§ 5.3 无失真传输
无失真传输
幅度失真和相位失真
线性失真和非线性失真
相位延时和群延时
*信号的占有频带与系统的通频带 (频域)
*信号的分解程度与系统的分辨能力 (时域 )
*信号的信息含量与系统的信息通量 (信息 )
*信号的能量与负载能量(能量)
等四个方面的匹配信号与系统的匹配音宽与频带频带宽度一,无失真传输的条件
system
)(te
)(tr
0t
dtettkejR
dtetejEjEte
ttketr
tj
tj






)()(
)()(),()(
)()(
0
0
频域:令时域:
0
0
0
)(
)()()(
)(
)()(
)(
0
tj
xjtj
txj
kejH
jEjHjR
dxexeke
dxexkejR
ttx









)(?jH
)( j
0t
从系统函数的意义上讲:输出仅是输入的线性放大和延时,则系统不使输出波形失真
)(th
)(t? )()( 0ttKtr
常用冲激信号作为测试系统保真度的信号上面的处理提出几个问题?
如何保证信号经过系统不会失真?
如何根据要求设计系统函数?
什么系统函数是理想函数?
如何将设计的理想的系统函数变为物理可实现的?
信号在经过系统前后能量有何变化?
关键是有什么样的系统频率特性
)()()( jjejHjH?
*.即时系统,匹配的高频传输线。
p
P
LjL
V
L
t
t
V
L
L
eeEU


0
0
..
)(


ntjb
kjHa

0)(.
)(.
ljal eejH)(
二,振幅失真和相位失真
1.振幅,,) 不能满足而产生的失真(由 kjH
2.相位,
不能满足而引起的失真(由 0) tj
*.系统的幅频特性和相频特性如图所示,当激励为如下三种信号时,求各自的响应 ;讨论失真情况,
tttec
ttteb
tttea



18s in314s in4)(.
14s in28s in3)(.
8s in6s in2)(.



)( jf?
2
)( jfH
5 10
2
8?
fHz
fHz
tt
tftftea
42s in32s in2
2s in2s in2)(,21




s
d
d
t
tttr
f
HERH
HEHzf
mm
H
m
0 3 1 2.0
8
2/
2
1
)458s i n (2)8.336s i n (4)(
8.334,8.332
8.33
16
3
3
8
2/
2,02.3
0
00
2
0
111
0
1
0
1
0
11
1







的响应算法同上。
群延时和相位延时信号产生了相位失真。
信号产生了幅度失真。
.*
9,7.
7,4.
21
21


HzfHzfc
HzfHzfb
所产生的延时。
的简谐信号它是系统对给定角频率相位延时
i
p
t
)(
,?
份的延时)。
一定带宽一组频率成延时络的表示一个载波信号的包倒数第二个自然段)
群延时
(
.290(
)(
:
p
d
d
t
g

)(,
)(
.
)(
)()( 00
ty
ejH
ee
Hj
tjtj
求其响应的系统中作用于频响特性为同时及设有两个复数信号



)()()()( 0000)( jjjtj eeeety
)]()[()]()[( 0000 jtj ee
)(
)()()(
00
00
)c o s (
2
1
][






j
tjtjtj
et
eee
)(
0
0
0
)c o s (
2
1?


tj
et
)();();(,000000其中群延时)()(l im
0

g
t
d
d

.
,
0
0
出现在载波中而相位延时群延时出现在包络中
§ 5.6利用 Hilbert变换研究系统函数的约束特性一,因果系统 H(jw)的实部与虚部的关系
1.推导,312.5- 15
)()()(),()()( 00 thththththth ee
)()(,thjH设因果系统
2
)()()(,
2
)()()(
0
thththththth
e

若系统是因果的,则
0..0)(
0...0)(


tth
tth
下式带入上式;
,0?t
2
)(
)(
2
)(
)(
0
th
th
th
th
e
,0?t
2
)(
)(
2
)(
)(
0
th
th
th
th
e

)(th e
0),,,(
0),,,,,,(

tth
tth
o
o
)(2)(2)( 0 ththth e
)s g n (t
0.,,,1
0.,,1

t
t
)s g n ()()(
)s g n ()()(
tthth
tthth
eo
oe

)()(),()(),()(
)()()(,/2)s g n (


jjIthjRthjHth
jjIjRjHjt
oe


)()s g n ()(),()s g n ()( jjItthjRtth eo
j
jRjIj
j
jjIjR
p
2
)(
2
1
)(;
2
)(
2
1
)(
8.3,207(

节)应用频域卷积定理
)203.1 6 6)((?p奇偶虚实关系参考
dy
y
yI
jRdy
y
yR
jI




)(1
)(;
)(1
)(2.结论,
a.若 H(jw)的实部和虚部满足 Hilbert变换则系统是因果的。反 之亦然。
b.
波特关系式则若
)()()(
)()(
)(



jjHLnjL n H
ejHjH
jj

二,Hilbert变换的概 念
t
tetete
t
ted
t
etete
1
)()()(:
1
)(
1
)(
1
)()(:
^^
^




反正设有一全通网络,其幅频特性和相频如图
a,b所示,1.求系统的冲激响应,2.证明系统的输入为 e(t)时,则其响应 r(t)与 e(t)满足希尔 伯特变换关系式,
)(?jH
1
)( j
2

