Операции со спектральной плотностью
Лекция 11. Дискретные сигналы
1. Описание дискретных сигналов в z-области.
2. Описание дискретных сигналов в частотной области.
3. Основные свойства спектральной плотности.
4. Связь спектральных плотностей дискретного и аналогового сигналов.
5. Операции со спектральной плотностью:
· сдвиг;
· инверсия;
· формирование сигнала с ОБП.
11.1. Описание дискретных сигналов в z-области
В z-области дискретный сигнал описывается своим …
. (11.1)
Описание дискретных сигналов в частотной области
В частотной области дискретный сигнал описывается своим …
, (11.2)
называемым спектральной плотностью (СП).
В шкале дискретного нормированного времени и нормированной частоты:
. (11.3)
Спектральная плотность связанна с z-изображением соотношением:
(11.4)
11.3. Основные свойства спектральной плотности:
1.СП
– непрерывная функция частоты.
2.СП
– периодическая функция частоты с периодом в шкалах частот
,
и
.
Доказательство:
3.Свойство линейности СП:


Доказательство следует из …
4.Для вещественного дискретного сигнала модуль СП – четная, а аргумент –нечетная функция частоты.
Доказательство.
5.Модуль (и аргумент) СП вещественного дискретного сигнала рассматривают в основной полосе частот
, а комплексного – на периоде
.
Запишите соответствие в шкалах
и
:
Поясните, почему это так для модуля СП.
6.Равенство Парсеваля (пояснить смысл, обратить внимание на пределы суммирования):
. (11.5)
В (11.5) устанавливается равенство между…
Пределы интегрирования в (11.5) не бесконечные, т.к. СП рассматривается на интервале …
7.Сдвиг СП:
Сдвиг СП вправо реализуется умножением исходной последовательности на экспоненту
:
;
. (11.6)
Доказательство:
Сдвиг СП влево реализуется умножением исходной последовательности на экспоненту…
. (11.7)
8.Сдвиг (задержка) дискретного сигнала:
Дискретному сигналу, задержанному на m отчетов, соответствует умножение СП на экспоненту
, т. е. к изменению… СП:

. (11.8)
Доказательство:
Связь спектральных плотностей дискретного и аналогового сигналов
Если дискретный сигнал
получен в результате дискретизации аналогового сигнала
, то связь между их СП-ми будет иметь вид:
. (11.9)
Спектральная плотность дискретного сигнала равна…
Связь (11.9) иллюстрируется на рис. 11.1.
Выводы:
1. Точное восстановление аналогового сигнала возможно при 
2. При
наблюдается …
Рис. 11.1 иллюстрирует теорему…

Рис. 11.1. Связь СП дискретного и аналоговых сигналов: модуль финитная СП финитного сигнала (а); модуль СП дискретного сигнала при:
(б);
(в);
(г)
Операции со спектральной плотностью
Сдвиг СП – см. свойство 6.
Инверсия СП вещественного сигнала (рис. 11.2)
В результате инверсии любая спектральная составляющая
модуля СП оказывается на противоположной частоте:
.
При инверсии СП вещественного сигнала должны обеспечить:
. (11.10)

Рис. 11.2. Инверсия СП
Инверсную СП можно получить посредством…

Инверсная СП:

Модули СП
и
вещественного сигнала … , а аргументы… , т.к.
Сдвиг СП вправо реализуется посредством…

т.е.

Рис. 11.3. Алгоритм реализации инверсии СП
Формирование сигнала с ОБП (рис. 11.4)

Рис. 11.4. Формирование сигнала с ОБП
Последовательность действий (алгоритм) формирования сигнала с ОБП
На рис. 11.4 , а – СП вещественного сигнала с двумя БП. Будем выделять правую полосу.
1.Сдвиг СП влево на частоту
– рис. 11.4 , а:
. (11.11)
Реализация сдвига влево (рис. 11.5):
.
2.Фильтрация комплексного сигнала
с помощью комплексного ФНЧ (КФНЧ).
КФНЧ представляет собой…
На рис. 11.4, в представлено условное изображение АЧХ КФНЧ.
На рис. 11.4, г – СП
на выходе КФНЧ
На рис. 11.5 – … сигнал
на выходе КФНЧ.
3.Сдвиг СП
на частоту
вправо – рис. 11.4, д.
Реализация сдвига вправо (рис. 11.5):
.

Рис. 11.5. Алгоритм формирования сигнала с ОБП