採樣定理

採樣定理

採樣定理,又稱香農採樣定理,奈奎斯特採樣定理,是資訊理論,特別是通訊與信號處理學科中的一個重要基本結論。E.T.Whittaker(1915年發表的統計理論),克勞德·香農與HarryNyquist都對它作出了重要貢獻。原理為在進行模擬/數位訊號的轉換過程中,當採樣頻率fs.max大於信號中最高頻率fmax的2倍時(fs.max>2fmax),採樣之後的數位訊號完整地保留了原始信號中的信息,一般實際套用中保證採樣頻率為信號最高頻率的5~10倍。

正文

採樣過程所應遵循的規律,又稱取樣定理、抽樣定理。採樣定理說明採樣頻率與信號頻譜之間的關係,是連續信號離散化的基本依據。採樣定理是1928年由美國電信工程師H.奈奎斯特首先提出來的,因此稱為奈奎斯特採樣定理。1933年由蘇聯工程師科捷利尼科夫首次用公式嚴格地表述這一定理,因此在蘇聯文獻中稱為科捷利尼科夫採樣定理。1948年資訊理論的創始人C.E.香農對這一定理加以明確地說明並正式作為定理引用,因此在許多文獻中又稱為香農採樣定理。採樣定理有許多表述形式,但最基本的表述方式是時域採樣定理和頻域採樣定理。採樣定理在數字式遙測系統、時分制遙測系統、信息處理、數字通信和採樣控制理論等領域得到廣泛的套用。

時域採樣定理頻帶為

的連續信號

(

)可用一系列離散的採樣值

(

),

(

±Δ

),

(

±2Δ

),...來表示,只要這些採樣點的時間間隔Δ

≤1/2

,便可根據各採樣值完全恢復原來的信號

(

)。

採樣定理採樣定理

時域採樣定理的另一種表述方式是:當時間信號函式

(

)的最高頻率分量為

時,

(

)的值可由一系列採樣間隔小於或等於1/2

的採樣值來確定,即採樣點的重複頻率

≥2

。圖為模擬信號和採樣樣本的示意圖。

時域採樣定理是採樣誤差理論、隨機變數採樣理論和多變數採樣理論的基礎。

頻域採樣定理對於時間上受限制的連續信號

(

)(即當│

│>

時,

(

)=0,這裡

=

-

是信號的持續時間),若其頻譜為

),則可在頻域上用一系列離散的採樣值

採樣定理採樣定理

來表示,只要這些採樣點的頻率間隔

採樣定理採樣定理

相關公式

採樣定理採樣定理

理想低通信道的最高碼元傳輸速率B=2W Baud (其中W是頻寬)

理想信道的極限信息速率(信道容量)。

採樣定理採樣定理

( bps )

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