PS Moduł 2: Różnice pomiędzy wersjami

Z Studia Informatyczne
Przejdź do nawigacjiPrzejdź do wyszukiwania
Daniel-PW (dyskusja | edycje)
Nie podano opisu zmian
m Zastępowanie tekstu – „,</math>” na „</math>,”
Linia 4: Linia 4:
*Ujęcie sygnałów w kategoriach przestrzeni funkcyjnych ma wiele zalet, m.in. umożliwia:  
*Ujęcie sygnałów w kategoriach przestrzeni funkcyjnych ma wiele zalet, m.in. umożliwia:  
**przeniesienie na grunt teorii sygnałów dobrze rozwiniętych metod analizy matematycznej,
**przeniesienie na grunt teorii sygnałów dobrze rozwiniętych metod analizy matematycznej,
**formalne określenie miary odległości sygnałów w danej przestrzeni (analogicznej do odległości euklidesowskiej w zwykłej <math>n\,</math> -wymiarowej przestrzeni wektorowej <math>\Box^n\,</math> ),
**formalne określenie miary odległości sygnałów w danej przestrzeni (analogicznej do odległości euklidesowskiej w zwykłej <math>n\</math>, -wymiarowej przestrzeni wektorowej <math>\Box^n\</math>, ),
**wyodrębnienie w danej przestrzeni zbioru pewnych standardowych sygnałów spełniających funkcję ''sygnałów bazowych'' (analogiczną do tej jaką pełnią wersory osi w przestrzeni <math>\Box^n\,</math> ),
**wyodrębnienie w danej przestrzeni zbioru pewnych standardowych sygnałów spełniających funkcję ''sygnałów bazowych'' (analogiczną do tej jaką pełnią wersory osi w przestrzeni <math>\Box^n\</math>, ),
**reprezentację sygnału w danej przestrzeni zbiorem współczynników (nieskończonym w przypadku przestrzeni ''nieskończenie wymiarowych'' i skończonym w przypadku ''przestrzeni skończenie wymiarowych'') rozkładu tego sygnału na sygnały bazowe (analogiczną do reprezentacji każdego wektora w przestrzeni <math>\Box^n\,</math> jako kombinacji liniowej wersorów),
**reprezentację sygnału w danej przestrzeni zbiorem współczynników (nieskończonym w przypadku przestrzeni ''nieskończenie wymiarowych'' i skończonym w przypadku ''przestrzeni skończenie wymiarowych'') rozkładu tego sygnału na sygnały bazowe (analogiczną do reprezentacji każdego wektora w przestrzeni <math>\Box^n\</math>, jako kombinacji liniowej wersorów),
**określenie kąta między sygnałami, w szczególności rozstrzyganie ich ortogonalności (analogicznie jak na podstawie iloczynu skalarnego można wnioskować o prostopadłości wektorów w przestrzeni <math>\Box^n\,</math> ).  
**określenie kąta między sygnałami, w szczególności rozstrzyganie ich ortogonalności (analogicznie jak na podstawie iloczynu skalarnego można wnioskować o prostopadłości wektorów w przestrzeni <math>\Box^n\</math>, ).  
*Korzystanie z analogii między dobrze znaną zwykłą przestrzenią wektorową  <math>\Box^n\,</math> (aczkolwiek jest to skończenie wymiarowa przestrzeń Hilberta) a przestrzeniami sygnałowymi Hilberta (które najczęściej, choć nie zawsze, są przestrzeniami nieskończenie wymiarowymi) znakomicie ułatwia zrozumienie pojęć tej części wykładu. Z uwagi na tę analogię metody analizy i syntezy sygnałów oparte na ich reprezentacjach w przestrzeniach Hilberta noszą nazwę ''metod geometrycznych''.
*Korzystanie z analogii między dobrze znaną zwykłą przestrzenią wektorową  <math>\Box^n\</math>, (aczkolwiek jest to skończenie wymiarowa przestrzeń Hilberta) a przestrzeniami sygnałowymi Hilberta (które najczęściej, choć nie zawsze, są przestrzeniami nieskończenie wymiarowymi) znakomicie ułatwia zrozumienie pojęć tej części wykładu. Z uwagi na tę analogię metody analizy i syntezy sygnałów oparte na ich reprezentacjach w przestrzeniach Hilberta noszą nazwę ''metod geometrycznych''.




