Signalveränderungen

Signalveränderungen bezeichnet in der Signalverarbeitung Änderungen der Eigenschaften eines Signals über die Zeit. Typisch sind Änderungen der Amplitude, der Frequenz oder der Phase, aber auch zeitliche Strukturen wie Transienten und Modulationszustände. Veränderungen können absichtlich herbeigeführt werden, etwa durch Modulation oder Filterung, aber auch unbeabsichtigt auftreten, etwa durch Rauschen, Verzerrungen oder Laufzeitverzögerungen.

Kategorien lassen sich nach Erscheinungsform unterscheiden: zeitliche Veränderungen betreffen Amplitudenhüllen, Transienten und Drift; Frequenzveränderungen betreffen Spektralverschiebungen; Phasenveränderungen betreffen Laufzeit- oder Phasenverschiebungen. Außerdem wird oft zwischen abrupten Veränderungen (Sprünge) und allmählichen Veränderungen (Rampen, Drift) sowie zwischen statischen und nichtstationären Veränderungen unterschieden.

Ursachen für Signalveränderungen sind vielfältig: Übertragungswege, Rauschen (thermisch, impuls), Verzerrungen durch Nichtlinearitäten, Impedanzungleichheiten, Abtast- oder Quantisierungsfehler. Umweltbedingungen, Bewegung, Mehrwegeausbreitung sowie zeitliche Veränderungen der Kanäle können Veränderungen bewirken. In digitalen Systemen können auch Fensterung und Samplingrate scheinbare Veränderungen erzeugen.

Messung und Analyse erfolgen mit Zeitreihen-, Spektral- sowie Zeit-Frequenz-Analysen. Wichtige Werkzeuge sind Differenzen oder Ableitungen, Envelope-Detectoren, Kalman-Filter zur Zustandsschätzung und Change-Point-Detection-Methoden, sowie Fourier- und Wavelet-Transformen.

Anwendungen finden sich in der Telekommunikation zur Modulations- und Kanalanalyse, in der Audiobearbeitung zur Dynamiksteuerung, in der Biomedizin zur Erkennung physiologischer Ereignisse (z. B. EKG-Veränderungen, EEG-Anzeichen), sowie in der Radar- und Akustiksignalverarbeitung zur Erfassung von Ziel- oder Umweltveränderungen. Das Verständnis von Signalveränderungen dient der Verbesserung von Rauschunterdrückung, Kompression und Systemauslegung.