)()(, jjejH设解
^
11
)(
)(11
*)()(.2
1
]s g n[)]([)(.1
ted
t
e
t
tetr
t
jFjHFth





]s g n)[()()(
^
jjEjEte H
)(?jH
0,
0,
2
2


je
je
j
j)(?jE )(?jE
H
*Hilbert反变换


s g n)(]s g n)[(])([
)()(),()(,
1
)()(
^
1
^^
jjEjjEteF
jEtejEte
t
tete
HH
H


*Hilbert变换 就是移相。
)(
90;90)(
:
0
0
为一可逆系统信号。位关系,从而得到了原地回到了原信号的相方向移动。这就很自然换移相值反,正好和希尔伯特正变移相负频率部分的正频率部分移相它将个移相过程。希尔伯特反变换也是一结论
te
*.Hilbert变换的计算
tdt
t
tftf
H i l b e r tttf
00
^
0
s i n
1
)(c o s
11
)()(
c o s)(.1





变换。的求
tt
tt
H i l b e r tttf


11
*)()(
)()(.2
^
变换。的求
tdt
t
ttf
t H i l b e r ttf
000
0
^
s i n
1
)(c o s
11
c o s)(
c o s)(.3





的反变换。求
( Hilbert)
因果系统 —— 物理可实现系统
因果系统的实部和虚部之间相互限制
因果系统的模和相角之间相互限制因果系统的频谱实部和虚部关系
)(*)()( 0 tuthth t )()()( jjXjRjH












d
RX
jd
XjR
j
jjXjR
j
jH
tuFTthFTthFT
)(
2
1
2
()(
2
1
2
)(
)
1
)((*)]()([
2
1
)
1
)((*)(
2
1
)]([*)]([
2
1
)]([
)(?jR )(?jX
)(.)(
1
)(
)(.)(
1
)(
:




RHRX
XHXR


部 和 虚 部 得分 别 比 较 上 式 两 边 的 实特变换关系。部和虚部都存在希尔 伯因此其频率的实数即冲激响应都是因果 函是因果系统任何物理可实现系统 都结论
,
,:


j
Htueth t
1)()()(:例
2222
1)()(




j
j
jXR
)()(1, RXt可以证明


d
R
jX
d
X
jR



)(1
)(
)(1
)(
Hilbert Transform
因果系统的实部被已知的虚部唯一地确定因果系统的频谱模和相角的关系
)((ln)(ln
)()( )(


jjjHjH
ejHjH jj





d
jH
j
djH



)(ln1
)(
)(1
)(ln
)(.)()(
)()(
)()(
tfjHtftf
tftf
tftf
a
a

的解析信号称为的复信号部的希尔伯特变换作为虚作为实部,以以实信号解析信号与单边频谱
)()(?jFtf aa?设
)()]s g n ([)()(, jFjFjF a则
0)(2F
00
其希尔伯特变换为例 0co s)(,0 ttf
tttfH 0c o s1)(,
)]}()(),[s g n ({ 001 jH
tjH 0001 s i n]}()([{
tj
a etjttf
0
00 s i nc o s)(

故其解析信号为
)(2)( 0jF a而单边性。解析性边谱。的因果函数,是一个单为
.)()(
)(
)()()(
:.*
求出或可分别由证明该系统的冲激响应系统的特性为已知一连续因果


jBjA
th
jBjAjH
LTI

00)(, tth系统是因果的证明?
00)( tth
)(2)(2)(
)()();()(:
)()()(
ththth
jBthAth
ththth
oe
oe
oe



由前推出设
)]([2)(2)( 1?AFthth e
)]([2)(2)( 1?jBFthth o
.证明完毕伯特变换。实部和虚部都存在希尔单边函数?
)()(
)()(.
thH
HL T I
和冲激响应求系统频响特性的实部为系统频响特性已知因果

)()()()()(, AjBAH 已知设解




j
jH
dB
1
)(
1
)()(
1)(1
)(




)()( tuth
*已知如图所示系统,
积分器
j
A
延时 T
+
-
sr a d /102 2
ST?10?
)(,1
1.2
).(.1
th
th
s
ms
是否可测的脉冲信号发生器调到宽可以从若一台示波器和一台脉求此系统的冲激响应
)(]1[)(]1[)(
)1)(
11
(
1
)(:
)(
Ttue
A
tue
A
th
e
jj
A
j
A
j
e
jH
Ttt
Tj
Tj








.,10)(.2 故可近似测出的脉宽近似为因 sth?
p312.5-16
预习 5.4-5.5
2
s i n
2s i n
s i n
2
s i ns i n
1
c osc os
1
0
0
0
0
00
00







tdt
d
t
d
t
)s g n (2
2
,
2
)s g n (.5

jtj
t?
t
j
t
j
F


2
1
)][ s g n (
1
a
b
c
a.正常。
b.高频过重,低频不足。
c.低频过重,高频不足。
正常 失真