Linia 20: Linia 20:
|valign="top"|
|valign="top"|
*Ponieważ baza przestrzeni (2.1) zawiera tylko dwa elementy, zatem przestrzeń ta jest dwuwymiarowa.
*Ponieważ baza przestrzeni (2.1) zawiera tylko dwa elementy, zatem przestrzeń ta jest dwuwymiarowa.
*W przypadku przestrzeni <math>{L^2}_{T_0}\,</math>  baza składa się z nieskończonej (przeliczalnej) liczby elementów. Jest to zatem przestrzeń nieskończenie wymiarowa.
*W przypadku przestrzeni <math>{L^2}_{T_0}\</math>, baza składa się z nieskończonej (przeliczalnej) liczby elementów. Jest to zatem przestrzeń nieskończenie wymiarowa.


|}
|}
Linia 29: Linia 29:
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd3.png|thumb|500px]]
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd3.png|thumb|500px]]
|valign="top"|
|valign="top"|
*W systemie czterowartościowej modulacji cyfrowej QPSK informacja jest transmitowana w postaci ciągu prostokątnych impulsów radiowych o jednakowym czasie trwania <math>T\,</math>  , jednakowej częstotliwości <math>f_0=1/T\,</math>  i amplitudzie <math>A\,</math>  oraz różnych losowych fazach. W każdym przedziale czasu o długości <math>T\,</math>  transmitowany jest jeden z impulsów <math>s_1(t),\, s_2(t),\, s_3(t),\,</math>  lub <math>s_4(t)\,</math> .
*W systemie czterowartościowej modulacji cyfrowej QPSK informacja jest transmitowana w postaci ciągu prostokątnych impulsów radiowych o jednakowym czasie trwania <math>T\</math>, , jednakowej częstotliwości <math>f_0=1/T\</math>, i amplitudzie <math>A\</math>, oraz różnych losowych fazach. W każdym przedziale czasu o długości <math>T\</math>, transmitowany jest jeden z impulsów <math>s_1(t),\, s_2(t),\, s_3(t),\</math>, lub <math>s_4(t)\</math>, .
*Informacja jest zakodowana w fazie, przy czym cztery możliwe wartości fazy odpowiadają transmitowanym dwubitom: „10”, „00”, „01” oraz „11”. Z reguły <math>T_0\, \Box\, T\,</math> , a ponadto <math>T/T_0\,</math>  jest liczbą całkowitą, tzn. na przedział  <math>T\,</math>  przypada całkowita liczba okresów fali harmonicznej.
*Informacja jest zakodowana w fazie, przy czym cztery możliwe wartości fazy odpowiadają transmitowanym dwubitom: „10”, „00”, „01” oraz „11”. Z reguły <math>T_0\, \Box\, T\</math>, , a ponadto <math>T/T_0\</math>, jest liczbą całkowitą, tzn. na przedział  <math>T\</math>, przypada całkowita liczba okresów fali harmonicznej.


|}
|}
Linia 39: Linia 39:
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd4.png|thumb|500px]]
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd4.png|thumb|500px]]
|valign="top"|
|valign="top"|
*Korzystając z elementarnych tożsamości trygonometrycznych sygnały QPSK można doprowadzić do postaci (2.1). Otrzymane współczynniki <math>a\,</math>  i <math>b\,</math>  przy składowych bazowych  <math>cos\, 2\pi f_0 t\,</math>  i <math>sin\, 2\pi f_0 t\,</math>  są zarazem współrzędnymi wektorów reprezentujących sygnały QPSK.
*Korzystając z elementarnych tożsamości trygonometrycznych sygnały QPSK można doprowadzić do postaci (2.1). Otrzymane współczynniki <math>a\</math>, i <math>b\</math>, przy składowych bazowych  <math>cos\, 2\pi f_0 t\</math>, i <math>sin\, 2\pi f_0 t\</math>,   są zarazem współrzędnymi wektorów reprezentujących sygnały QPSK.


