南京邮电大学信号与系统沈元隆周井泉讲义 KSD版

第1章信号与系统的基本概念
1.1 信号的描述及其分类
1.1.1信号及其描述
什么是信号（signal）？广义地说，信号是随时间变化的某种物理量。在通信技术中，一般将语言、文字、图像或数据等统称为消息（message）。在消息中包含有一定数量的信息（information）。但是，信息的传送一般都不是直接的，它必须借助于一定形式的信号（光信号、声信号、电信号等），
才能远距离快速传输和进行各种处理。因而，信号是消息的表现形式，它是通信传输的客观对象，而消息则是信号的具体内容，它蕴藏在信号之中。本课程将只讨论应用广泛的电信号，它通常是随时间变化的电压或电流，在某些情况下，也可以是电荷或磁通。由于信号是随时间而变化的，在数学上可以用时间t 的函数f ( t ) 来表示，因此，“信号”与“函数”两个名词常常通用。
信号的特性可以从两个方面来描述，即时间特性和频率特性。
信号可写成数学表达式，即是时间t 的函数，它具有一定的波形，因而表现出一定波形的时间特性，如出现时间的先后、持续时间的长短、重复周期的大小及随时间变化的快慢等。另一方面，任意信号在一定条件下总可以分解为许多不同频率的正弦分量，即具有一定的频率成份，因而表现为一定波形的频率特性，如含有大小不同频率分量、主要频率分量占有不同的范围等。
信号的形式所以不同，就因为它们各自有不同的时间特性和频率特性，而信号的时间特性和频率特性有着对应的关系，不同的时间特性将导致不同的频率特性的出现。
1.1.2 信号的分类
对于各种信号，可以从不同的角度进行分类。
1．确定信号和随机信号
按时间函数的确定性划分，信号可分为确定信号和随机信号两类。确定信号（determinate signal）是指一个可以表示为确定的时间函数的信号。对于指定的某一时刻，信号有确定的值。如我们熟知的正弦信号、周期脉冲信号等。随机信号（random signal）则与之不同，它不是一个确定的时间函数，通常只知道它取某一数值的概率，如噪音信号等。实际传输的信号几乎都具有不可预知的不确定性，因而都是随机信号。如，通信系统中传输的信号带有不确定性，接收者在收到所传送的消息之前，对信息源所发出的消息是不知道的，否则，接收者就不可能由它得知任何新的消息，也就失去通信的意义。另外，信号在传输过程中难免受各种干扰和噪声的影响，将使信号产生失真。所以，一般的通信信号都是随机信号。但是，在一定条件下，随机信号也表现出某些确定性，通常把在较长时间内比较确定的随机信号，近似地看成确定信号，以使分析简化。