Signaalit ovat fysikaalisessa järjestelmässä mitattavia suureita, jotka tuotetaan järjestelmän sisällä. Nämä voidaan esittää digitaalisesti saatujen kaavioiden muodossa.
Signaalien luokittelu voidaan tehdä erilaisten linssien alla. Se voidaan tehdä jatkuvuuden (jatkuva vs. diskreetti), jaksoittaisuuden (jaksollinen vs. jaksollinen), todennäköisyyden (deterministinen vs. satunnainen), stationaarisuuden (stationaarinen vs. ei-stationaarinen) suhteen jne.
Signaalia voidaan käsitellä myös havainnona tai tapahtuman tallenteena. Stationaarisuus on tapa kuvata signaalinmuodostusprosessin ominaisuuksia, mikä edelleen antaa meille kaksi luokkaa.
Kiinteät vs ei-kiinteät signaalit
Ero stationääristen ja ei-stationaaristen signaalien välillä on, että stationäärisen prosessisignaalin ominaisuudet eivät muutu ajan myötä, kun taas ei-stationaarisen signaalin prosessi on ristiriidassa ajan kanssa.
Puhetta voidaan pitää ei-stationaaristen signaalien muotona. Muita synteettisiä signaalimuotoja ovat kolmio-, aalto- jne. Puhesignaalien ymmärtämiseen on kehitetty ja käytetty erilaisia lähestymistapoja.
Vertailutaulukko kiinteän ja ei-kiinteän signaalin välillä (taulukkomuodossa)
| Vertailuparametri | Kiinteät signaalit | Ei-kiinteä |
|---|---|---|
| Aika | Pysyvän signaalin aikajakso pysyy vakiona koko ajan. | Ei-stationaarisen signaalin aikajakso vaihtelee ajan mukaan eikä ole vakio. |
| Taajuus | Kiinteän signaalin taajuus pysyy vakiona koko prosessin ajan | Ei-stationaarisen aallon taajuus muuttuu jatkuvasti prosessin aikana. |
| Spektrisisältö | Kiinteiden signaalien spektrisisältö on vakio | Spektrisisältö on dynaamista ja muuttuu jatkuvasti ei-stationaarisen signaalin tapauksessa. |
| Fourier-yhtälö | Fourier-muunnos on hyvä edustamaan stationäärisiä signaaleja | Fourier-muunnos ei ole hyvä edustamaan ei-stationaarisia signaaleja. |
| Esimerkkejä | Yksiääninen siniaalto vakiotaajuus, monisävyinen siniaalto vakiotaajuudella | Puhesignaalit, moniääninen siniaalto vaihtelevalla taajuudella |
Mitä ovat paikallaan olevat signaalit?
Kiinteä signaali on signaaliaalto, joka syntyy pitämällä aikajakso ja spektrisisältöarvo vakiona. Kiinteä signaali voidaan generoida siniaallona ohjelmiston tai toimintogeneraattorin kautta.
Tällaiselle signaalille on ominaista, että taajuus pysyy vakiona koko ajan.
Stationaarisuus selittää periaatteessa signaaliaallon käyttäytymisen sen taajuuden ja aikasuhteen suhteen. Tässä, jos siniaallon taajuutta muutetaan, syntyy täysin uusi aalto, joten se ei pysy enää paikallaan.
Stacionaarisuus voidaan kuitenkin ylläpitää myös moniäänisinaalloissa, jos taajuus pysyy vakiona. Sekä yksi- että monisävyiset vakiotaajuiset siniaallot ovat siten esimerkkejä paikallaan olevista signaaleista. Molemmat voidaan esittää kahdella eri yhtälöllä.
On tärkeää huomata, että vaikka monisävyisessä siniaallossa on vaihteleva määrä taajuuskomponentteja. Signaali on paikallaan, jos mainittujen komponenttien taajuus ei muutu ajan myötä.
Muita esimerkkejä paikallaan olevista signaaleista ovat;
Mitä ovat ei-stationaariset signaalit?
Yksinkertaisesti sanottuna ei-stationaarinen signaali on signaali tilanteessa, jossa kiinteän signaalin määrittelevät perusoletukset eivät enää ole voimassa. Tämä tarkoittaa, että ei-stationaarinen signaali on sellainen signaali, jossa aikajakso, taajuus eivät ole vakioita, vaan vaihtelevia.
Ei-stationaarisen yhtälön siniaaltoesitys muuttuu siksi jatkuvasti. Tällaisten signaalien spektrisisältö ei myöskään ole vakio. Siksi ei-stationaaristen aaltojen ominaispiirre on taajuus, joka muuttuu jatkuvasti intervallien välillä.
Puhesignaalit ovat luonnollisia signaaleja, jotka ovat luonteeltaan ei-stationaarisia, mutta ne ovat kuitenkin paljon monimutkaisempia ja hieman erilaisia kuin ei-stationaariset moniääniset siniaalto.
Ensinnäkin puhesignaalien tapauksessa tietyllä aikavälillä voi olla useita taajuuskomponentteja.
Toiseksi, itse aikaväli voi olla erittäin lyhyt, alle 10-30 ms verrattuna 250 ms.
Siksi puhesignaalin tapauksessa taajuussisältöjä olisi useita, ja nämä sisällöt todennäköisesti muuttuvat dynaamisesti ajan suhteen.
Tästä syystä tilastolliset parametrit ovat muuttuvia ei-stationaaristen signaalien tapauksessa.
Tärkeimmät erot kiinteän ja ei-kiinteän signaalin välillä
Johtopäätös
Signaalijärjestelmä voidaan luokitella eri kriteerien mukaan. Stationaarisuus selittää signaaliaallon käyttäytymisen aikajaksofunktiona. Ensisijainen ero stationaarisen signaalin ja ei-stationaarisen signaalin välillä voidaan nähdä siniaaltoyhtälön avulla. Kiinteän signaalin aikajakso, taajuus ja spektrisisältö olisivat vakioita, kun taas ei-stationaarisissa signaaleissa kaikki nämä perusoletukset eivät päde.
Signalointijärjestelmien kaksi kategoriaa on kehitetty Fourier-analyysillä, mutta menetelmällä on kuitenkin havaittu olevan omat rajoituksensa ja ei-stationaaristen signaalien käsittelyn ymmärtäminen vaatii tarkempia työkaluja.