|}
|}
Linia 50: Linia 50:
*Pojęcie przestrzeni metrycznej jest podstawowym pojęciem analizy funkcjonalnej.
*Pojęcie przestrzeni metrycznej jest podstawowym pojęciem analizy funkcjonalnej.
*W danym zbiorze można określić więcej niż jedną metrykę. Ten sam zbiór z dwiema różnymi metrykami stanowi dwie różne przestrzenie metryczne.
*W danym zbiorze można określić więcej niż jedną metrykę. Ten sam zbiór z dwiema różnymi metrykami stanowi dwie różne przestrzenie metryczne.
*Dla prostoty zapisu w definicjach metryk przestrzeni <math>L^2(0,\, T)\,</math> i <math>{L^2}_{T_0}\,</math>  opuszczony został argument  <math>t\,</math>  w zapisach sygnałów.
*Dla prostoty zapisu w definicjach metryk przestrzeni <math>L^2(0,\, T)\</math>, i <math>{L^2}_{T_0}\</math>, opuszczony został argument  <math>t\</math>,   w zapisach sygnałów.
*Analogicznie można zdefiniować przestrzenie metryczne <math>L^2(0,\, \infty)\,</math>  oraz  <math>L^2(-\infty,\, \infty)\,</math> sygnałów o ograniczonej energii określonych w przedziale  <math>[0,\, \infty)\,</math>  i odpowiednio  <math>(-\infty,\, \infty)\,</math> , zmieniając w definicji metryki granice całkowania.
*Analogicznie można zdefiniować przestrzenie metryczne <math>L^2(0,\, \infty)\</math>, oraz  <math>L^2(-\infty,\, \infty)\</math>, sygnałów o ograniczonej energii określonych w przedziale  <math>[0,\, \infty)\</math>, i odpowiednio  <math>(-\infty,\, \infty)\</math>, , zmieniając w definicji metryki granice całkowania.


|}
|}
Linia 60: Linia 60:
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd6.png|thumb|500px]]
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd6.png|thumb|500px]]
|valign="top"|
|valign="top"|
*Metryka opisuje właściwości geometryczne zbioru <math>X\,</math>  . W przestrzeni liniowej są natomiast określone dodatkowo operacje na jej elementach, a przez to konkretna struktura algebraiczna.
*Metryka opisuje właściwości geometryczne zbioru <math>X\</math>, . W przestrzeni liniowej są natomiast określone dodatkowo operacje na jej elementach, a przez to konkretna struktura algebraiczna.
*W zastosowaniach teorii sygnałów ciałem <math>F\,</math>  jest zwykle albo zbiór liczb rzeczywistych <math>\Box\,</math>  albo zespolonych  <math>\Box\,</math>  (zakładamy tu, że pojęcie ciała jest znane).
*W zastosowaniach teorii sygnałów ciałem <math>F\</math>,   jest zwykle albo zbiór liczb rzeczywistych <math>\Box\</math>,   albo zespolonych  <math>\Box\</math>, (zakładamy tu, że pojęcie ciała jest znane).
*W zapisie aksjomatów 1-6 pomijany jest dla prostoty znak operacji mnożenia <math>"\cdot"\,</math>.
*W zapisie aksjomatów 1-6 pomijany jest dla prostoty znak operacji mnożenia <math>"\cdot"\</math>,.
*Z aksjomatów przestrzeni liniowej wynikają następujące oczywiste właściwości:  
*Z aksjomatów przestrzeni liniowej wynikają następujące oczywiste właściwości:  
**<math>x+\varnothing=x</math> ,
**<math>x+\varnothing=x</math> ,
Linia 75: Linia 75:
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd7.png|thumb|500px]]
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd7.png|thumb|500px]]
|valign="top"|
|valign="top"|
*W przestrzeni <math>\Box^n\,</math>  norma <math>||x||\,</math>  wektora  <math>x\,</math>  jest zarazem jego długością. Z tego względu w odniesieniu do przestrzeni sygnałowych norma sygnału jest nazywana niekiedy jego „długością”.
*W przestrzeni <math>\Box^n\</math>, norma <math>||x||\</math>, wektora  <math>x\</math>, jest zarazem jego długością. Z tego względu w odniesieniu do przestrzeni sygnałowych norma sygnału jest nazywana niekiedy jego „długością”.
*Dwa elementy <math>x,\, y\,</math>  przestrzeni liniowej unormowanej są równe wtedy i tylko wtedy, kiedy  <math>||x-y)||=0</math> , tj. kiedy element różnicowy jest elementem zerowym. Mówimy wówczas o równości elementów sensie normy.
*Dwa elementy <math>x,\, y\</math>, przestrzeni liniowej unormowanej są równe wtedy i tylko wtedy, kiedy  <math>||x-y)||=0</math> , tj. kiedy element różnicowy jest elementem zerowym. Mówimy wówczas o równości elementów sensie normy.
*Przestrzeń metryczną <math>(X,\, \rho)\,</math>  nazywamy przestrzenią zupełną, jeśli każdy ciąg Cauchy’ego (por. [1], def. 2.12) jej elementów jest zbieżny w sensie metryki do pewnej granicy i granica ta jest elementem przestrzeni.
*Przestrzeń metryczną <math>(X,\, \rho)\</math>,   nazywamy przestrzenią zupełną, jeśli każdy ciąg Cauchy’ego (por. [1], def. 2.12) jej elementów jest zbieżny w sensie metryki do pewnej granicy i granica ta jest elementem przestrzeni.


