换言之,对于一个存在于频率ω1前后的窄带信号,可以近似认为系统对于它有一个时延α。这个时延称为系统在ω=ω1时的群时延。
显然,对于位于不同的频率上的窄带信号,其近似的时延α也不相同。这个群时延的公式显然应当是系统的相移函数在ω的处的斜率:τ(ω)=-d(≮H(jω))/dω
关于群时延的概念和定义,可以直接用上述公式表达。一般情况下ω不同,则该处的群时延τ(ω)也不同。可以理解为系统对于输入信号的不同频率分量进行不同的时移。
作为特殊情况,对于具有线性相移的系统≮H(jω)=-(jωt0)-υ,τ(ω)=-d(≮H(jω))/dω=t0是个常数,因此线性相移的系统的群时延是个恒定值,换言之线性相移系统是对整个输入信号进行相同的时移。
6-3:Time-domain properties of ideal frequency-selective fliters(理想频率选择滤波器的时域特性)
第三章介绍了频率选择滤波器。一个理想的连续时间低通滤波器的频率响应是: H(jω)=1,|ω|≤ωc;
H(jω)=0,|ω|>ωc。
而离散低通滤波器的理想模型的频率响应是: H(exp(jω))=1,|ω|≤ωc; H(exp(jω))=0,π≥|ω|>ωc。
该频域函数显然是以π为周期的周期函数。
用傅立叶反变换可以很容易求到,对理想低通滤波器的时域函数为:
h(t)=Sin(ωct)/πt;h[n]=Sin(ωc.n)/πn
这是一个无始无终的信号。显然,这样的非因果的单位冲激响应(即在t=0以前就有了非0的响应)在现实的LTI系统中是很难实现的。
6-4:Time-doman and frequency-domain aspects of nonideal filters(非理想滤波器的时域和频域特性讨论)
由于理想滤波器的难以实现,以及在现实中,对其有些性质是不必要的,因此我们往往采用一些非理想滤波器来完成这一任务的近似。
本节需要了解关于非理想滤波器的通带起伏(passband ripple)、阻带起伏(atopband ripple),通带边缘(passband edge)、阻带边缘(stopband edge)和过渡带(transition)的概念。 通带起伏δ1:滤波器频域图上,现实的通带相对于理想的通带值(1)能够允许的波动范围。换言之,若|H(jω)|在(1-δ1)到(1+δ)范围内,可以认为此时为通带。
阻带起伏δ2:类似通带起伏,当|H(jω)|在0到δ2的范围内,可以认为此时为阻带。 通带边缘:通带的边界频率。 阻带边缘:阻带的边界频率。 过渡带:通带与阻带之间的部分。
本章其余部分不要求
第七章:
Sampling(采样)
本章的基本内容是对于一个连续时间信号,如果它的傅立叶变换的函数是一个带限函数,则可以通过在等时间间隔上采样的值,即样本(samples)来表示,并通过样本把信号完全恢
复。
7-1:Representation of a continuous-time signal by its samples:the sampling theorem(用信号样本表示连续时间信号:采样定理)
冲激串采样(impulse-train sampling)
采样的一种方法是:用一个等间隔的冲激串去乘连续时间信号x(t)。冲激串的大小为单位1,冲激串的间隔时间Ts称为采样周期(sampling period),该冲激串信号的基波频率ωs=2π/Ts称为采样频率(sampling frequency)。该冲激串函数称为采样函数(smapling function)p(t)。该方法称为冲激串采样。
易知p(t)的傅立叶变换P(jω)为冲激串。冲激串大小为2π/Ts,间隔为ωs。
由乘法性质,时域相乘对应频域卷积,则信号样本xp(t)=x(t).p(t)的傅立叶变换实际上是把X(jω)在频域上进行周期拓展(复制,位移,粘贴^_^)。拓展的周期就是ωs
