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二維采樣定理

生活 更新时间:2024-08-05 18:12:48

二維采樣定理(最通俗易懂的采樣定理說明-第2部分)1

本文中,我們将會讨論采樣的起源。

離散時間

因為很多人都對離散時間模拟沒有什麼概念,所以大多數人都認為離散時間和數字采樣是一回事兒。雖然也許您之前用過帶有“鬥鍊式儲存區”延遲芯片的老式模拟延遲單塊效果器,但離散時間可以追溯到更遠的曆史。因為于尼奎斯特,香農等人在這一領域的突出貢獻,所以當我們談到采樣定理時,主要指的是離散時間信号,而不是特指數字信号。

離散時間理論起源于通信。如果在發送方和接收方之間同步一個整流器,并将時間分段以交錯信息,則可以用一根線纜支持多個同時發送的電報消息——這就是所謂的時分多路轉換(TDM)。之後被用在話音上,用TDM對一條線路上多個語音通話進行匹配,研究發現采樣率必須在3500-4300赫茲左右才能獲得滿意的結果。

在電線上移動時,模拟信号本身是不會“離散的”—總是沒有時間間隔地發送。但是信号信息是離散的,使得兩者之間存在零發送,這就給TDM中的其他信号留下了交錯的空間。

二維采樣定理(最通俗易懂的采樣定理說明-第2部分)2

以這種方式使模拟信号離散的最常見的方法是通過脈沖振幅調制(PAM)。這意味着我們用單位振幅的脈沖序列連續地乘以源信号。

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對模拟通信進行PAM的好處是我們可以交叉使用多個信号,而對于數字信号進行PAM的好處是我們不需要在樣本之間存儲“空白”(零)空間。 對于數字采樣,我們隻需測量PAM結果的每個脈沖的高度,并将其編碼為一個數字。我們将脈沖幅度調制和編碼組合的過程稱為脈沖編碼調制,也就是PCM。

真實的脈沖

有些人看到下圖可能會想:“我之前看到的這個過程是一個階梯波,跟圖片中的波形完全不同。”實際上,我們在編碼步驟中必須做的--快速精确地測量電壓是件非常困難的事兒。 幸運的是,我們打算放棄PAM波形,隻保留數字值。 我們不需要在脈沖之間保持空的空間,因為我們的目标不是時分多路複用模拟信号。 因此,我們對源信号執行“采樣和保持”過程,在取樣時為電容器充電,并将電壓值拉長,這樣就可以更從容地進行測量。

二維采樣定理(最通俗易懂的采樣定理說明-第2部分)4

這隻會導緻一個小的時間偏移,在功能上與瞬時采樣相同。 如果您的樣本值為0.73,則可将其視為高度為0.73單位的脈沖。

數字化模拟PAM信号的步驟引入量化,因此導緻量化誤差。但重要的是要明白,與混疊相關的問題不是數字域的屬性 - 混疊是離散時間系統的屬性,因此在模拟PAM信号中也是存在的。這就是為什麼我們要走這個彎路——我相信我們可以用一種更簡單的方式,從模拟的角度來解釋混疊。

接下來:在第3部分中,我們将詳細講解PAM(以及PCM)過程添加了哪些頻率成份,敬請關注。

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