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信号複數及希爾伯特變換的了解

一般的硬體電路都不支援複數運算,一般的方法是把實部,虛部分别方在不同的存儲區域,運算的時候分别按照實虛部運算!對此,複數隻是再學習過程中的一個概念,我們可以在做理論(比如在紙上推導公式)的時候使用,到了實際的應用(在硬體電路裡程式設計實作我們前面推導的理論)必須把一個複數換成兩個實數,分别按照實數的運算法則運算,隻是要時刻記住哪個結果是實部,哪個是虛部。現實中存在的信号都是實信号,但是為了在信号進行中分析友善,就會将信号變為相應的複信号,有利于提取信号的幅值與瞬時頻率。

信号引入複數是幅值和相位的表示,當計算時需要将兩部分分開計算 。

希爾伯特變換是使用信号複數的特點,調制後可以将負頻域信号消除,即單邊帶調制,這樣有利于提升頻帶的使用率。

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原始信号和h(t)做卷積的傳遞函數為

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其傅裡葉變換為

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其中sgn(w)為符号函數

信号複數及希爾伯特變換的了解

對原始信号做1到4次Hilbert變換的頻譜示意圖如圖所示,希爾伯特變換的作用上是一個90移相器,它将信号中的正頻率部分相移-90°,相當于順時針轉90°;将信号中的負頻率部分相移90°,相當于逆時針轉90°。希爾伯特變換不會改變實信号x(t)的振幅和能量,僅僅在相位上發生了改變分而已。

信号複數及希爾伯特變換的了解

為了解決濾波法對單邊帶調制的問題,即邊帶濾波器的制作不具有陡峭的截止特性,有一定的過渡帶。但是這個問題可借助希爾伯特變換對信号進行調制來解決。

信号複數及希爾伯特變換的了解
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有些在調制時不用單邊帶調制,發送時用雙邊帶信号,為了接收時不用濾波器,使用相幹解調方法。

假設調制信号為

信号複數及希爾伯特變換的了解
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其中ω0需要大于a(t)的最高頻率,否則會導緻原信号的失真。調制信号的解析信号表達式為

信号複數及希爾伯特變換的了解

解析信号隻有正頻率,消除了負頻率,解析信号再乘以一個信号就能得到原信号

信号複數及希爾伯特變換的了解
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其頻域的變化大概是這樣的,原低頻信号a(t)的頻譜為

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其調制之後的調制信号f(t)=a(t)cosω0t的頻譜為

信号複數及希爾伯特變換的了解

接收者接收到以上信号f(t)并取其解析信号z(t),其頻譜為:

信号複數及希爾伯特變換的了解

再将解析信号z(t)乘以e^-jω0t得到原信号a(t):

信号複數及希爾伯特變換的了解

參考:https://blog.csdn.net/edogawachia/article/details/79366444

https://www.bilibili.com/read/cv2793412/

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