显然,设x(t)的频带宽度(即X(jω)有非0值的最大ω)为ωM,则当ωs≤2ωM时,X(jω)进行周期拓展后的各部分会发生相互混叠;而在ωs>2ωM的时候,这些部分不会混叠(因为它们的频带宽度从中心往左右各自只有ωM,而周期拓展的间隔ωs>2ωM)。这时候,我们可以把xp(t)通过一个低通滤波器,从而恢复原来的信号。该低通滤波器增益为T,截止频率大于ωM而小于ωs-ωM。 这就是采样定理。描述如下: 设x(t)为一带限信号,|ω|>ωM时有|X(jω)|=0。现在以ωs为采样频率对其采样,如果ωs>2ωM则x(t)可以唯一地由采样结果xp(t)确定。 我们可以采取如下方式恢复x(t):将xp(t)输入一个增益为Ts,截止频率大于ωM而小于ωs-ωM德低通滤波器,所得输出就是原信号x(t)。
因此,在采样中,采样频率ωs应大于(而不是大于等于!)2ωM。该频率2ωM称为耐奎斯特率(Nyquist rate)。而耐奎斯特率的一半ωM则称为耐奎斯特频率(Nyquist frequency)。
0阶保持采样(Samping with a Zero-order hold)
这里介绍的是鉴于产生一个冲激串函数的难度较大,而采用另一系统,使得等效于原信号x(t)进行冲激采样后通过系统h0(t)的一种采样——恢复模式,自己看书了解。
7-2:不要求
7_3:The effect of undersampling:aliasing(欠采样的结果:混叠)
了解:当采样频率ωs≤2ωM时,在频域上会发生混叠。要求作图了解混叠发生的原因和后果。
从时域上,欠采样造成的混叠,实质上是对于样本选取之后,两个样本的差默认为最小值的结果。例如,如果在两个样本点之间(即一段Ts的时间),信号的最大频率分量经过了0.7个周期(即相位角1.4π),则在恢复时等效于把该分量在两个样本点的相位角默认为逆向0.3个周期(即相位角-0.6π),由此造成信号恢复的失真。
本章其他内容:不要求
第八章:
Communication systems(通信系统)
通信的基本步骤是:
一个载有信息的信号(称为调制信号modulating signal)x(t)嵌入另一个信号c(t)(称为载波信号carrier signal)产生一个新信号y(t)(称为已调信号modulated signal)。这一步称为调制(modulation)
把已调信号y(t)发送出去,通过传输媒介到接受端。
接受端对已调信号y(t)进行处理,从中把载有信息的信号x(t)提取出来。这一步称为解调(demodulation)
很重要的一类调制是用x(t)对c(t)的幅度进行调制,即y(t)=x(t).c(t)。称为幅度调制(amplitude modulation),简称AM。
8-1:Complex exponential and sinusoidal amplitude modulation(复指数与正弦幅度调制)
复指数载波的幅度调制(amplitude modulation with a complex exponential carrier)
当载波信号c(t)=exp(j(ωct+θc)),称为复指数幅度调制。Ωc称为载波频率(carrier frequency)。为方便令θc=0。此时有: y(t)=x(t).c(t)=x(t).exp(jωct) 从频域上,C(jω)=2πδ(ω-ωc)
由调制性质,时域相乘对应频域卷积,因此
Y(jω)=(1/2π)X(jω)*C(jω)=X(j(ω-ωc))
换言之,y(t)的傅立叶变换Y(jω)等于把X(jω)在频域上进行ωc的频移。
对y(t)进行解调以恢复x(t)的方法很简单,只要将y(t)再乘以exp(-jωct)即可: y(t)。exp(jωct)=x(t).exp(jωct).exp(-jωct)=x(t)
显然从频域上,这等效于把X(jω)先正向移动ωc,再移动-ωc,最后还是得到了X(jω)。该调制解调方法对ωc和x(t)的带宽ωM关系没有什么要求。
