신호들은 목적과 필요에 따라 몇가지로 분류 할 수 있다. 이것을 '신호의 분류' (Signal Classification) 라고 한다.
때때로 신호의 분류가 아주 효과적으로 사용되는 경우들이 있다. 예를들어, 신호분석을 통해 장비의 소음 및 진동 원인을 찾고자 하는 경우나, 또는 장비 품질 테스트를 위해 특정 신호의 진동을 인가 해주는 경우 등이 있겠다.
여러 문헌에 소개된 신호의 분류 방법을 소개한다.
(※ 여기에 소개된 '한글명칭'은 나의 이해를 바탕으로 선택한 것이므로, 통상적인 명명법과는 다소 상이할 수 있음.)
신호의 기본적인 분류 방법
(Fundamental Signal Classification)
우선... 일반적으로 신호는 다음과 같이 3가지로 구분하며, 이것을 기본적인 신호의 분류(Fundamental Signal Classification) 라고 부르기도 한다.
- 주기적 신호 (Periodic Signal, 주기 신호)
: 신호가 일정한 주기(Period)에 따라 반복적으로 나타남
- 무작위적 신호 (Random Signal, 랜덤 신호)
: 신호가 반복적이지 않고 무작위적으로 나타나므로, 어느 특정 순간에서의 신호는 다른 순간에서의 신호들과 전혀 연관성이 없이 독립적으로 나타남
- 순간적 신호 (Transient Signal, 과도 신호)
: 신호가 순간적으로 나타났다가 특정시간 뒤 사라져버리는 형태
주기적 신호(Periodic Signal)는 대표적으로 '사인파 신호(Sinusoidal Wave Signal)' 가 있으며, 앞 글에서 그 종류 및 특징에 대해 글을 남긴 바 있다.
무작위적 신호(Random Signal)는 우리말로 부르는 명칭이 제법 다양하다. 이 문단에서는 특징과 의미를 부각하기 위해 '무작위적' 이라는 우리말을 사용하였지만, 사실 그냥 "랜덤 신호" 라고 부르는 경우가 대부분이다.
순간적 신호(Transient Signal) 역시, 특징과 의미를 살리고자 '순간적' 이라는 표현을 사용하였지만, 사실 대부분 "과도 신호" 라고 부른다.
이렇게 신호를 Periodic, Random, Transient 로 분류하는 것을 보통 "기본신호 유형(Fundamental Signal Class)" 이라고 부르기도 한다.
시변, 시불변 측면에서의 분류
시간이 지남에 따라 변하는 신호가 있고, 변하지 않는 신호가 있다.
- 정상 신호 (Stationary Signal)
: 신호의 특성이 시간이 경과되어도 변하지 않는 신호
- 비정상 신호 (Nonstationary Signal)
: 신호의 특성이 시간이 경과함에 따라 변하는 신호
예를 들어, 어떤 Motor 를 전원에 연결하여 "일정한 회전수(rpm)"로 연속 구동중이라고 해보자. 이 모터의 전원에서 발생하는 신호는 시간이 지나도 그 특성이 변하지 않는다고 할 수 있다. 이러한 경우의 신호를 정상신호(Stationary Signal)라고 한다. 주로 주기적 신호(Periodic Signal)들이 여기에 해당한다. (* 또한, 일부 랜덤신호(Random Signal)도 정상신호로 분류하여 "Statinary Random Signal" 로 부르기도 한다.)
반면, 육상경기에서 사용하는 '화약총' 의 소음수준을 측정한다고 생각해보자. 화약총이 격발되면 큰 소리의 충격음이 발생하지만 이 충격음은 시간이 지남에 따라 사라져버린다. 즉, 시간이 경과함에 따라 신호의 특성이 변한다. 이러한 경우를 비정상신호(Nonstationary Signal) 이라고 할 수 있다. 주로 과도 신호(Transient Signal)들이 여기에 해당한다.
예측 가능성 측면에서의 분류
어떤 신호는 일부만 보더라도 앞으로 나타날 신호의 특성을 예측할 수 있는가 하면, 어떤 신호는 아무리 많이 봐도 앞으로 이 신호가 어떻게 변해갈지 도무지 알 길이 없는 신호도 있다.
- 확정적 신호 (Deterministic Signal)
: 수학적 관계식으로 정확히 정의 및 표현할 수 있는 신호. 그래서 신호의 일부를 알고있다면, 그 신호의 전체도 수학적 관계를 통해 예측할 수 있음.
- 비확정적 신호 (Nondeterministic Signal)
: 신호를 수학적으로 표현할 경우, 정확한 관계식보다는 통계적인 방법으로(확률 분포) 표현할 수 있음. 따라서 신호의 일부를 알고 있더라도 그 신호의 전체를 정확히 예측하기는 어려우며, 다만 통계적인 방법으로 "추정" 할 수는 있음.
Deterministic Signal 은 확정적 신호 또는 결정적 신호 라고 부른다. sine파와 같은 주기적 신호(Periodic Signal)가 여기에 해당하고, 또한 대부분의 과도 신호(Transient Signal)도 여기에 해당한다.
Nondeterministic Signal 은 비확정적 신호 또는 비결정적 신호 라고 부른다. 신호가 무작위적으로 발생하여 예측할 수 없는 "랜덤 신호"(Random Signal)가 여기에 해당한다.
끝.
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