|}
|}
Linia 86: Linia 86:
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd8.png|thumb|500px]]
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd8.png|thumb|500px]]
|valign="top"|
|valign="top"|
*Definiując iloczyn skalarny przyjęliśmy od razu, że przestrzeń liniowa może być zespolona. Dlatego w aksjomacie 1 występuje symbol sprzężenia  <math>"\, *\,"\,</math>.
*Definiując iloczyn skalarny przyjęliśmy od razu, że przestrzeń liniowa może być zespolona. Dlatego w aksjomacie 1 występuje symbol sprzężenia  <math>"\, *\,"\</math>,.
*W przestrzeni Banacha określona jest odległość między jej elementami. W przestrzeni Hilberta jest natomiast określony dodatkowo „kąt” między nimi.
*W przestrzeni Banacha określona jest odległość między jej elementami. W przestrzeni Hilberta jest natomiast określony dodatkowo „kąt” między nimi.
*Określenie iloczynu skalarnego w danej przestrzeni umożliwia wprowadzenie bardzo ważnego pojęcia ortogonalności sygnałów (odpowiednika prostopadłości wektorów w przestrzeni  ). Dla ortogonalnych sygnałów  spełniona jest (uogólniona) równość Pitagorasa:  <math>||x+y)||^2=||x||^2+||y||^2</math>
*Określenie iloczynu skalarnego w danej przestrzeni umożliwia wprowadzenie bardzo ważnego pojęcia ortogonalności sygnałów (odpowiednika prostopadłości wektorów w przestrzeni  ). Dla ortogonalnych sygnałów  spełniona jest (uogólniona) równość Pitagorasa:  <math>||x+y)||^2=||x||^2+||y||^2</math>
Linia 97: Linia 97:
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd9.png|thumb|500px]]
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd9.png|thumb|500px]]
|valign="top"|
|valign="top"|
*Przestrzeniami Hilberta są także przestrzenie <math>L^2(0,\, \infty)\,</math>  oraz <math>L^2(-\infty,\, \infty)\,</math>  .
*Przestrzeniami Hilberta są także przestrzenie <math>L^2(0,\, \infty)\</math>, oraz <math>L^2(-\infty,\, \infty)\</math>, .
*W przestrzeni sygnałów nieokresowych o ograniczonej mocy nie można w ogólnym przypadku wprowadzić iloczynu skalarnego. Dla przestrzeni tej można natomiast zdefiniować pseudoiloczyn skalarny o zbliżonych właściwościach formalnych.  
*W przestrzeni sygnałów nieokresowych o ograniczonej mocy nie można w ogólnym przypadku wprowadzić iloczynu skalarnego. Dla przestrzeni tej można natomiast zdefiniować pseudoiloczyn skalarny o zbliżonych właściwościach formalnych.  
*Przestrzeniami Hilberta są oczywiście również zbiory wszystkich sygnałów dyskretnych o ograniczonej energii określonych dla <math>n\epsilon\Box\,</math>  oraz dla <math>n\epsilon [n_1,\, n_2]\,</math> . W tym ostatnim przypadku przestrzeń jest tożsama ze zwykłą przestrzenią wektorową o wymiarze <math>n_2-n_1+1\,</math> .
*Przestrzeniami Hilberta są oczywiście również zbiory wszystkich sygnałów dyskretnych o ograniczonej energii określonych dla <math>n\epsilon\Box\</math>, oraz dla <math>n\epsilon [n_1,\, n_2]\</math>, . W tym ostatnim przypadku przestrzeń jest tożsama ze zwykłą przestrzenią wektorową o wymiarze <math>n_2-n_1+1\</math>, .


