2.1.1. Разные формы представления сигнала

Как уже было сказано, любой сигнал можно рассматривать как функцию времени, либо как функцию частоты. В первом случае эта функция показывает, как меняются со временем параметры сигнала, например, напряжение или сила тока. Если эта функция имеет непрерывный характер, то говорят о непрерывном сигнале. Если эта функция имеет дискретный вид, то говорят о дискретном сигнале. На рисунке 2-1 показаны примеры дискретного и непрерывного сигналов.

Рисунок 2-1. Дискретный и непрерывный сигналы

Частотное представление функции основано на том факте, что любая функция от вещественной переменной может быть представлена в виде ряда Фурье:

g(t) =           (1),

где f = - частота, an, bn - амплитуды n-ой гармоники.

Ясно, что на практике нельзя учесть бесконечно много гармоник. Все их учитывать и не надо потому, что энергия сигнала распределяется не равномерно между гармониками разной частоты. В общем случае соотношение здесь таково, что низкочастотные составляющие несут большую часть энергии. Однако, чем больше составляющих, тем точнее можно воспроизвести вид функции. На рисунке 2-2 показана зависимость формы сигнала от числа используемых гармоник и представление сигнала, как функции частоты.

Рисунок 2-2. Сигнал как функция частоты

Ни в какой среде сигнал не может передаваться без потери энергии. Разные среды по-разному искажают форму сигнала и поглощают его энергию в зависимости от частоты. С ростом частоты искажения растут. Любая среда передачи ограничивает максимальную частоту передаваемого сигнала, а следовательно, и частоту гармоник, которые можно использовать для аппроксимации функции g(t). Тем самым аппроксимация (точность воспроизведения формы) сигнала ухудшается и скорость передачи понижается. Это хорошо видно на рисунке 2-2.

Характеристику канала, определяющую спектр частот, которые физическая среда канала пропускает без существенного понижения мощности сигнала, называют полосой пропускания канала. Значение «существенного понижения мощности» определяется в конкретных случаях. Обычно падение мощности сигнала считают существенным, если оно составляет более 50% ее начального значения. Полосу пропускания канала можно ограничивать искусственно с помощью специального частотного фильтра.