模拟通信 - 采样

到目前为止,我们已经讨论了连续波调制。我们将在下一章讨论脉冲调制。这些脉冲调制技术处理离散信号。所以,现在让我们看看如何将连续时间信号转换为离散时间信号。

将连续时间信号转换为等效离散时间信号的过程可以称为采样。在采样过程中,某一时刻的数据被连续采样。

下图显示了连续时间信号x(t)和相应的采样信号xs(t)。当 x(t) 与周期性脉冲序列相乘时,可获得采样信号 xs(t)

Sampling

采样信号 是周期性脉冲序列,具有单位幅度,以相等的时间间隔 $T_s$ 进行采样,该时间间隔称为 采样时间。此数据在时间点 $T_s$ 传输,载波信号在剩余时间传输。

采样率

为了离散化信号,样本之间的间隙应该是固定的。该间隙可以称为采样周期 $T_s$。采样周期的倒数称为采样频率采样率 $f_s$

从数学上讲,我们可以将其写成

$$f_s= \frac{1}{T_s}$$

其中,

$f_s$ 是采样频率或采样率

$T_s$ 是采样周期

采样定理

采样率应确保消息信号中的数据既不会丢失也不会重叠。 采样定理指出,"如果以大于或等于给定信号W的最大频率两倍的速率对信号进行采样,则可以精确地再现信号。"

从数学上讲,我们可以将其写为

$$f_s\geq 2W$$

其中,

  • $f_s$ 是采样率

  • $W$ 是给定信号的最高频率

如果采样率等于给定信号 W 的最大频率的两倍,则称为奈奎斯特速率

采样定理,也称为奈奎斯特定理,为以下类别提供了带宽方面足够采样率的理论带限函数。

对于频域中带限的连续时间信号 x(t),其表示如下图所示。

连续时间信号

如果信号的采样率高于奈奎斯特速率,则可以恢复原始信号。下图解释了在频域中以高于 2w 的速率采样的信号。

2w 频域

如果以低于 2w 的速率采样相同的信号,则采样信号将如下图所示。

小于 2w 频域

从上述模式中我们可以观察到信息重叠,从而导致信息混淆和丢失。这种不必要的重叠现象称为混叠

混叠可以称为"信号频谱中高频分量呈现出其采样版本频谱中低频分量特征的现象。"

因此,信号的采样率选择为奈奎斯特速率。如果采样率等于给定信号W最高频率的两倍,则采样信号将如下图所示。

奈奎斯特速率

在这种情况下,信号可以无损恢复。因此,这是一个很好的采样率。