电信号 包括基带电信号、高频电信号,有时统称其为电信号。例如,语音经拾音器可变为基带电信号,然后经调制就可加载到高频上,变为高频电信号。它们的差别有时只在频率域方面,一般而言,基带电信号的频率较低,高频电信号的频率较高。频率的高低是一个很模糊的概念,有时也很难把它们区别开来,但它们都具有某些基本相同的特性。无论是基带信号,还是高频电信号都可分为模拟和数字信号两种。
基带的模拟信号常见的有语音电信号及它的多路复用信号,还有经扫描而成的模拟图像信号等;数字信号包括视频脉冲、编码信号、模拟信号数字化信号、时分信号和码分信号等。模拟基带信号可经调制加载到高频上,成为调幅信号、边带信号和调频信号等高频无线电信号;而数字信号经调制就可加载到高频上变为移频键控、移相键控等数字高频无线电信号。
电信号的时间域特性
当把时间作为自变量时,信号随时间取值的方式就是它的时间域特性。信号持续时间的长短、变化的快慢、幅度的大小、变化的周期性,以及在特定时间存在与否等,都是电信号时间域特性的具体表现形式。所谓变化的快慢,一方面的意义是同一形状的变化重复出现的周期的大小;而对非正弦振荡来说,还有另一方面的意义,即在一个周期内信号变化的速率。
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。当然,还可以进一步分为平稳随机信号和周期平稳随机信号等,但主要是这两种。
确定信号是指一个可以表示为确定的吋间函数的信号。对于指定的某一时刻,信号有确定的值。随机信号则有所不同,它不是一个确定的时间函数的信号。通常只知道它取某一数值的概率,如噪声信号、通信信号、甫达信号、测控信号等。这些信号都具有不可预知的不确定性。但是,对实际应用的信号,在一定条件下也都表现为某种确定性。
为了简化分析和便于工程应用,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。通信信号的不确定性使它载有信息,但载有某种信息的通信信号又具有某种确定性,例如周期性。利用信号的某种确定性来区别它与其他信号,或将其从其他信号屮分选出来,这是通信侦察中常用的方法。但是通过分析,知道它的频谱特性,就可知道它是调幅信号,以及它的带宽。这对于通信电子战支援的通信侦察而言也是有意义的。因此,当不能从通信信号中获取信息时,掌握其确定性参数也楚极有价值的。
信号的自变量为时间,按其取值是否连续,又可将信号划分为连续时间信号和离散时间信号,或简单地称为连续信号和离散信号。信号在某一时间间隔内,对于一切自变量的取值,除了有若干不连续点以外,信号都有确定的值与之对应,这样的信号称为连续信号。下图给出了两个连续信号的例子。
离散时间信号是指自变量(时间)只取离散值的或整数值,信号仅在这些离散时间变量取值。有时也将离散时间信号称为序列,因为它是一组按顺序排列的数值。如果将离散吋间信号的值加以量化,使其只取有限个值,图2给出了一个离散时间信号的例子。
如前所述,为了传输消息,必须将消息用其参数(幅度、频率和相位)随着消息连续变化的信号来表示,这个随着消息变化参数的信号称为模拟信号。模拟信号在特定时间内的某一参数如幅度是连续的。时间的取值可以是连续的,也可以是不连续的。
一般说来,数字信号是离散的,不仅某个参数在取值上是离散的,而且在时间上也可能是离散的。在每个时间间隔内,从有限个离散值中,取其中的一个数值,通常称为一个码元。数字信号往往是从与消息对应的模拟信号经过采样、量化、编码而形成的,所以它不准确或不直接与消息对应。
然而,数字信号并非它的所有参数都是离散的,例如普通的移频电报信号,其幅度取值是连续的。但由于它的瞬吋频率只取两个值,如图3所示,所以仍将其视为数字信号。因此,连续信号的幅度、频率和相位只要有一个只取有限个值,这个信号就可以称为数字信号。
无论是连续时间信号,还是离散时间信号,按信号值随吋间的变化规律都可以将其分为周期性信号与非周期信号。连续时间周期信号满足X(t+T)=X(t),其中T是信号的周期,它是正实数;离散吋间周期信号满足X(n + N)= X(n),其中周期N是正整数。不满足上述关系的信号称为非周期信号。当然,现实中不可能存在严格按数学意义规定的周期信号,因为实际的信号都是有起始时间和终了时间的。所以周期信号是指在较长时间内多次重复某一变化规律的规则信号。
综上所述,信号的时间特性就是在时间轴上观察某个信号,可能在某个时间存在,在其它吋间不存在。存在时,信号电压或电流幅值的大小因吋间变化而变化。它们具有的不确定性使它们能够载有消息,它们的确定性如周期性使人们能把它们从其他信号中分选出来。
此外,大多数通信信号在时间域上都具有周期循环平稳的特点,如调幅、调频、调相和直扩等信号是对周期性载波的参数调制,一般都具有循环平稳的特性,其信号的统计参数,如均值、自相关函数和高阶函数等都是随时间周期性变化的。通过傅里叶变换可以求出它们在非零频率上频谱不为零,这意味着它们具有循环平稳特性。由于不同信号具有不同的统计参数,其循环频率也不同,因而可以将信号的这种特征用于信号的分类。
信号时域特性应用的最简单例子是人工键控报,它是利用信号的有无和持续时间长短达到通信目的的。
另一个应用的实例是信号的时间分割。可以想象,如果令不同通信系统的发射端在不同的时间将它们的信号送入介质,就可以使不同的接收端在相应的时间接收本系统的信号,而不接收其他系统的信号,从而从众多信号中分割出所需的信号。这种方法在通信网屮可以用来实现多址通信方式。
信号的时间分割还可以用于多个信号的复用。当需要将多个信号同时通过一个信道传给另一用户时,将多个信号按时序排列起来,然后直接发出去,或经调制发出去,就可以达到复用的目的。当然,对于持续时间较长的信号,首先要将其拆分成若干段,然后经压缩再进行拼接,才能发出去。在数字通信中,先将信号量化,即先按采样定理对信号进行采样,再进行拼接。在接收端需要完成相反的过程。
关于信号的时域特性应用的例子还有很多。例如,在军事中,战术上使用的战前无线电“静默”和用来欺骗敌人的无线电“佯动”,都是利用了信号的时域特性来达到战术目的的。信号的时域特性常用持续时间、时间和幅度的关系特性等来表示。