现代通信原理2.1：谈谈信号

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文章目录

1、什么是信号？
2、确定信号与随机信号

1、什么是信号？

这一部分我们谈谈信号。
其实在《信号与系统》这门课里面，就谈了两件事，一件是信号，一件是系统。不过虽然《信号与系统》这门课对学电的人来说非常重要，大家学的时候，一般都搞不清楚这门课是做什么用的。我上学的时候就是这样，虽然期末考试的时候分数还挺高，但是我怎么也体会不到它的重要性。只记得快考试的时候，老师说一定要记住，如果信号在时域里面是周期的，在频域里面一定就是离散的。当时虽然记下来了这句话，不过真正理解可能要等到工作以后了。
记得有本书上说，只有工作之后才知道应该如何读大学。所以应该先工作，然后再读大学。其实想想人生未必不是如此。人要到了老年才知道中年应该如何度过，而到了中年才知道青年应该如何度过。这样的话，是不是人生应该倒过来？先过老年，而后中年，然后青年？不过想想人生的魅力，不就在那种未知的懵懂与期待中吗？如果一切都是确知的，是否也就索然无味了？就好像我们的通信系统，如果一切都是确知的，这样的传输也就毫无意义了？
幸运的是，我们现在可以有机会从通信原理课程回望一下我们的信号部分的内容。那么到底什么是信号呢？翻开任何一本通信原理教材，书上都会指出：信号是指随时间变化的物理量。如果是电信号，这个物理量可以是电流，也可以是电压。我们可以用函数的形式来表示，比如电压表示成 $v(t)$ ，而电流表示成 $i(t)$ 。不论电压或者电流，我们都可以用示波器看到它们的波形(waveform)，比如图1中的正弦信号波形和图2中的矩形脉冲信号波形。
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图1 正弦信号波形

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图2 矩形脉冲信号波形

那么如何理解信号和波形的关系呢？前面我们谈到，信号其实是一个物理量，而波形是信号的一种特性，也就是我们所说的时域特性，表示出信号这个物理量的值随时间的变化关系。
那么，除了波形这种时域特性而外，信号是否还有其它特性呢？有的，比如频域特性，就是物理量的大小随频率的变化关系。这个问题，我们后面再详细地谈。

2、确定信号与随机信号

确定信号是指信号在任何时候的取值都是确定的，没有任何不确定性。确定信号的取值是可以用数学函数来表示的，比如博文《现代通信原理1：绪论》中图3(a)的波形，任何时候的波形我们都可以预先计算出来。
随机信号在信号真正发生之前一定存在某种不确定性。比如《现代通信原理1：绪论》中图7的数字频率调制波形，尽管 $c_1(t)$ 或者 $c_2(t)$ 的波形都是确定的，但是在每个符号间隔内到底发送 $c_1(t)$ 还是 $c_2(t)$ 是不确定的，所以这样的信号是随机信号。随机信号是不能用确定的函数来描述的，不过我们可以知道它的分布与统计特性。
本讲课准备介绍的是确定信号，随机信号我们会在后面讲述。