سیگنال (مهندسی برق)

در مهندسی برق، به هر کمیّت متغیر با زمان که معمولاً اطلاعاتی دربارهٔ رفتار یا ویژگی‌ یک پدیده (معمولاً فیزیکی) دربردارد، سیگنال گفته می‌شود؛ این کمیت، اغلب توسط یک مبدّلِ مناسب (مانند یک حس‌گر)، به ولتاژ یا جریان تبدیل شده‌است.
ممکن است سیگنال، تابعی از هر متغیر مستقل دیگری جز زمان باشد (مانند میزان روشنایی پیکسل‌ها در یک تصویر ثابت)، یا دربردارنده اطلاعات خاصی نباشد (مانند یک موج سینوسی با دامنه و فرکانسی معین). 
البته چه بسا مفهوم، گستره، و تعریف دقیق سیگنال دشوار باشد.
در برخی کاربردها مانند مخابرات یا پردازش سیگنال، سیگنال ماهیتی اتفاقی یا تصادفی (random, stochastic) دارد؛ به همین دلیل دارای اطلاعات است. در یک سیستم مخابراتی، فرستنده پیغام را به سیگنال تبدیل می‌کند و این سیگنال از راه کانال مخابراتی به گیرنده می‌رسد؛ مثلاً، اگر جمله «فردا، هوا بارانی است» پیغامی باشد که پشت تلفن گفته می‌شود، میکروفون تلفن (فرستنده) صدای گوینده را به سیگنال الکتریکی (تغییرات ولتاژ) تبدیل می‌کند. سپس این سیگنال از طریق سیم‌ها به تلفن گیرنده منتقل می‌شود و در آنجا در بلندگو، سیگنال دریافت شده به صدا تبدیل شده و به گوش شنونده می‌رسد (پیام منتقل می‌شود).
سیگنال‌ها را می‌توان از دیدگاه‌های گوناگون دسته‌بندی کرد. از یک دیدگاه، تفاوت سیگنال‌ها در گسسته یا پیوسته بودن آن‌ها در حوزۀ زمان است؛ به این معنی که سیگنال روی بازهٔ زمانی گسسته یا پیوسته تعریف می‌شود. سیگنال‌های «زمان‌پیوسته» را اغلب حتی وقتی که دامنۀ سیگنال، پیوسته نیست، «سیگنال‌ پیوسته» می‌نامند؛ مثال آن موج مربعی است. 
تفاوت عمدهٔ دیگر سیگنال‌ها، از لحاظ گسسته یا پوسته بودنِ دامنۀ آن‌هاست؛ سیگنال‌های دیجیتال دارای دامنۀ گسسته‌اند، اگرچه ممکن است زمان‌پیوسته باشند.

سیگنال‌های دیجیتال و آنالوگ

به‌طور غیررسمی‌تر از تفاوت‌های تئوری که در بالا به آن اشاره شد، معمولاً در عمل به دو نوع سیگنال برمی‌خوریم که یکی دیجیتال و دیگری آنالوگ نام دارد. به‌طور مختصر تفاوت آن‌ها این است که سیگنال‌های دیجیتال، دارای دامنهٔ گسسته (و کوانتیده، quantized) هستند، در حالی که دامنۀ سیگنال‌های آنالوگ پیوسته است. هر دو نوع سیگنال، زمان‌پیوسته فرض می‌شوند.

گسسته‌سازی (Discretization)

از مشخصه‌های اصلی سیگنال‌ها، گسسته یا پیوسته بودن آن‌ها در حوزه زمان است. از لحاظ ریاضی بازهٔ سیگنالِ زمانِ پیوسته، بازهٔ اعداد حقیقی است در حالی که بازهٔ سیگنال‌های گسسته بازهٔ اعداد صحیح است؛ این که این اعداد صحیح چه چیزی را نشان می‌دهند بستگی به ماهیت سیگنال دارد. سیگنال‌های گسسته غالباً از نمونه برداری از سیگنال‌های پیوسته بدست می‌آیند. برای مثال حس‌گرها (سنسورها) اطلاعات جمع‌آوری‌شده خود را به صورت ولتاژ (یا جریان) تحویل می‌دهند. اما از آنجایی که ولتاژ در یک بازه زمانی پیوسته قابل ذخیره‌شدن نیست، نمونه‌هایی (samples) از سیگنالِ پیوستهٔ خروجیِ سنسور در زمان‌هایی معین و منظم، به عنوان سیگنالِ گسستهٔ معادلِ آن سیگنالِ پیوسته، ذخیره شده و استفاده می‌شود (نمونه‌برداری از سیگنال و در نتیجه، گسسته‌سازی آن در زمان). نمونه‌برداری (sampling) و گسسته‌سازی (discretization)، دو مفهوم توأم و رایج در کار با سیگنال‌های پیوسته در زمان هستند. کامپیوترها و ابزار دیجیتال تنها قادر به کار با سیگنال‌های گسسته هستند.

کوانتش (Quantization)

اگر در نمایش مقادیر حقیقی یک سیگنال پس از نمونه‌برداری و گسسته‌سازی، فقط محدود به استفاده از مجموعه‌ای از اعدادی معین باشیم (که در عمل همواره چنین است)، به‌ناچار بخشی از دقت پردازش از دست می‌رود. مثلاً، اگر در پردازش سیگنال، تنها مجاز به استفاده از هشت بیت باشیم، مقادیر سیگنال (پس از نمونه‌برداری) را تنها با ۲۵۶ مقدار (سطح) می‌توان نشاد داد. در این حالت، ساده‌ترین کار این است که محدوده تغییرات سیگنال را به ۲۵۶ بازه تقسیم کرده و در هر بازه، کمترین مقدار را به عنوان نماینده آن بازه در نظر بگیریم. حالا، هر نمونهٔ سیگنال را که در یکی از بازه‌های تعریف‌شده می‌گنجد، با نماینده آن بازه جایگزین می‌کنیم (به آن می‌نگاریم). به این کار کوانتش می‌گویند. البته در عمل، از روش‌های بهینه و پیشرفته‌تری برای کوانتش استفاده می‌شود.