确知信号的类型:能量信号与功率信号

news2025/1/19 11:33:35
  • 通信原理第17页第一段:
    例如, s ( t ) = 8 s i n ( 5 t + 1 ) , − ∞ < t < ∞ s(t)=8sin(5t+1),-\infty<t<\infty s(t)=8sin(5t+1),<t<,就属于周期信号,其周期 T 0 = 2 π / 5 T_0=2\pi/5 T0=2π/5
    三角函数很多都忘光了,回忆下三角函数的基本特性
    原型: y = A s i n ( ω x + φ ) 原型:y=Asin(\omega x+\varphi) 原型:y=Asin(ωx+φ)
    其中 A A A 为振幅, ω \omega ω 为角频率(单位:弧度/秒,rad/s), φ \varphi φ 为初始相位
    T = 2 π ω = 1 f f = 2 π ω T=\frac{2\pi}{\omega}=\frac{1}{f}\\ f=2\pi\omega T=ω2π=f1f=2πω
    其中 T T T 为周期, f f f 为频率,其中 2 π 2\pi 2π 表示一个单位圆的周长,以角频率 ω \omega ω 的速度绕圆心转动,则需要 T T T 时间转完一圈,而频率表示 1 s 1s 1s 内转完一圈的次数,就是频率 f f f 了,单位赫兹 H z Hz Hz
    在这里插入图片描述

  • 通信原理第17页最后一段:
    若信号电压和电流的值随时间变化,则 S S S 可以改写为时间 t t t 的函数 s ( t ) s(t) s(t)。故 s ( t ) s(t) s(t) 代表信号电压或电流的时间波形。这时,信号能量 E E E 应当是信号瞬时功率的积分:
    E = ∫ − ∞ ∞ s 2 ( t ) d t E=\int^{\infty}_{-\infty}{s^2(t)dt} E=s2(t)dt
    其中 E E E 的单位时焦耳(J)

    因为工程应用中常用的是电压,比如 TTL 电平标准,+5V 表示逻辑 1,0V 表示逻辑 0,所以这里以电压 V V V 来举例
    若单位时间内电压不变,通过 1 Ω 1\Omega 的电阻,电压的变化函数 V = 5 V=5 V=5,它的功率非常好求,就是电压的平方 V 2 d t V^2dt V2dt,等于 5 2 d t = 25 d t 5^2dt=25dt 52dt=25dt
    若单位时间内电压变化,可用 V = s ( t ) V=s(t) V=s(t) 函数来表示电压随时间变化,则需要对 s 2 ( t ) s^2(t) s2(t) 进行积分,就有了上面的公式
    在这里插入图片描述

  • 通信原理第18页开头:
    若信号的能量是一个正的有限值,即
    0 < E = ∫ − ∞ ∞ s 2 ( t ) d t < ∞ 0<E=\int^{\infty}_{-\infty}s^2(t)dt<\infty 0<E=s2(t)dt<
    则称此信号为能量信号。例如,第 1 章中提到的数字信号的一个码元就是一个能量信号。现在,我们将信号的平均功率定义为
    P = lim ⁡ T → ∞ 1 T ∫ − T / 2 T / 2 s 2 ( t ) d t P=\lim_{T→\infty}\frac{1}{T}\int^{T/2}_{-T/2}s^2(t)dt P=TlimT1T/2T/2s2(t)dt
    能量信号的平均功率 P = 0 P=0 P=0, 因为上面这个式子表示若信号的能量有限,则在被趋于无穷大的时间 T T T 去除后,所得平均功率趋近于零

  • 两个公式主要是在 ( − ∞ , + ∞ ) (-\infty,+\infty) (,+) 上对整个信号的总能量,以及平均到每个单位时间 d t dt dt 上的功率大小,来分析的

  • 能量信号:比如在 ( − ∞ , + ∞ ) (-\infty,+\infty) (,+) 内只发送了一个码元
    从总能量来看:对 ( − ∞ , + ∞ ) (-\infty,+\infty) (,+) 积分,根据分段积分法,对 ( − ∞ , + ∞ ) (-\infty,+\infty) (,+) 积分其实就是对 ( − t 0 , t 0 ) (-t_0,t_0) (t0,t0) 积分,恒为一个有限的正值
    从平均功率来看:对 ( − t 1 , t 1 ) (-t_1,t_1) (t1,t1) 积分,总能量不变,但是除以 2 t 1 2t_1 2t1,除的区间变长了,本来是除以 2 t 0 2t_0 2t0 的,那么每个 d t dt dt 积分出来的结果就又变小了,再拓展到 ( − ∞ , + ∞ ) (-\infty,+\infty) (,+),那么 d t dt dt 积分出来的结果就趋近于零了
    具有这种性质的信号,就称之为能量信号,即总能量是一个正的有限值,但平均功率等于零
    在这里插入图片描述

  • 功率信号:比如在 ( − ∞ , + ∞ ) (-\infty,+\infty) (,+) 内发送持续的广播信号
    从总能量来看:对 ( − ∞ , + ∞ ) (-\infty,+\infty) (,+) 积分,积分的结果无穷大,因为信号在 ( − ∞ , + ∞ ) (-\infty,+\infty) (,+) 没有边界嘛,面积也就无穷大
    从平均功率来看:对 ( − ∞ , + ∞ ) (-\infty,+\infty) (,+) 积分得到总能量无穷大,对 d t dt dt 积分出来的结果都为一个恒定正值
    具有这种性质的信号,就称之为功率信号,即总能量趋近于无穷,但平均功率等于恒定的正值
    在这里插入图片描述

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