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訊號

一個集成電路上面有好多細小嘅電路,用微電流嚟互傳訊號。
天線係用咗各種嘅原理,收以電磁波形式傳送嘅訊號,喺天文學上都會用到。
用嚟收摩斯密碼嘅架生;摩斯密碼係用一連串預定咗嘅長短訊號代表英文字母。

訊號粵拼seon3 hou6英文signal)係工程學上常用嘅概念,廣義上定義是但一個可以傳達訊息函數(a function that conveys information)[1]。訊號嘅應用常見於同通訊相關嘅工程學領域,尤其係電子工程電子訊號(electronic signals)主要係用變化嘅電壓電流、或者電磁波嚟傳嘅:舉個例說明,想像家陣有兩個人,A 君同 B 君;A 君要去遠行,但佢希望有能力遠距離傳訊息俾 B 君,等佢有得向 B 君報告行蹤;於是佢哋兩個事先講好一個方案,搭好咗電線,用電訊號嚟傳羅馬字母-A 君同 B 君講,佢想傳訊息嗰陣會傳一連串上上落落嘅電壓,一行訊息有嘅電壓數量一定會係 4 嘅倍數,而每 4 個電壓用嚟代表一個英文字母;再講明,「上上上上」代表 A,「上上上下」代表 B,「上上下下」代表 C... 如此類推;跟住當 A 君去咗好遠嘅地方,佢向 B 君傳咗一串上上落落嘅電壓嗰時,B 君可以攞住個解讀方案,解讀返 A 君想講乜-而一個呢啲上上落落嘅電壓就係一個訊號(順帶一提,呢個用電壓上落傳達訊息嘅做法正正就係廿世紀電子工程嘅根基)[2][3]

任何有得喺時空當中變化嘅物理量都可以攞嚟做訊號[4]:包括影片講嘢嘅聲、影像、以至電磁波等都可以用嚟做訊號-衹要傳訊號嘅人(觀察者)之間有一套共同嘅方案,講明邊款訊號代表乜嘢訊息,嗰啲訊號就會傳得到訊息。喺廿一世紀嘅科技裏面,聲(日常講嘢)、電磁波(例如係電視嘅天線)、同電壓上落(電子嘢)等嘅物理量都有俾人攞嚟做訊號[2][5]

訊號可以分做數碼(digital)同模擬(analog)兩種[6]

  • 數碼訊號係指離散(discrete;「一係有一係冇」)嘅訊號;頭先提到用上上落落代表字母嘅碼,就係一個數碼訊號-每個訊號一係「有」(1)一係「冇」(0),得兩個可能嘅離散數值[7]
  • 模擬訊號指連續性(continuous)嘅訊號;模擬訊號嘅例子有「傳一個電壓,用電壓值代表觀察緊嗰束光嘅強度有幾勁」( 係傳出去個電壓, 係觀察到嗰束光嘅強度,而 係一個事先講好嘅數值)[7]

而對訊號嘅研究主要可以分做兩大方面:

  • 訊息論(information theory)係數學嘅一個子領域,研究訊號同訊號內容嘅形式;訊息論會用數學模型嚟將訊息嘅概念量化,並且思考有關訊息嘅數學性質方面嘅問題,例如係訊息論提出咗訊息熵(information entropy)嘅概念,將訊息量化[8]
  • 多個工程學領域著重研究傳達、儲藏、同操控訊號要用嘅系統,尤其係電子工程(electronic engineering)。呢啲領域會運用物理學科學領域嘅知識,嘗試設計出能夠有效噉做訊號處理嘅系統同機械[9]

概論

電線同電話線幫人喺好遠距離互傳訊號。
睇埋:訊息論

定義

訊號定義上係指是但一個可以傳達訊息(information)嘅函數(mathematical function)。想像以下兩個例子[10][11]

  • 有兩個科研人員喺度研究陽光,A 君攞住感應器量度一束光嘅強度,佢哋駁好嗮電線,而 A 君同 B 君講好,佢會傳一個訊號,個訊號會係一個電壓,而電壓大細會同佢探測到嗰束光嘅強度成以下關係:;當中 係傳出去嗰個電壓, 係觀察到嗰束光嘅強度,而 係一個事先講好嘅數值-個訊號()同佢哋想傳嗰個訊息()成一個特定嘅函數,所以如果 A 君靠得住,B 君會能夠由呢個函數同收到嘅訊號當中,得知個訊息
  • 又想像兩個科研人員,研究蜜蜂嘅生存週期,A 君攞住個相機去影吓個蜜蜂竇入面隻蜂后,睇吓隻蜂后係咪如常噉生緊蛋,如果係佢就會傳一個正電壓(+1 伏特)俾 B 君,如果唔係佢就會傳一個負電壓(-1 伏特),所以個訊號()同「隻蜂后行為正唔正常」(,用「大過或者等如 0 嘅數字」代表「正常」)成一個噉嘅分段函數關係:
  • 即係話,B 君又可以由呢個函數同收到嘅訊號當中,得知個訊息[12]

一個訊號係一個數值,而個數值已知同收訊號嘅人想知嗰個變數(variable)之間成某啲特定關係(函數),所以收訊號嘅人有得靠睇個訊號,得知佢想知嗰個變數係乜樣[2][11]

訊息熵

內文: 訊息熵

訊息熵(information entropy,簡稱「entropy」)係一個訊號都會有嘅一個特性:俾是但一個變數,佢會有一啲可能數值,例如「某年某月某日某刻掟某一個銀仔」嘅可能數值大致上有兩個-「公」同「字」。每個數值都會有一定嘅機會率出現,而描述每一個可能數值出現嘅機會率嘅就係所謂嘅概率質量函數(probability mass function)。知道咗某一件事件嘅概率質量函數之後,件事件所帶有嘅訊息熵(數學符號係「」)可以用以下呢條式計算[13]