限带信号:无限时长,限时信号:无限带宽

信息处理 频谱
2022-02-07 04:48:01

在信号处理中,存在时频对偶性。带限信号具有无限的持续时间,而限时信号具有无限的带宽。

我在哪里可以找到这方面的证据,对此是否有一些直观的解释?

我不确定它是否与傅立叶不确定性原理有关?

2个回答

这个重要的属性有几个证明,例如,在这个 wikipedia page on band-limiting这个 dsp blog page 上我没有详细检查它们,因此由您决定这些证明是否足够严格。

如果您接受Paley-Wiener 条件的真实性,我想展示另一个非常简单的证明

平方可积函数A(ω)0是因果函数的傅里叶变换的幅度当且仅当

(1)|logA(ω)|1+ω2dω<

假使,假设f(t)是一个有时间限制的函数,即f(t)=0为了|t|>T, 和F(ω)是它的傅里叶变换。然后f(tT)是因果的,它的傅里叶变换是F(ω)ejωT. 根据因果函数的 Paley-Wiener 条件,A(ω)=|F(ω)ejωT|=|F(ω)|不能为零|ω|>Ω,无论选择Ω, 因为否则积分(1)不是有限的。最后,f(t)不能有频带限制。

请注意,这个证明表明时限函数不能是带限的,但它也表明带限函数不能是时间限制的,因为如果带限函数的傅里叶逆变换是有时间限制的,它可以通过时域中的适当移动来产生因果关系,这不会改变其幅度谱。所以它需要满足 Paley-Wiener 条件,我们已经证明这对于带限函数是不可能的。

这是一个不需要不确定性原理的论点。

认为y(t)是一个不等于零的信号,通过傅里叶变换Y(f). s(t)=rect(t/T)一个持续时间的矩形脉冲T和傅里叶变换S(f)=|T|sinc(Tf).

然后,x(t)=y(t)s(t)是具有傅里叶变换的时限信号X(f)=Y(f)S(f). 自从S(f)有无限的支持,也有X(f).

由于任何限时信号x(t)可以用这种方式定义一个合适的选择y(t)s(t)(以及不影响结果的可能时移),那么我们可以说所有这些信号都具有无限带宽。

相同的论点可以应用于傅里叶逆变换:对信号进行频带限制涉及乘以频域中的矩形脉冲,或与时域中的正弦波进行卷积,从而产生无限持续时间的信号。