采样的连续和离散时间信号之间的关系

信息处理 傅里叶变换 采样
2022-02-11 13:26:17

考虑下面的草图系统。xc(t)是输入端的任意连续时间信号,并且s(t)是一个脉冲序列,定义为s(t)=n=δ(tnT),其中 T 是采样周期。因此:

xs(t)=xc(t)s(t)=n=xc(nT)δ(tnT)

现在我计算并比较的傅立叶变换xs(t)xc(nT).

Xs(jΩ)=xs(t)ejΩtdt=n=xc(nT)δ(tnT)ejΩtdt=n=xc(nT)ejΩnT

X(ejω)=n=x[n]ejωn

结果看起来非常相似。事实上,它们是相等的,如果ω=ΩT.

计算没有问题,但我遇到的问题是理解这真正意味着什么。所以很明显这是一个缩放。如果我将角频率定义为Ωs=2πT并将其代入上述公式ω,我得到ωs=2π. 因此,似乎通过离散化过程,实际频率信息丢失了,傅里叶变换从 0 变为2π. 为了检索信息,我需要乘以ω与采样频率。这个说法正确吗?为什么会发生这种情况?这背后有什么意义?可能我错过了一件明显的事情,我觉得只见树木不见森林。

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1个回答

您已经证明,采样的连续时间信号的(连续时间)傅里叶变换 (CTFT) 等于相应离散时间信号的离散时间傅里叶变换 (DTFT)。在这两种情况下,频谱都是周期性的。自变量通过以下方式相关

(1)ω=ΩT

在哪里Ω是角频率(Ω=2πf),T=1/fs是采样周期(fs是采样频率),和ω是归一化的角频率,在描述离散时间信号的频谱时,通常用作自变量。请注意,您也可以使用Ω作为离散时间信号的自变量,但它总是与采样间隔一起出现T. 这是采样或离散时间信号的一个重要属性,这也是这两个变量的原因ΩT通常组合成一个变量ω=ΩT=2πf/fs.

请注意,采样会导致频谱周期化,这就是信息可能丢失的原因。这对两个光谱都是正确的Xs(jΩ)X(ejω). 频谱的周期性意味着基频间隔f[fs/2,fs/2], 或者, 等价地,Ω[π/T,π/T]或者ω[π,π]包含采样信号的所有信息,并且该区间之外的所有频率都是冗余的。这是采样(或离散时间)信号的固有属性,也是混叠的原因,即不同的连续时间信号映射到相同的采样信号。