Teoria dei segnali: differenze tra le versioni
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== Applicazioni ==
La teoria trova ampia applicazione in tutti i settori della [[Trasmissione (telecomunicazioni)|trasmissione]], dell'[[Elaborazione dati|elaborazione]] e dell'[[Ingegneria dell'informazione|automatizzazione dell'informazione]], ovvero nelle [[telecomunicazioni]], in [[elettronica]] e in [[informatica]].
In [[fisica]] un '''segnale''' rappresenta una qualsiasi [[grandezza fisica]] che varia nel tempo in maniera deterministica o aleatoria (se trasporta [[informazione]]), descrivibile quindi in termini di funzione nota del tempo oppure di [[processo aleatorio]]. Tipicamente può essere un [[segnale acustico]] o più in generale un'[[onda di pressione]], un [[segnale elettrico]] o un'[[onda elettromagnetica]]. Una volta trasmesso si propaga tipicamente in un [[mezzo trasmissivo]] che ne costituisce il [[canale (telecomunicazioni)|canale]] di propagazione o comunicazione.
Esso rappresenta dunque il mezzo attraverso i quali sono veicolate le informazioni tra un'entità tramittente ed una ricevente. Le proprietà matematiche di un segnale sono oggetto di studio della [[teoria dei segnali]].
==Classificazione==
I segnali vengono classificati in varie categorie, a seconda delle loro proprietà.
In riferimento al tempo si definisce:
* segnale a tempo continuo: l'asse dei tempi può assumere un qualsiasi valore reale,
* segnale a tempo discreto: l'asse dei tempi assume solo valori discreti, ad esempio 1, 2, 3...
In riferimento alla variabile dipendente si distinguono:
* segnale ad ampiezza continua: i valori assunti dall'ampiezza del segnale sono [[numeri reali]] appartenenti ad un intervallo, cioè possono assumere uno qualsiasi degli infiniti valori compresi tra un minimo ed un massimo;
* segnale ad ampiezza quantizzata: i valori assunti dall'ampiezza del segnale sono [[numeri naturali]] [con segno], cioè appartengono ad un insieme finito di valori precisi.
* segnale bipolare o bidirezionale: assume nel tempo sia valori di tensione negativi che valori positivi.
* segnale unipolare o monodirezionale: assume nel tempo solo valori di tensione negativi o positivi.
Da queste distinzioni si definiscono:
* segnale analogico: segnale a tempo continuo e ad ampiezza continua
* segnale digitale o numerico: segnale a tempo discreto e ad ampiezza quantizzata.
Inoltre, in base alla possibilità di prevedere l'ampiezza futura, i segnali si distinguono in:
* segnale deterministico: segnale di cui si conosce esattamente l'andamento dell'ampiezza in funzione del tempo;
* [[Segnale stocastico]] o aleatorio: l'andamento dell'ampiezza è caratterizzabile solo in termini statistici;
Un segnale può anche essere periodico o non periodico, si dice periodico quando una parte di questo si ripete nel tempo ugualmente. La parte che si ripete viene detta periodo.
Nelle telecomunicazioni, dal punto di vista del tipo di informazione trasportata fino all'utente si può distinguere essenzialmente tra:
* segnale audio;
* segnale video;
* segnale [[dati]].
ciascuno con caratteristiche diverse in termine di [[banda (informatica)|banda]] di trasmissione richiesta.
Dal punto di vista della tipologia fisica del segnale si ha:
* [[segnale elettrico]];
* segnale elettromagnetico;
* [[segnale acustico]].
In generale un segnale è caratterizzabile da una velocità di propagazione nel mezzo considerato e, nelle telecomunicazioni, dalla quantità di informazione trasportata a mezzo del [[velocità di trasmissione|teorema di Shannon-Hartley]].
==Segnali e mezzi trasmissivi==
Un segnale, una volta trasmesso, si propaga sempre attraverso un mezzo trasmissivo. Per segnali elettrici il mezzo trasmissivo è sempre un portante fisico cablato che esibisca un comportamento da [[conduttore elettrico]] per il segnale stesso ([[linea di trasmissione]] o [[cavo elettrico]]).
Per segnali elettromagnetici il mezzo trasmissivo può essere sia un portante fisico sia un portante radio ovvero nel primo caso una [[guida d’onda]] metallica, una guida dielettrica (es. [[fibra ottica]]), un [[cavo coassiale]], nel secondo l’etere o lo spazio libero.
