功率有限信號

信號可分為能量有限信號和功率有限信號。如果信號的功率是有限的,則稱為功率有限信號,簡稱功率信號。功率信號的能量為無限大。它對通信系統的性能有很大影響,決定了無線系統中發射機的電壓和電磁場強度。

基本信息

定義

連續時間信號f(t)的能量E和功率P分別定義為:

功率有限信號 功率有限信號
功率有限信號 功率有限信號

離散時間信號f(k)的能量E和功率P分別定義為:

功率有限信號 功率有限信號
功率有限信號 功率有限信號
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功率有限信號 功率有限信號
功率有限信號 功率有限信號
功率有限信號 功率有限信號

若信號能量有限,即 ,且 ,則稱此信號為能量信號;若信號功率有限,即 ,且E趨近於 ,則稱此信號為功率信號。

功率有限信號也就是平均功率大於零且有限的信號。

特點

功率有限信號的功率大於零且有限,能量無限。

一個信號不可能既是功率信號,又是能量信號,但可以既非功率信號,又非能量信號。一般地,周期信號和隨機信號是功率有限信號。

如何判斷功率信號和能量信號呢?

信號的能量和功率是信號與系統分析里的基本概念或稱通用概念,它的定義不會專門去考慮去照顧某一個特定信號的情況。通俗的說,時間不因你而存在,也不因你而消亡。過去、現在和將來,都是信號與系統這門學科需要關注的時間範圍。為了廣泛的適應性,這兩個基本概念的積分時間都是無窮大。

功率有限信號 功率有限信號
功率有限信號 功率有限信號
功率有限信號 功率有限信號
功率有限信號 功率有限信號

根據兩種信號的特點,在無限時間的周期信號為功率有限信號,而能量信號一定為非周期信號。非周期信號又分為三種。一是能量信號:持續時間有限的脈衝信號,且 時, ,一種是功率信號:持續時間無限,但幅度有限的信號;一種是既非功率又非能量信號,當 時, 。

通信系統性能

功率是能量傳遞的速率,它決定著發射機的電壓和無線系統中必須考慮的電磁場強度(例如連線發射機和天線的波導中的電磁場,天線發射元件周圍的電磁場)。例如在無線通訊系統中發射機的射頻輸出功率就很重要,發射功率越大,通信距離越大;從理論上說發射功率可無限制地增加,但實際上由於受成本或技規的限制,發射機的輸出功率也是有限的。

信號的頻率特性有四種:即功率信號的頻譜、能量信號的頻譜密度(簡稱頻譜)、能量信號的能量譜密度、功率信號的功率譜密度。

能量信號的頻譜密度S(f)和周期性功率信號的頻譜Cn的主要區別有兩點:
1. S(f)是連續譜,Cn是離散譜;
2. S(f)的單位是伏/赫,而Cn 的單位是伏。
能量信號的能量有限,並分布在連續頻率軸上,所以在每個頻率點f上信號的幅度是無窮小;只有在一小段頻率間隔df上才有確定的非零振幅。功率信號的功率有限,但能量無限,它在無限多的離散頻率點上才有確定的振幅。|S(f)|^2,成為能量譜密度,單位(J/Hz),表示在頻率f處寬度為df的頻帶內的信號能量,也可以看成是單位頻帶內的信號能量。
對於功率信號,由於具有無窮大能量,所以不能計算功率信號的能量譜密度,但可以求功率譜密度,將信號s(t)截斷為長度等於T的一個截簡訊號,這個截簡訊號就成為一個能量信號了,對於這個能量信號,用傅立葉變換可求出其能量譜密度。於是,可以求出信號的功率譜密度。

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