正弦载波的幅度调制(Amplitude modulation with a sinusoidal carrier) 很多时候采用的是正弦波调制,c(t)=cosωct。 此时:y(t)=x(t).c(t)=x(t).cosωct 而从频域上,由于
C(jω)=π(δ(ω-ωc)+δ(ω+ωc))
有:Y(jω)=(1/2π)X(jω)*C(jω)=(X(j(ω-ωc))+X(j(ω+ωc)))/2
显然,这相当于把X(jω)的图象减半后分别向左和向右发生了|ωc|的频移。
如果X(jω)的带宽ωM<ωc,则频移后的两个分量不会发生混叠,可能从y(t)中把x(t)恢复出来。否则,如果ωM≥ωc,则频移后的两个分量会发生混叠,从而不可能恢复。因此正弦调幅对调制信号x(t)的带宽和载波频率之间的关系提出了要求。
8-2:Demodulation for sinusoidal AM(正弦调幅的解调)
同步解调(Synchronous demodulatuon)
正弦调幅的解调是:先把已调信号y(t)再乘以一个同步正弦信号cosωct,然后通过一个低通滤波器,该滤波器增益为2,截止频率大于ωM而小于2ωc-ωM。这样就可以恢复出信号。
从时域上显然有:
y(t). cosωct=x(t).cosωct.cosωct=(1/2).x(t)+(1/2).x(t).cos2ωct
将这样一个信号通过一个增益为2的低通滤波器,则高频分量x(t).cos2ωct被过滤掉,而低频分量x(t)/2则得到了2的增益,从而恢复出x(t)。 从频域上讲,则解调相当于把已经减半后两边分开的信号图形再次重复,减办后分别向左右进行ωc的频移。造成结果是:
W(jω)=Y(jω)*( π(δ(ω-ωc)+δ(ω+ωc))).(1/2π)
= (X(j(ω-ωc))+X(j(ω+ωc)))(1/2)* ( π(δ(ω-ωc)+δ(ω+ωc))).(1/2π) =(1/2)X(jω)+(1/4)X(jω-j2ωc)+(1/4)X(jω+j2ωc)
即原先左移信号的右半部和右移信号的左半部在中央重合,其余两个半部更加分离。这时通过低通滤波器,可以把左右两边过滤掉而保留中间的X(jω),从而得以恢复。
该方法要求的是载波信号c(t)和后来输入的解调正弦信号必须严格同步,否则会因为相差造成失真。
另一种解调方法称为非同步解调(Asynchronous demodulation),则是通过包络检测的方法来恢复信号x(t)的。
本章其他内容:不要求
第九章:
The Laplace transform(拉普拉斯变换)
拉普拉斯变换也是一种频域分析。作为傅立叶变换的一种扩充,比傅立叶变换具有更广泛的应用。
9-1:The Laplace transform(拉普拉斯变换) 拉普拉斯变换的引入:
前面已经讲过,LTI系统对于指数信号exp(st)有响应为: exp(st)→H(s).exp(st)
其中,H(s)由h(t)确定。具体公式为P655 9-2。
显然这个式子一般只对某些s值成立。而对另一些s值,9-2式不收敛。
这里,称9-2式为h(t)的拉普拉斯变换。使得9-2收敛的s值称为H(s)的收敛域(region of convergence),简称ROC。
更一般地,对任何信号连续x(t),由公式P655公式9-3确认的函数X(s)称为其拉普拉斯变换。二者的变换关系记做: x(t)←L→X(s)。
显然对于某一个确定的x(t),只有在一定范围内的s才能使得9-3收敛成立。这个s的范围称为收敛域。
我们可以看出,拉普拉斯变换其实是傅立叶变换的扩充。
令s=σ+jω。则傅立叶变换可以看作σ=0(即s=jω)情况下的拉普拉斯变换; 而信号x(t)的拉普拉斯变换可以看作x(t).exp(-σt)的傅立叶变换。
从例题9-1,9-2可以看出,有时候两个完全不同的信号x1(t)和x2(t),他们的拉普拉斯变换的表达式X1(s)和X2(s)可能会从形式上完全相同,但它们的收敛域会不同。
为了更好分析复指数s的取值范围,我们构建一个复平面称为s域。水平轴称为σ轴,垂直

