能量信號和功率信號的分別

首先要明確一點,這兩種信號概念是建立在無窮大的時間積分的基礎上的。

一.能量與功率

判斷一個信號是能量信號還是功率信號,首先需要計算其能量和功率。

不想看公式的可以直接跳到加粗的結論部分。

對於信號f(t),其能量爲:

f(t)信號的能量

其功率爲:

f(t)信號的功率

爲什麼要這樣定義呢?

可以藉助物理上的概念輔助理解一下。對於電阻R,施加電壓f(t),在區間(-∞,+∞)上,其能量就是:

式中的R爲常數,拋棄物理場景後,取R的值爲1,就能得到能量的表達式。

能量的公式建立有功率就很容易了,就是能量除以時間。(想想家裏的電燈泡)

換句話說:

能量就是信號的平方在區間(-∞,+∞)上的積分。

功率就是能量與“無窮長的時間”的比值。(該表達不嚴謹,只輔助理解)

二.能量信號與功率信號

知道能量和功率的概念之後,就會發現有三種組合存在:

有限能量+零功率

無窮能量+有限功率

無窮能量+無窮功率

(不要問爲什麼沒有“零能量+有限功率”、“有限能量+無窮功率”等組合,因爲“能量=功率*無窮時間”,所以能量是不會比功率“小”的)

這三種組合分別代表三種信號:

①有限能量+零功率 ----->能量信號

代表波形一:一個孤零零的方波。

代表波形二:一個極限值爲0的波形

②無窮能量+有限功率 ----->功率信號

代表波形一:一個無限延伸的正弦波

代表波形二:無限長的白噪聲

③無窮能量+無窮功率----->非功非能信號

代表波形:一個無限延伸的單調波形

概括一下:

能量有限、功率爲零的信號爲能量信號。

能量無限、功率有限的信號爲功率信號。

所有周期信號都是功率信號;所有有限數量的脈衝信號都是能量信號。

那麼問題來了:我用溫度計採集了一堆溫度值,這算什麼信號呢?

個人認爲屬於功率信號,因爲現實世界不可能在無限時間範圍內採集信號。(如有更合適的答案或者解釋歡迎指正)

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參考:

Energy (signal processing)

【圖文】功率信號和能量信號專題_百度文庫

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