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第七章 信號(hào)與信息和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)

信號(hào)與信息共考題 6 道，所以應(yīng)重視基本概念

第一節(jié) 信號(hào)與信息

 

一、 《 考試大綱 》 的規(guī)定

信號(hào)；信息；信號(hào)的分類；模擬信號(hào)與信息；數(shù)字信號(hào)與信息。

 

二、重點(diǎn)內(nèi)容

1 ．信號(hào)與信息概述

信息，一般地指人的大腦通過(guò)感官所直接感受或間接獲取的關(guān)于外部世界中事物的存在形式及其運(yùn)動(dòng)變化的狀況。信號(hào)，是指物理對(duì)象上可被觀測(cè)到的現(xiàn)象，如光、電、聲、熱、力等物理現(xiàn)象。信號(hào)是信息的載體，并經(jīng)由媒體傳送至人的感官并被人所獲取?？梢姡盘?hào)是“車”，媒體是“路”，信息是“貨”，車經(jīng)路送貨。

人們通過(guò)兩種渠道從信號(hào)獲取信息：一是直接觀測(cè)對(duì)象；二是通過(guò)人與人之間的交流，即用符號(hào)對(duì)信息進(jìn)行編碼后再以信號(hào)的形式傳送出去，人們?cè)谑盏竭@種編碼信號(hào)并對(duì)它進(jìn)行必要的翻譯處理之后間接獲取信息，如書籍、報(bào)刊用的文字符號(hào)編碼、數(shù)字通信系統(tǒng)中使用的數(shù)字信號(hào)編碼等。

此外，信號(hào)是具體的，可對(duì)它進(jìn)行加工、處理和傳輸；信息和數(shù)據(jù)是抽象的，它們都必須借助信號(hào)才能得以加工、處理和傳輸。

 

2 ．信號(hào)的分類

根據(jù)信息自身的形態(tài)及其承載信息的方式不同，信號(hào)可分為多種類型。

（1）時(shí)間信號(hào)與代碼信號(hào)

直接觀測(cè)對(duì)象所獲取的信號(hào)，因觀測(cè)是在現(xiàn)實(shí)世界的時(shí)間域里進(jìn)行的，故是隨時(shí)間變化的，稱之為時(shí)間信號(hào)。時(shí)間信號(hào)可以用時(shí)間函數(shù)、時(shí)間曲線或時(shí)間序列加以描述。

代碼信號(hào)是指人為生成并按照既定的編碼規(guī)則用來(lái)對(duì)信息進(jìn)行編碼的信號(hào)。代碼信號(hào)只能用它的序列式波形圖或自身所代表的符號(hào)代碼序列來(lái)表示。

（2）連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào)

時(shí)間信號(hào)包括兩大類型：連續(xù)時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間序號(hào)。

連續(xù)時(shí)間信號(hào)是指可以用連續(xù)時(shí)間函數(shù)或連續(xù)時(shí)間曲線表述的信號(hào)。

離散時(shí)間信號(hào)是指只能用離散時(shí)間函數(shù)或離散時(shí)間曲線描述的信號(hào)。它是一種只有在特定的時(shí)間點(diǎn)上才出現(xiàn)的信號(hào)，因此，在它的描述中，時(shí)間軸上是不能連續(xù)取值的。

信號(hào)的時(shí)間曲線表述形式稱為信號(hào)的波形圖。

此外，在信號(hào)分析中，把時(shí)間離散，或數(shù)值離散，或時(shí)間數(shù)值都離散的信號(hào)稱為離散信號(hào)，而把時(shí)間和數(shù)值都連續(xù)的信號(hào)稱為連續(xù)信號(hào)。

（3）模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)

由于電氣與信息工程中只處理電信號(hào)，因此，對(duì)于經(jīng)觀測(cè)所得到的各種原始狀態(tài)的時(shí)間信號(hào)都換成電信號(hào)（電壓或電流信號(hào)）之后才能加以處理。這種轉(zhuǎn)換稱為“模擬”，相應(yīng)地，由原始時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換而來(lái)的電信號(hào)被稱為模擬信號(hào)。

