二维采样定理(最通俗易懂的采样定理说明-第2部分)(1)

本文中,我们将会讨论采样的起源。

离散时间

因为很多人都对离散时间模拟没有什么概念,所以大多数人都认为离散时间和数字采样是一回事儿。虽然也许您之前用过带有“斗链式储存区”延迟芯片的老式模拟延迟单块效果器,但离散时间可以追溯到更远的历史。因为于尼奎斯特,香农等人在这一领域的突出贡献,所以当我们谈到采样定理时,主要指的是离散时间信号,而不是特指数字信号。

离散时间理论起源于通信。如果在发送方和接收方之间同步一个整流器,并将时间分段以交错信息,则可以用一根线缆支持多个同时发送的电报消息——这就是所谓的时分多路转换(TDM)。之后被用在话音上,用TDM对一条线路上多个语音通话进行匹配,研究发现采样率必须在3500-4300赫兹左右才能获得满意的结果。

在电线上移动时,模拟信号本身是不会“离散的”—总是没有时间间隔地发送。但是信号信息是离散的,使得两者之间存在零发送,这就给TDM中的其他信号留下了交错的空间。

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以这种方式使模拟信号离散的最常见的方法是通过脉冲振幅调制(PAM)。这意味着我们用单位振幅的脉冲序列连续地乘以源信号。

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对模拟通信进行PAM的好处是我们可以交叉使用多个信号,而对于数字信号进行PAM的好处是我们不需要在样本之间存储“空白”(零)空间。 对于数字采样,我们只需测量PAM结果的每个脉冲的高度,并将其编码为一个数字。我们将脉冲幅度调制和编码组合的过程称为脉冲编码调制,也就是PCM。

真实的脉冲

有些人看到下图可能会想:“我之前看到的这个过程是一个阶梯波,跟图片中的波形完全不同。”实际上,我们在编码步骤中必须做的--快速精确地测量电压是件非常困难的事儿。 幸运的是,我们打算放弃PAM波形,只保留数字值。 我们不需要在脉冲之间保持空的空间,因为我们的目标不是时分多路复用模拟信号。 因此,我们对源信号执行“采样和保持”过程,在取样时为电容器充电,并将电压值拉长,这样就可以更从容地进行测量。

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这只会导致一个小的时间偏移,在功能上与瞬时采样相同。 如果您的样本值为0.73,则可将其视为高度为0.73单位的脉冲。

数字化模拟PAM信号的步骤引入量化,因此导致量化误差。但重要的是要明白,与混叠相关的问题不是数字域的属性 - 混叠是离散时间系统的属性,因此在模拟PAM信号中也是存在的。这就是为什么我们要走这个弯路——我相信我们可以用一种更简单的方式,从模拟的角度来解释混叠。

接下来:在第3部分中,我们将详细讲解PAM(以及PCM)过程添加了哪些频率成份,敬请关注。

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