|}
|}
Linia 108: Linia 108:
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd10.png|thumb|500px]]
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd10.png|thumb|500px]]
|valign="top"|
|valign="top"|
*Baza <math>\left \{x_k :\, k\epsilon K\right \}</math>  danej przestrzeni może być skończona, gdy zbiór  indeksów <math>K\,</math>  jest skończony, lub nieskończona, gdy zbiór <math>K\,</math>  jest przeliczalny (z reguły równy  <math>\Box\cup\left \{0\right \}</math> lub <math>\Box\,</math> )
*Baza <math>\left \{x_k :\, k\epsilon K\right \}</math>  danej przestrzeni może być skończona, gdy zbiór  indeksów <math>K\</math>, jest skończony, lub nieskończona, gdy zbiór <math>K\</math>, jest przeliczalny (z reguły równy  <math>\Box\cup\left \{0\right \}</math> lub <math>\Box\</math>, )
*Przestrzeń rozpięta na bazie danej przestrzeni może być identyczna z tą przestrzenią lub być jej podprzestrzenią.
*Przestrzeń rozpięta na bazie danej przestrzeni może być identyczna z tą przestrzenią lub być jej podprzestrzenią.
*Nie w każdej przestrzeni Hilberta istnieje baza ortogonalna. Przestrzeń Hilberta, w której można wyróżnić taką bazę nosi nazwę ''ośrodkowej przestrzeni'' Hilberta.  W ogólnym przypadku w danej przestrzeni Hilberta może istnieć więcej niż jedna baza ortogonalna.
*Nie w każdej przestrzeni Hilberta istnieje baza ortogonalna. Przestrzeń Hilberta, w której można wyróżnić taką bazę nosi nazwę ''ośrodkowej przestrzeni'' Hilberta.  W ogólnym przypadku w danej przestrzeni Hilberta może istnieć więcej niż jedna baza ortogonalna.
Linia 121: Linia 121:
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd11.png|thumb|500px]]
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd11.png|thumb|500px]]
|valign="top"|
|valign="top"|
*Wzór (2.9) opisuje rozwinięcie sygnału <math>x\,</math>  w uogólniony szereg Fouriera określony w danej ośrodkowej przestrzeni Hilberta względem bazy ortonormalnej <math>\left \{x_k :\, k\epsilon K\right \}</math> , zaś zbiór <math>\left \{a_k :\, k\epsilon K\right \}</math>  współczynników tego rozwinięcia stanowi jednoznaczną reprezentację tego sygnału określoną względem tej bazy.
*Wzór (2.9) opisuje rozwinięcie sygnału <math>x\</math>, w uogólniony szereg Fouriera określony w danej ośrodkowej przestrzeni Hilberta względem bazy ortonormalnej <math>\left \{x_k :\, k\epsilon K\right \}</math> , zaś zbiór <math>\left \{a_k :\, k\epsilon K\right \}</math>  współczynników tego rozwinięcia stanowi jednoznaczną reprezentację tego sygnału określoną względem tej bazy.
*Wzór (2.10) na współczynniki szeregu (2.9) można otrzymać obliczając iloczyny skalarne tego szeregu z sygnałami bazowymi <math>x_k\,</math>  i uwzględniając przy tym ich ortogonalność:
*Wzór (2.10) na współczynniki szeregu (2.9) można otrzymać obliczając iloczyny skalarne tego szeregu z sygnałami bazowymi <math>x_k\</math>, i uwzględniając przy tym ich ortogonalność:


<math>(x, x_k)=\left(\sum_{l\epsilon K} \alpha_l x_l, x_k \right)=\sum_{l\epsilon K} \alpha_l( x_l, x_k)= \begin{cases}0 & dla\, l\neq k \\ \alpha_k & dla\, l=k \end{cases}</math>
<math>(x, x_k)=\left(\sum_{l\epsilon K} \alpha_l x_l, x_k \right)=\sum_{l\epsilon K} \alpha_l( x_l, x_k)= \begin{cases}0 & dla\, l\neq k \\ \alpha_k & dla\, l=k \end{cases}</math>
Linia 136: Linia 136:
|valign="top"|
|valign="top"|
*W niektórych przypadkach rozwinięcie (2.11) w uogólniony szereg Fouriera względem bazy ortogonalnej ma prostszą postać niż rozwinięcie (2.9) względem odpowiadającej jej bazy ortonormalnej.
*W niektórych przypadkach rozwinięcie (2.11) w uogólniony szereg Fouriera względem bazy ortogonalnej ma prostszą postać niż rozwinięcie (2.9) względem odpowiadającej jej bazy ortonormalnej.
*Odwzorowanie  <math>\chi :\, X\to l^2\,</math> jest liniowe, a ponadto zachowuje normę, tzn. odpowiednie normy w przestrzeniach <math>X\,</math>  i <math>l^2\,</math>  są sobie równe. O odwzorowaniu takim mówimy , że jest izometryczne. Odwzorowanie to zachowuje  także iloczyn skalarny.
*Odwzorowanie  <math>\chi :\, X\to l^2\</math>, jest liniowe, a ponadto zachowuje normę, tzn. odpowiednie normy w przestrzeniach <math>X\</math>, i <math>l^2\</math>, są sobie równe. O odwzorowaniu takim mówimy , że jest izometryczne. Odwzorowanie to zachowuje  także iloczyn skalarny.