在電氣與信息工程中，為了保證模擬轉(zhuǎn)換不丟失信息，模擬信號(hào)的幅值范圍為0～5v（電壓信號(hào)）或0～20ma （電流信號(hào)）。在電氣與信息工程中實(shí)際所處理的信號(hào)都是連續(xù)時(shí)間信號(hào)，故模擬信號(hào)實(shí)際上是連續(xù)時(shí)間信號(hào)；而離散時(shí)間信號(hào)通常是運(yùn)用模擬轉(zhuǎn)換技術(shù)變換為數(shù)字信號(hào)之后再加以處理的。數(shù)字信號(hào)是指以二進(jìn)制數(shù)字符號(hào)“0”或“1”為代碼對(duì)信息進(jìn)行編碼的信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字信號(hào)是一種電壓信號(hào)，它通常取值0v和＋5v兩個(gè)離散值，這兩個(gè)具體的離散值分別用來(lái)表示兩個(gè)抽象的代碼“0”和“1”，數(shù)字信號(hào)也稱為代碼信號(hào)。

模擬信號(hào)的特點(diǎn)是具體、直觀，便于人的理解和運(yùn)用；數(shù)字信號(hào)則便于計(jì)算機(jī)處理。

（4）確定性信號(hào)和不確定性信號(hào)

在任何指定的時(shí)刻都有確定數(shù)值的信號(hào)是確定性信號(hào)，否則稱為不確定性信號(hào)。一般地，確定性信號(hào)來(lái)自確定性的對(duì)象；不確定性信號(hào)（或稱為隨機(jī)信號(hào)）則源于不確定性對(duì)象。

（5）采樣信號(hào)與采樣保持信號(hào)

采樣是指按等時(shí)間間隔讀取連續(xù)信號(hào)的瞬間值。采樣所得到的信號(hào)稱為采樣信號(hào)?？墒遣蓸有盘?hào)是一種離散信號(hào)，是連續(xù)信號(hào)的離散化形式。

按照采樣定理，取采樣頻率 f （ f ＝1 / t ）為信號(hào)中最高諧波頻率的 2 倍以上時(shí)，采樣信號(hào)即可保留原始信號(hào)的全部信息。

在實(shí)際應(yīng)用中，常將采樣得到的每一個(gè)瞬間信號(hào)在其采樣周期內(nèi)予以保持，生成所謂的采樣保持信號(hào)，它兼有離散和連續(xù)的雙重性質(zhì)。

3.模擬信號(hào)與信息

通過(guò)觀測(cè)直接從對(duì)象獲取的信號(hào)，它提供對(duì)象原始形態(tài)的信息。在時(shí)間域里，它的瞬時(shí)量值表示對(duì)象的狀態(tài)信息，它隨時(shí)間的變化情況提供對(duì)象的過(guò)程信息。

在頻率域里，模擬信號(hào)是由諸多頻率不同、大小不同、相位不同的信號(hào)疊加組成的，是有自身特定頻譜結(jié)構(gòu)。由此可見，信息被裝載于模擬信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)之中，故通過(guò)頻率域分析可以從中提取更加豐富、更加細(xì)微的信息。模擬信號(hào)的頻率域內(nèi)容在本章第二節(jié)作進(jìn)一步闡述。

 

4.數(shù)字信號(hào)與信息

數(shù)字信號(hào)是現(xiàn)代信息技術(shù)中最常用的一種代碼信號(hào)。數(shù)字信號(hào)是信息的物理代碼。數(shù)字信號(hào)可以用來(lái)對(duì)“數(shù)”進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)值信息的表示、運(yùn)算、傳送和處理；它可以用來(lái)對(duì)文字和其他符號(hào)進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)符號(hào)信息的表達(dá)、傳送和處理；它還可以用來(lái)表示邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)邏輯演變、邏輯控制等。數(shù)字信號(hào)的邏輯編碼、數(shù)值編碼等內(nèi)容的闡述，見第三節(jié)。

4 ．在信號(hào)分析中，屬于連續(xù)信號(hào)的是（c）。

a ．時(shí)間連續(xù)而數(shù)據(jù)離散的信號(hào)

b ．?dāng)?shù)值連續(xù)而時(shí)間離散的信號(hào)。

c ．時(shí)間連續(xù)數(shù)值連續(xù)的信號(hào)；

d ．上述 a 、 b 、 c 均不對(duì)

6．下列信號(hào)中，屬于模擬信號(hào)的是（b）