调变在时频分析的应用

✍ dations ◷ 2025-04-02 14:03:50 #信号处理

调变的功用在于将讯号移动至未使用的频带做传输使用,然而当讯号在传递时通常不会在每一个时间点都把带宽完全占据,造成某些时间点带宽使用上的浪费。运用时频分析可以了解任一时间点的讯号对于带宽使用的情形,故可以在一些未使用的时间频带加入新的传输讯号,使得带宽资源的运用更加完整。

用于了解一讯号的频谱随着时间的变化情形,常用的方法有短时距傅立叶变换(STFT)、韦格纳分布(WDF)、加伯转换等。例如有一讯号x(t)在0~10秒等于cos(2*pi*t),在10~20秒等于cos(6*pi*t),在20~30秒等于cos(4*pi*t),则时频分析的结果如图。(此为方波短时距傅立叶转换(rec-STFT)的结果)

即将频谱图进行平移,又分为沿着时间轴和沿着频率轴的移动

沿着时间轴移动时,时频图的值会多一个相位,但并不影响大小。
短时距傅立叶变换、加伯转换:

韦格纳分布:

沿着频率轴移动时,讯号会多一个相位。
短时距傅立叶变换、加伯转换:

韦格纳分布:

将时频图沿着时间轴和频率轴分别放大(a>1)或缩小(a<1)、缩小或放大。
短时距傅立叶变换、加伯转换:

韦格纳分布:

将时频图沿着时间轴或频率轴做线性位移。

乘以线性调频会产生频率的线性轴位移。
短时距傅立叶变换、加伯转换:

韦格纳分布:

和线性调频做卷积会产生时间轴的线性位移。
短时距傅立叶变换、加伯转换:

韦格纳分布:

将时频图对着原点旋转。

就是分数傅立叶转换

ϕ = 0.5 π {\displaystyle \phi =0.5\pi } 则此分数傅立叶转换会与傅立叶转换相等,即一信号做傅立叶转换可顺时钟旋转 0.5 π {\displaystyle 0.5\pi } ,且会有以下特性:
X ( f ) = F T ( x ( t ) ) {\displaystyle X(f)=FT(x(t))} ,则:短时距傅立叶变换:

加伯转换:

韦格纳分布:

若有一已知的频率为线性变化的信号

要将其摊平成一个水平且整齐的信号,则可做以下修剪。
短时距傅立叶变换、加伯转换:

韦格纳分布:

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