<р>
В современном быстро развивающемся цифровом мире особенно важны достижения в области обработки сигналов и коммуникационных технологий.
Ограничение полосы означает уменьшение энергии сигнала за пределами требуемого диапазона частот.
Этот процесс имеет решающее значение в различных приложениях, таких как контроль помех между сигналами радиочастотной связи и управление искажениями, вызванными наложением спектров, во время дискретизации при цифровой обработке сигналов.
Важность сигналов с ограниченным диапазоном частот
<р>
Строго говоря, так называемый сигнал с ограниченной полосой частот относится к сигналу с нулевой энергией вне определенного диапазона частот. Однако на практике сигнал также считается ограниченным по полосе частот, если его энергия за пределами определенного диапазона частот достаточно мала, чтобы ею можно было пренебречь. Эти сигналы могут быть случайными (случайные сигналы) или неслучайными (детерминированные сигналы).
Вообще говоря, представление непрерывного ряда Фурье требует бесконечных членов, но если из сигнала можно вычислить конечное число членов ряда Фурье, сигнал можно считать ограниченным по полосе пропускания.
Выборка сигналов с ограниченной полосой пропускания
<р>
Любой сигнал с ограниченной полосой пропускания может быть полностью восстановлен по его выборкам при условии, что частота дискретизации вдвое превышает полосу пропускания сигнала. Эта минимальная частота дискретизации, известная как частота Найквиста, является частью теоремы выборки Найквиста-Шеннона.
<р>
Реальные сигналы не полностью ограничены по полосе частот, и интересующий сигнал часто имеет дополнительную энергию, мешающую основной полосе частот. По этой причине во время обработки сигналов функции дискретизации, которые изменяют частоту дискретизации, и функции цифровой обработки сигналов часто требуют использования фильтров ограничения полосы для контроля искажений, вызванных наложением спектров. Конструкция этих полосоограничивающих фильтров требует большой осторожности, поскольку они изменяют амплитудные и фазовые характеристики сигнала в частотной области, а также влияют на его характеристики во временной области.
Взаимосвязь между ограничением полосы частот и ограничением времени
<р>
Интересно, что сигнал с ограниченной полосой пропускания не может быть одновременно ограничен по времени. Точнее, функция и ее преобразование Фурье могут иметь конечный носитель в обеих областях, только если она равна нулю. Этот факт можно доказать с помощью комплексного анализа и свойств преобразования Фурье. Если существует сигнал, который одновременно имеет конечную поддержку и ненулевой, согласно свойствам преобразования Фурье, будет обнаружено, что он должен иметь бесконечное количество нулевых точек в некоторых областях, что не может быть несовместимо с характеристиками времени. -ограниченные сигналы.
<р>
Более того, поскольку все практические сигналы ограничены по времени, это означает, что они не могут полностью достичь предела полосы. Следовательно, сигнал с ограниченной полосой пропускания — это идеализированная концепция, полезная для теоретических и аналитических целей. Несмотря на это, сигналы с ограниченной полосой частот все равно могут быть аппроксимированы с произвольной точностью.
Принцип неопределенности в квантовой механике
<р>
В квантовой механике связь между временем и частотой также образует математическую основу — принцип неопределенности. Этот принцип регулирует пределы одновременного разрешения по времени и частоте для любой реальной формы сигнала. В целом, это неравенство показывает, что пропускная способность и время имеют взаимодополняющую взаимосвязь, и это очень важно.
Математически принцип неопределенности принимает форму W_B T_D ≥ 1, где W_B — мера полосы пропускания, а T_D — мера времени.
<р>
Такое понимание взаимосвязи между частотой и временем, несомненно, углубило наше понимание обработки сигналов и технологий связи. Сегодня, с ростом развития различных технологий, ограничение полосы частот по-прежнему показывает свою незаменимую важность. Можем ли мы найти инновационные способы преодолеть ограничения полосы частот в постоянно развивающихся технологиях?