能量信號與功率信號的區別


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。

對於信號f(t),其能量為:

f(t)信號的能量

其功率為:

f(t)信號的功率

為什么要這樣定義呢?

可以借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為常數,拋棄物理場景后,取R的值為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。

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。(零功率僅表示趨於0)

 

存在即合理,許多信號的能量都是無窮大,如何衡量?

這個時候,平均功率的引入就很有必要了。

 

其中如果是虛數,即取模值

二.能量信號與功率信號

知道能量和功率的概念之后,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

(不要問為什么沒有“零能量+有限功率”、“有限能量+無窮功率”等組合,因為“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為0的波形

 

常見的例如:門函數,三角脈沖,單邊或雙邊指數衰減信號等

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、功率為零的信號為能量信號。

能量無限、功率有限的信號為功率信號。

所有周期信號都是功率信號;所有有限數量的脈沖信號都是能量信號。


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