==Segnali e informazione==
Un segnale [[portante]] per trasportare informazione deve essere [[modulazione|modulato]] dal segnale contenente l'informazione da trasmettere attraverso varie possibili tecniche di modulazione.
==Effetti indesiderati==
Effetti indesiderati sulla propagazione e ricezione del segnale sono:
* [[attenuazione]];
* [[rumore (elettronica)|rumore]];
* [[interferenza (telecomunicazioni)|interferenza]];
* [[dispersione (fisica)|dispersione]];
* [[distorsione (fisica)|distorsione]].
===Rapporto segnale/rumore===
Nell'ambito di una [[trasmissione (telecomunicazioni)|trasmissione]] dati reale attraverso un sistema di telecomunicazioni o un qualsiasi sistema elettronico al segnale si associa sempre del [[rumore (elettronica)|rumore]], almeno quello di tipo [[rumore termico|termico]], così che acquista importanza ai fini della rilevazione del segnale informativo il [[rapporto segnale/rumore]]: tanto maggiore è tale rapporto tanto più il segnale informativo trasmesso è puro e facilmente decodificabile, tanto più è basso tale rapporto tanto più il segnale informativo è corrotto dal rumore e più facilmente si commettono errori in fase di decodifica.
Tale concetto è estendibile anche ai segnali rilevati nei fenomeni naturali giacché anche in tali circostanze è rilevabile tipicamente un rumore di fondo per la particolare grandezza fisica di interesse.
In aggiunta a ciò risulta importante anche il rapporto segnale/[[interferenza (telecomunicazioni)|interferenza]].
==Operazioni su segnali==
=== Su segnali analogici informativi ===
* Moltiplicazione di due segnali tramite [[mixer (elettronica)|mixer]];
* Sfasamento di [[fase]] tramite sfasatore;
* Ritardo aggiuntivo tramite linea di ritardo;
* [[Amplificazione]]/[[attenuazione]] tramite [[amplificatore]]/[[attenuatore]];
* Raddrizzamento di segnale oscillante tramite [[diodo]];
* Rigenerazione tramite [[Rigeneratore ottico|rigeneratore]];
* Filtraggio componenti in frequenza tramite [[filtro elettronico]];
* [[Equalizzazione|Equalizzazione/disequalizzazione]] in ampiezza nel dominio delle frequenze tramite equalizzatori/disequalizzatori;
* [[Autocorrelazione]]/[[Correlazione incrociata|intercorrelazione]]'';
* [[modulazione|Modulazione/demodulazione]], analogica o digitale tramite modulatore/demodulatore;
* Conversione di dominio (es. da [[dominio del tempo]] a [[dominio della frequenza]] o [[Rappresentazione spettrale dei segnali|spettro]] e viceversa tramite [[trasformata di Fourier|Trasformata/Antitrasformata di Fourier]] proprie dell'[[Analisi armonica]] o [[Analisi di Fourier]]);
* Conversione di frequenza della [[portante]] tramite [[convertitore di frequenza|convertitore]] ''down converter'' o ''up converter''.
* Conversione analogico-digitale tramite [[convertitore analogico-digitale]];
* Conversione digitale-analogico tramite [[convertitore digitale-analogico]];
* [[Multiplazione|Multiplazione/demultiplazione]] di più tributari tramite multiplatori/demultiplatori;
* Selezione tra due o più segnali in ingresso tramite [[Multiplexer|selettore]];
* Splittaggio tramite [[splitter]] di un segnale.
* [[Compressione dati]];
* [[Cifratura]].
===Su segnali discreti binari===
Elaborazione [[elettronica digitale|digitale]] o [[logica booleana|operazioni booleane]] su [[onda quadra|onde quadre]];
* [[Algebra di Boole#OR|OR]]
* [[Algebra di Boole#AND|AND]]
* [[Algebra di Boole#NOT|NOT]]
* [[Algebra di Boole#XOR|XOR]]
* [[Algebra di Boole#NAND|NAND]]
Vedi anche [[elaborazione numerica dei segnali]].
===Su segnali elettrici di potenza ([[corrente elettrica|correnti elettriche]])===
* Amplificazione/riduzione di [[Differenza di potenziale elettrico|voltaggio]] tramite [[trasformatore]];
* Riduzione/moltiplicazione di frequenza (per [[corrente alternata|correnti alternate]]);
* Conversione [[corrente continua|continua]]-alternata (DC-AC) tramite [[inverter]];
* Conversione alternata-continua (AC-DC) ovvero raddrizzamento tramite diodo.
== Voci correlate ==
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