되며, 이는 2벡터 신호로 간주될 수 있습니다.CD 부호화는 레이저로 정보를 읽어내 음성 신호를 ^[18]광신호로 변환함으로써 전기신호로 변환된다.
이미지. 그림 또는 이미지는 2차원 위치의 함수인 밝기 또는 색 신호로 구성됩니다.물체의 외관은 전자파 신호인 방출되거나 반사된 빛으로 나타납니다.충전 커플링 장치와 같은 장치를 사용하여 전압 또는 전류 파형으로 변환할 수 있습니다.2D 이미지는 기존의 사진이나 그림에서처럼 연속적인 공간 영역을 가질 수 있으며, 디지털 이미지에서처럼 공간 내에서 이미지를 분리할 수 있습니다.컬러 이미지는 일반적으로 3가지 주요 색상의 흑백 이미지 조합으로 표시됩니다.
비디오. 비디오 신호는 일련의 이미지입니다.비디오 중의 한 점은 화상 내의 2차원 위치와 그것이 발생하는 시간에 의해 식별되므로 비디오 신호는 3차원 도메인을 가진다.아날로그 비디오에는, 1개의 연속 도메인 차원(스캔 라인 전체)과 2개의 이산 차원(프레임과 라인)이 있습니다.
생체막 전위.신호의 값은 전위(전압)입니다.그 도메인은 설립하기가 더 어렵다.어떤 세포나 세포는 전체적으로 동일한 막 전위를 가지고 있다; 뉴런은 일반적으로 다른 지점에서 다른 전위를 가지고 있다.이러한 신호는 매우 낮은 에너지를 가지고 있지만 신경계가 작동하기에 충분합니다; 그것들은 종합적으로 전기생리학 기술에 의해 측정될 수 있습니다.
온도 ^[1]정보를 전달하는 열전대의 출력입니다.
산도 ^[1]정보를 전달하는 pH 미터의 출력.

신호 처리

전자 신호를 이용한 신호 전송

신호 처리는 신호의 조작입니다.일반적인 예로는 서로 다른 위치 간의 신호 전송이 있습니다.전기적 형태의 신호의 실시형태는 신호를 원래의 형태에서 전류 또는 전압으로 표현되는 파형 또는 예를 들어 광신호 또는 무선전송과 같은 전자파 방사선으로 변환하는 변환기에 의해 이루어진다.일단 전자신호로 표현되면, 신호는 전자증폭기나 필터와 같은 전기장치에 의한 추가처리가 가능하며, 송신기에 의해 원격지에 송신되어 무선수신기를 사용하여 수신할 수 있다.

신호 및 시스템

전기 공학 프로그램에서 신호는 신호 및 시스템이라고 하는 학습 클래스와 분야에서 다루어집니다.학교에 따라 EE 학부생들은 보통 이전에 들었던 ^[19]선형대수와 미분방정식 수업의 수와 수준에 따라 후배나 선배로 수업을 듣는다.

이 필드에서는 4개의 영역에서 입력 및 출력 신호와 시스템이라고 하는 신호 간의 수학적 표현을 연구합니다.시간, 주파수, s 및 z.신호와 시스템은 모두 이들 4개 영역에서 연구되기 때문에 8개의 주요 연구 부문이 있다.예를 들어, 연속 시간 신호(t)를 사용하는 경우 시간 영역에서 주파수 또는 s 영역으로, 또는 이산 시간(n)에서 주파수 또는 z 도메인으로 변환할 수 있습니다.시스템은 또한 신호와 같이 이러한 영역 간에 연속적으로 s로, 이산적으로 z로 변환할 수 있습니다.

신호 및 시스템은 수학적 모델링 분야의 하위 집합입니다.수학 모델링과 수치적 방법을 통한 회로 분석과 설계를 포함하며, 수십 년 전에 미분 방정식을 포함한 동적 시스템 도구와 최근에는 라그랑지안(Lagrangians)으로 업데이트되었습니다.학생들은 모델링 도구와 수학, 물리학, 회로 분석 및 8개 영역 간의 변환에 대해 이해해야 합니다.

왜냐하면 마찰, 습기 제거 등 기계공학적인 주제이기 때문입니다.는 신호 과학(유도, 저항, 전압 등)에 매우 가까운 유사성을 가지고 있으며, ME 변환에 원래 사용된 많은 도구(라플라스 및 푸리에 변환, 라그랑지안, 샘플링 이론, 확률, 차이 방정식 등)가 이제 신호, 회로, 시스템 및 그 구성 요소, EE 설계 등에 적용되었습니다.노이즈, 필터링 및 기타 무작위 또는 혼돈 유인기와 역기를 포함하는 동적 시스템은 이제 확률 과학 및 통계를 현장에서 보다 결정론적 이산 함수와 연속 함수 사이에 배치했다(여기서 사용된 결정론적 의미는 시간의 함수로 완전히 결정된 신호를 의미한다).

EE 분류학자들은 신호와 시스템이 신호 처리와 회로 분석 및 수학적 모델링의 전체 영역에 포함되는지는 아직 결정되지 않았지만, 연구 과정에서 다루는 주제들의 공통적인 연계는 신호와 시스템이라고 불리는 수십 개의 책, 저널 등과 경계를 넓히고 텍스트와 테스로 사용됩니다.최근 컴퓨터 ^[20]공학 시험뿐만 아니라 EE도 준비한다.

「」를 참조해 주세요.

커뮤니케이션의 수학적 이론 - 클로드 샤논의 커뮤니케이션 이론에 관한 기사
Current Loop – 프로세스 제어에 널리 사용되는 시그널링 시스템
신호 대 잡음비

레퍼런스

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추가 정보

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[Lu-16] 로봇의 한 예를 들어, KNishio&T야스다(2011년)를 참조하십시오."동작 감지 기술을 Analog–digital 회로 척추 동물의 망막과 이동 로봇에 대한 신청에 따라".Bao-Liang 루, 리칭 장&제임스쿽(eds.).신경 정보 처리:18일 국제 회의, Iconip 2011년, 중국 상하이 11월 13-17, 2011년.스프링거.를 대신하여 서명함. 506년 페이지와 그 다음.아이 에스비엔 978-3642249648.그 2013-06-02에 원래에서 Archived.

[gyro-17] 예를 들어, 을 참조해 주세요.

[Chambers-18] 광학 판독 프로세스는 다음과 같이 설명됩니다.

[McMahon_s_and_s-19] David McMahon (2007). Signals & Systems Demystified. New York: McGraw Hill. ISBN 978-0-07-147578-5.

[Signals_and_systems-20] M.J. Roberts (2011). Signals and Systems: Analysis Using Transform Methods & MATLAB. New York: McGraw Hill. ISBN 978-0073380681.

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