少女祈祷中...

信号的基本概念

信号的定义:随时间变化的有限实值函数。其有两个特性:

  • 实值性:信号的取值都是实数。
  • 有限性:信号的值是有限值,从功率的角度来看,功率是有限的,能量是有限的,信号自然也是有限的。

以确定性为标准,信号可分为确定信号和随机信号:

  • 确定信号:对于任意时刻,都可以确定信号的值。
  • 随机信号:只能从概率分布的角度描述随机信号的相位or幅度。

从时间变量(定义域)的取值是否连续可分为:连续信号 or 离散信号

从定义域以及值域的取值是否连续(同时,二者都),可分为模拟信号 or 数字信号。

信号的时域描述

对模拟信号$x_a(t)$从时间上进行采样,可得到离散信号$x(n)$:
$$
x_a(t)|_{t=nT_s}=x_a(nT_s)=x(n)
$$
公式(1)展示了采样的原理。其中$T_s$表示采样周期,采样频率$f_s=\frac{1}{T_s}$

例如,对于离散正弦信号,就可以通过采样模拟正弦信号$x_a(t)=A\sin(2\pi ft+\phi)$来得到:
$$
x_a(t)|_{t=nT_s}=A\sin(2\pi fnT_s+\phi)=A\sin(\Omega T_sn+\phi)=A\sin(\omega n+\phi)
$$
其中,$\omega$为数字角频率,$\Omega$为模拟角频率。

复信号(欧拉公式):
$$
e^{j\omega n}=\cos(\omega n)+j\sin(\omega n)
$$

信号的频域描述

离散傅立叶变换DTFT:
$$
X(e^{j\omega})=DTFT[x(n)]=\sum_{n=-\infty}^{\infty}x(n)e^{-j\omega n}
$$
由于正弦信号的周期性,可以得到任意信号的DTFT都具备周期性,周期为2$\pi$

时域采样等于频域周期延拓:

image-20231008192446790

由上图也可得知,要想采样之后能够完全恢复出模拟信号来,要满足下式:
$$
\Omega s<2\pi \
f_s>2f
{max}
$$

从模拟信号到数字信号

image-20231008190038100

  1. 采样

    将模拟信号从时间上等间隔采样,得到的是离散时间信号

  2. 量化

    将每个采样点的幅度以最小化的数量单位$\Delta$的整数倍来度量,这样幅度也是离散的了,得到的是数字信号

  3. 编码

    对幅度进行二进制编码

参数选择

前面讲了满足采样定理之后,可以保证采样之后的信号频谱不发生混叠。但是现实中可能会有噪声以及其他干扰信号。那么应该如何处理?

截屏2023-10-08 19.44.03title:

加个滤波器做卷积即可