我有一个无线通信职位的面试,其中一位面试官问我这个关于信号处理的问题。
如果我有信号并且我以奈奎斯特频率采样,然后它通过量化器,如果我们有相同的信号并通过过采样和相同的量化器,这两种情况中的哪一种会导致输出信号质量更高,为什么?
我在想,既然两者都没有抽样不足,那么两者都应该没问题。但也许不是。
我的想法是第二个,但我不确定。
我有一个无线通信职位的面试,其中一位面试官问我这个关于信号处理的问题。
如果我有信号并且我以奈奎斯特频率采样,然后它通过量化器,如果我们有相同的信号并通过过采样和相同的量化器,这两种情况中的哪一种会导致输出信号质量更高,为什么?
我在想,既然两者都没有抽样不足,那么两者都应该没问题。但也许不是。
我的想法是第二个,但我不确定。
首先,奈奎斯特速率是对严格带限信号进行采样时可能起作用的绝对下限。采样时越接近奈奎斯特速率,系统在各种方面的成本就越高。
特别是,您的采样越接近奈奎斯特速率,您在重建滤波器中所需的截止频率就越尖锐。过滤器的截止越尖锐,稳定所需的时间越长。具有棚车响应的完美低通滤波器具有无限的稳定时间。仅出于重构滤波器的原因,您希望在 Nyquit 之上采样一些数量——2x 或 3x 很舒服,10x 或更多也没有超出范围(尽管如果您也过采样,事情会变得很昂贵,这就是让工程师获得报酬的原因)。
其次,量化噪声通常可以被视为均匀分布的随机噪声,采样后为白色。对于给定的量化量,采样率越高,与所需信号相比的噪声频谱密度就越低。所以你可以快速采样,然后用低通滤波器恢复你的信号,你会失去一些量化噪声。
通常,这类问题在某种程度上是故意模棱两可的,只是为了让你做出有充分理由的假设。
理想情况下,两种解决方案都可以给出相同的结果。然而,信号通常不受频带限制。采集前使用什么抗混叠滤波器?这个滤波器的过渡带,无论它的阶数有多高,都不会是零宽度。因此,以奈奎斯特速率采样几乎不是一个好主意。采用更高的采样率可以使您的频谱重复更加分离,从而让过渡带在限制信号方面发挥作用。
另一方面,过采样是有代价的:你需要更快的时钟,需要做更多的处理,一般来说,需要一个“更昂贵”的解决方案。我相信这个问题是为了让你讨论其中的一些主题。
实际上,过采样信号在原始基带中的量化噪声会更少(这些频率低于原始奈奎斯特频率,这是原始采样率的一半,在您的假设中是奈奎斯特率)。
量化噪声的功率是均匀量化器的量化误差的方差,即(在哪里是均匀量化器的步长)。如果量化是良好且随机的(通常是在信号摆幅远大于量化步长大小时),则噪声功率均匀分布在 DC 和 Nyquist 之间的所有频率上。奈奎斯特越高,则矩形(功率谱的积分)越宽,但矩形的面积仍然是. 这意味着包括原始基带在内的所有地方的噪声密度都较低。
如果量化器中没有使用噪声整形,那么您必须通过 4 倍过采样才能在基带的信号中获得一个额外的有意义的位(S/N 比增加 6 dB)。
如果您以精确的奈奎斯特速率对纯非零正弦曲线进行采样,则输出很可能为零,具体取决于相位关系。显然是垃圾结果。
如果您对与采样时钟不相关的信号进行采样,或者包含与采样时钟不相关的噪声,则采样率越高,任何量化噪声将越多地散布在远离信号的更宽频谱上( s) 感兴趣的。