1.8. Комплексное представление сигналов и помехРанее было изучено представление детерминированных сигналов рядами ортогональных функций. Такая модель оказывается особенно полезной при анализе прохождения сигналов через линейные радиотехнический устройства. Вместе с тем при анализе нелинейных преобразований сигналов и, в частности, модуляции и демодуляции, требуется иной подход. Этот подход основывается на понятии аналитического сигнала.
1.8.1. Понятие аналитического сигнала Многие формулы гармонического анализа записываются значительно проще и некоторые задачи решаются легче, если использовать в качестве элементарных функций не обычные действительные синусоиды, а экспоненциальные функции мнимого аргумента. Действительно, по формуле Эйлера [6, 21]:
Этой записи можно дать геометрическую трактовку, пользуясь представлением комплексных чисел в виде точек или векторов на плоскости. Выражение Изобразить синусоиду в форме (1.50), это значит представить ее суммой двух векторов, длина каждого из которых равна В момент При представлении косинусоиды в виде В этом случае нет необходимости вводить отрицательные частоты. Длина вектора представляет амплитуду косинусоиды, а угол, образуемый им в данный момент с действительной осью, - полную фазу Проекция этого вектора на мнимую ось равна Многие сигналы в системах электросвязи можно представлять в виде:
Рассмотрим отрезок сигнала на некотором интервале времени Его можно представить на этом интервале рядом Фурье в экспоненциальной форме [6, 21]:
Пользуясь геометрическим представлением синусоиды, можно представить сигнал
Векторы с индексами Поэтому предполагая среднее состояние сигнала нулевым (
Ряд в правой части (1.53) представляет собой комплексную функцию времени, которую обозначим
Исходный сигнал (1.51) является действительной частью аналитического сигнала. Учитывая выражение (1.19) для комплексных коэффициентов ряда Фурье получим:
что является обычным разложением сигнала в ряд Фурье в тригонометрической форме. Мнимая часть аналитического сигнала представляет собой некоторую функцию времени, однозначно определяемую исходным сигналом Ее обозначают
Отсюда видно, что сопряженный сигнал можно получить из исходного, повернув начальные фазы всех его составляющих на В соответствии с (1.54), (1.55) и (1.56) аналитический сигнал может быть выражен через реальный и сопряженный сигналы следующим образом:
В качестве примера рассмотрим гармоническое колебание:
Такой сигнал представляется только одним членом ряда Фурье, так как
Справедливость (1.60) и (1.61) вытекает из ортогональности функций В соответствии с (1.56), (1.60), (1.61) сопряженный сигнал:
Тогда аналитический сигнал
Точки, отображающие реальный и сопряженный сигналы (рис.1.28), совершают в данном случае гармонические колебания по оси абсцисс и ординат относительно точки 0 по законам, соответственно, косинуса и синуса. Длина вектора, соединяющего начало координат на рис.1.28 с точкой
Угол между вектором
В рассматриваемом случае для верхней полуплоскости получаем:
Таким образом, с течением времени точка, отображающая аналитический сигнал Для других сигналов, отличных от гармонических, точка
|