Shannon-Nyquist - 仅用于重复信号?

电器工程 采样 正弦
2022-01-16 07:05:10

这是由这个问题中的评论触发的

我正在使用香农-奈奎斯特定理的定义(形式维基百科):

如果函数 x(t) 不包含高于 B 赫兹的频率,则完全可以通过在间隔 1/(2B) 秒的一系列点处给出其纵坐标来确定。

我的印象是,奈奎斯特定理在以下意义上在理论上是正确的:如果将信号分解为正弦波,然后以最高频率正弦波的 2 倍进行采样,则可以完美地再现原始信号。这是因为只有一条正弦曲线适合所有采样率等于或低于 1/2 采样率的样本,如果我们考虑原始信号中的最高频率分量,它必须是正弦曲线(否则它不会是信号中的最高频率)。

但其他评论上述问题的人表示,这仅适用于连续信号。一位人士对此进行了详细阐述:

考虑从离散时间值重建连续信号:理论上,两个样本时刻之间的每个值都需要前后所有可数无限多个样本的 sinc 旁瓣。这有点问题,尤其是因为我们不知道未来。假设周期性重复是解决这个问题的常用技巧之一,因此只有有限的过去和没有未来,我们可以合理地进行 sinc-interpolate

我不太明白这一点——这是否意味着我上面所说的关于奈奎斯特定理的内容并不完全正确?

2个回答

如果将信号分解为正弦波,然后以最高频率正弦波的 2 倍进行采样,则可以完美地再现原始信号。

如果信号可以完美地分解成正弦波,那么根据定义,信号被限制在最高频率的频率,并且适用奈奎斯特。

这适用于信号是连续的还是采样的,只要我们保持对采样的假设一致。

如果我们只有一堆统一采集的样本,而没有进一步的信息,那么我们就没有足够的信息来重建采集这些样本的唯一信号。我们需要假设正在使用哪个别名。通常,我们做出最简单的假设,即第一个(或者应该是第零个?)混叠被采样,并且信号的频率在 DC 到 sample_rate/2 的范围内。

通常,尤其是在软件定义的高 IF 比率下,会采样更高的混叠,并且信号的频率从 fs/2 到 fs,甚至 fs 到 3fs/2。

如果你有一个完美的三角波或方波,那么你的频率就会无穷大,而你的“如果我能分解……”的条件是错误的。一旦带宽受限,方波或三角波看起来会变圆,并且可能会出现过冲,具体取决于用于去除高频分量的滤波器的群延迟。

Shannon-Nyquist - 仅用于重复信号?

不会。香农-奈奎斯特定理适用于没有分量高于采样频率一半的信号。这并不意味着信号是“周期性的”或“重复的”。

例如,这个修改过的“sinc”函数:

s一世nC(X)=s一世n(ωX)X

不是周期性的,但上面没有频率分量ω(如果我没记错的话)。