無失真傳輸系統


失真定義為訊號在透過系統傳輸時形狀的變化。因此,當系統的輸出是輸入訊號的精確複製時,訊號透過系統的傳輸被認為是無失真的。此複製品,即系統的輸出,可能具有不同的幅度,也可能具有不同的時間延遲。

輸出訊號幅度的恆定變化和恆定的時間延遲不被視為失真。只有訊號形狀的變化才被認為是失真。

數學上,如果系統的輸出為,則訊號𝑥(𝑡)的傳輸被認為是無失真傳輸。

$$\mathrm{y(t)=kx(t-t_{d})\; \; \cdot \cdot \cdot (1)}$$

其中,

  • 常數k表示幅度的變化,無論是放大還是衰減。

  • 𝑡𝑑是延遲時間。

無失真系統的框圖以及典型的輸入和輸出波形如圖1所示。

現在,對等式(1)兩邊進行傅立葉變換,並使用傅立葉變換的移位特性,我們得到,

$$\mathrm{Y(\omega )=ke^{-j\omega t_{d}}X\left ( \omega \right )}$$

因此,無失真傳輸系統的傳遞函式由下式給出,

$$\mathrm{H(\omega )=\frac{Y\left ( \omega \right )}{X\left ( \omega \right )}=ke^{-j\omega t_{d}}\; \; \cdot \cdot \cdot (2)}$$

現在,對等式(2)進行傅立葉逆變換,得到系統對應的衝激響應,

$$\mathrm{h(t)=k\delta (t-t_{d})\: \: \cdot \cdot \cdot (3)}$$

傳遞函式的幅度為,

$$\mathrm{\left | H(\omega ) \right |=k}$$

對於所有𝜔值,它都是常數。

傳遞函式的相移為,

$$\mathrm{\theta \left ( \omega \right )=\angle H(\omega )=-\omega t_{d}}$$

一般情況下,相移為,

$$\mathrm{\theta \left ( \omega \right )=n\pi -\omega t_{d};\; \; \left ( n\: is\:an\:integer \right )}$$

並且它隨頻率線性變化。圖2顯示了無失真傳輸系統的幅度和相位特性。

因此,為了使訊號透過系統進行無失真傳輸,系統傳遞函式的幅度|𝐻(𝜔)|應為常數,即輸入訊號必須對所有頻率分量進行相同的放大或衰減。因此,為了實現系統的無失真傳輸,系統的頻寬是無限的,並且相位譜應與頻率成正比。然而,在實踐中,不存在頻寬無限的系統,因此無失真傳輸的條件永遠不會完全滿足。

更新時間: 2021年12月15日

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