2.1  正交变换原理

2.1.1  数字信号的解析表示

我们在现实生活中遇到的信号都是实信号,所谓实信号就是在时间上连续的信号,比如说语音信号、图像信号和音乐信号等,这些都称作实信号。实信号有其频谱特点,即共轭对称,它的幅度频谱中正负频率分量是对称的,而它的相位频谱中相位分量是相反的。如果我们将信号以实信号的形式处理,会产生很多“交叉项”,使处理过程很复杂,此外,现实生活中是没有负频率的,那么对负频率的处理就失去了其只有现实意义,也就是说,仅处理实信号的正频谱部分即可。

上述的问题用解析信号表示法可以得到解决,因为解析信号的频谱恰好是实信号频谱的正频率频谱。将一个实信号转化为复解析信号需要经过正交换实行,一般来说采用的是希尔伯特变换。

设原始信号为连续时间信号x(t),则经过希尔伯特变换后,有

                                              (2-1)

因为

                                                      (2-2)

所以希尔伯特变换是正交变换,因此H[x(t)]与x(t)是正交关系。设x(t)的解析表示为s(t),则s(t)的表达式为

                                                    (2-3)

下面来验证x(t)与s(t)频谱的关系,设x(t)经傅里叶变换后的频谱为X(jω),则

                                                  (2-4)

又因为实信号频谱的共轭对称性,所以X(jω)具有如下性质,即

                                                     (2-5)

再对复信号s(t)进行傅里叶变换,即

                                   (2-6)

将式(2-4)和(2-5)比较可知,复解析形式的频谱是实信号频谱的正频率部分,只是幅度是实信号频谱幅度的两倍。由此可以得出结论,将实信号化成解析形式进行处理是完全可以的。

再讨论实窄带信号。所谓窄带信号,全称为高频窄带信号,信号的频谱限制在载波频率 附近的频带范围 内,并且满足 远小于 。根据定义,设任意一个实窄带信号为

源:自~优尔·论`文'网·www.youerw.com/   (2-7)

式中, 为信号的幅度调制分量, 为相位调制分量, 是信号的载频。z(t)的希尔伯特变换为

                             (2-8)

则z(t)的解析表示为

                              (2-9)

为了方便运算,s(t)还可以表示为指数形式,即

                                    (2-10)

式中的 、 和 都是常数, 也称为信号的复包络。而 一项不含有任何信息,只是信号的载频分量。在进行下变频变换时,将式(2-9)乘以 就能得到所需的基带信号,设为 ,有

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