Η ανάγκη για τη μετάδοση μηνυμάτων (πληροφοριών) από τους ανθρώπους ενός τόπου σε έναν άλλο, από τα πανάρχαια χρόνια μέχρι σήμερα είναι προφανής. Για να γίνει δυνατή η μετάδοση μηνυμάτων, χρησιμοποιήθηκαν με το πέρασμα των χρόνων πολλά μέσα όπως για παράδειγμα άνθρωποι (κήρυκες), ζώα (πχ. περιστέρια) αλλά και πιο τεχνικά μέσα από τις αρχαίες Ελληνικές φρυκτωρίες, μέχρι τα σήματα καπνού των ιθαγενών της Αμερικής ή τα ακουστικά σήματα στις αφρικανικές ζούγκλες. Κοινό χαρακτηριστικό σε κάθε μέσο, κάθε εποχή, ήταν η πρόκληση μεταβολών σε κάποιο φυσικό μέγεθος ώστε από αυτή τη μεταβολή, να γίνει αντιληπτό από τον αποδέκτη το μεταδιδόμενο μήνυμα.

Σήμα γενικά σήμερα ονομάζουμε τη χρήση οποιουδήποτε φυσικού μέσου για τη μετάδοση οποιουδήποτε μηνύματος από εμάς σε έναν άλλο άνθρωπο, ζώο ή μηχάνημα αλλά και το αντίστροφο. Τα σινιάλα των προσκόπων, τα σφυρίγματα των τροχονόμων αλλά και οι φωτεινές ενδείξεις σε μία έξυπνη στάση λεωφορείου, είναι σήματα.

     Σήμα

Σήμα (signal) είναι οποιαδήποτε μεταβολή ενός φυσικού μεγέθους (πχ. ένταση ηλεκτρικού ρεύματος) σε συνάρτηση με μια άλλη ανεξάρτητη μεταβλητή, που συνήθως είναι ο χρόνος.

 

y=f(x) ή y=f(t)  [1.1]


Οι μεταβολές στο ηλεκτρικό ρεύμα που διαπερνά ένα καλώδιο ηχείου, οι μεταβολές των χρωμάτων στους φωτεινούς σηματοδότες είναι μερικά από τα πολλά καθημερινά σήματα που μας ενδιαφέρουν. Για παράδειγμα από την έναρξη λειτουργίας ενός φωτεινού σηματοδότη – το δευτερόλεπτο 0 - έχουμε τις τιμές: Πορτοκαλί=f(0), Κόκκινο=f(10), Πράσινο=f(60), Πορτοκαλί=f(180) κοκ.

Τα σήματα που χρησιμοποιούμε στην καθημερινότητά μας έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά όπως η ύπαρξη περιοδικότητας ή όχι. Για παράδειγμα ένας φωτεινός σηματοδότης επαναλαμβάνει την ακολουθία φωτεινών σημάτων πχ. κάθε 3 min (180 sec). Αυτό είναι ένα χαρακτηριστικό, περιοδικά επαναλαμβανόμενο σήμα. Η φωτεινή εικόνα που εμφανίζεται σε μια οθόνη που μεταδίδει μία νεανική συναυλία δεν έχει καμιά περιοδικότητα. Στις επικοινωνίες και τα δίκτυα υπολογιστών τα σήματα που χρησιμοποιούμε είναι σχεδόν πάντοτε περιοδικά. Περιοδικά σήματα (periodic) λοιπόν είναι τα σήματα, που κάθε στιγμιότυπό τους επαναλαμβάνεται μετά από ένα σταθερό χρονικό διάστημα. Το πιο βασικό χαρακτηριστικό ενός περιοδικού σήματος είναι η περίοδος. Ιδιαίτερη σημασία για το σχεδιασμό, την ανάπτυξη συστημάτων στις τηλεπικοινωνίες και τους υπολογιστές, έχουν δύο σχετικά μεγέθη: Το αντίστροφο μέγεθος της περιόδου δηλαδή η συχνότητα και η διαφορά που έχει κάθε στιγμή από μια τιμή αναφοράς η τιμή του μεταβαλλόμενου φυσικού μεγέθους, δηλαδή το πλάτος του σήματος. Στο παρακάτω σχήμα (Εικόνα 1.1) απεικονίζονται γραφικά τα βασικά χαρακτηριστικά ενός «τυπικού» περιοδικού σήματος.

 

Εικόνα 1.1 Βασικά χαρακτηριστικά περιοδικού σήματος.

  Περίοδος, Συχνότητα, Πλάτος

Περίοδος (period - T) είναι ο χρόνος που μεσολαβεί μεταξύ δύο διαδοχικών όμοιων στιγμιότυπων ενός περιοδικού σήματος και μετριέται σε sec.

Συχνότητα (frequency – f) ενός περιοδικού σήματος είναι το αντίστροφο της περιόδου του

f = 1/T  [1.2]

και μετριέται σε Hertz.

Πλάτος (amplitude – y) ονομάζεται η τιμή που λαμβάνει η εξαρτημένη μεταβλητή ενός σήματος σε κάθε χρονική στιγμή.  (Όπως είναι προφανές το πλάτος στα περιοδικά σήματα μεταβάλλεται περιοδικά)