|}
|}
Linia 145: Linia 145:
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd13.png|thumb|500px]]
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd13.png|thumb|500px]]
|valign="top"|
|valign="top"|
*W praktyce zachodzi konieczność ograniczenia reprezentacji danego sygnału do skończonej sumy <math>N\,</math> początkowych wyrazów uogólnionego szeregu Fouriera. Suma (2.12) przybliża wówczas sygnał jedynie z pewną dokładnością.  
*W praktyce zachodzi konieczność ograniczenia reprezentacji danego sygnału do skończonej sumy <math>N\</math>, początkowych wyrazów uogólnionego szeregu Fouriera. Suma (2.12) przybliża wówczas sygnał jedynie z pewną dokładnością.  
*Błąd przybliżenia jest różnicą sygnału <math>x\,</math> i szeregu aproksy¬mującego (2.12), zaś za miarę tego błędu przyjmujemy normę sygnału błędu w danej przestrzeni. Miara ta jest najmniejsza ze względu na dobór współczynników sumy (2.12). Oznacza to, że wybór jakichkolwiek innych współczynników <math>\beta_k\,</math> różnych od współczynników Fouriera <math>\alpha_k\,</math> określonych wzorem (2.10) prowadzi do zwiększenia miary błędu. Można pokazać, że miarę tę da się wyrazić przez normę sygnału i pierwsze <math>N\,</math>  współczynniki Fouriera.  
*Błąd przybliżenia jest różnicą sygnału <math>x\</math>, i szeregu aproksy¬mującego (2.12), zaś za miarę tego błędu przyjmujemy normę sygnału błędu w danej przestrzeni. Miara ta jest najmniejsza ze względu na dobór współczynników sumy (2.12). Oznacza to, że wybór jakichkolwiek innych współczynników <math>\beta_k\</math>, różnych od współczynników Fouriera <math>\alpha_k\</math>, określonych wzorem (2.10) prowadzi do zwiększenia miary błędu. Można pokazać, że miarę tę da się wyrazić przez normę sygnału i pierwsze <math>N\</math>, współczynniki Fouriera.  
*Twierdzenie Parsevala (2.14) orzeka, że normę sygnału  można wyrazić przez współczynniki jego rozwinięcia w uogólniony szereg Fouriera. Z połączenia wzorów (2.13) i (2.14) wynika, że miara błędu aproksymacji jest określona przez współczynniki Fouriera nie uwzględnione w szeregu aproksymującym.  
*Twierdzenie Parsevala (2.14) orzeka, że normę sygnału  można wyrazić przez współczynniki jego rozwinięcia w uogólniony szereg Fouriera. Z połączenia wzorów (2.13) i (2.14) wynika, że miara błędu aproksymacji jest określona przez współczynniki Fouriera nie uwzględnione w szeregu aproksymującym.  


Linia 156: Linia 156:
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd14.png|thumb|500px]]
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd14.png|thumb|500px]]
|valign="top"|
|valign="top"|
*Na wyjściach integratorów układu z rys. 2.1 otrzymujemy w chwili <math>T\,</math>  sygnały o wartościach równych współczynnikom Fouriera <math>\alpha_k\,</math> . W praktyce możemy oczywiście zastosować skończoną liczbę generatorów sygnałów bazowych, zatem układ realizuje w istocie rzeczy optymalną aproksymację sygnału <math>x(t)\,</math>  skończonym ortonormalnym szeregiem Fouriera.
*Na wyjściach integratorów układu z rys. 2.1 otrzymujemy w chwili <math>T\</math>, sygnały o wartościach równych współczynnikom Fouriera <math>\alpha_k\</math>, . W praktyce możemy oczywiście zastosować skończoną liczbę generatorów sygnałów bazowych, zatem układ realizuje w istocie rzeczy optymalną aproksymację sygnału <math>x(t)\</math>, skończonym ortonormalnym szeregiem Fouriera.


|}
|}
Linia 165: Linia 165:
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd15.png|thumb|500px]]
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd15.png|thumb|500px]]
|valign="top"|
|valign="top"|
*Układowe wyznaczanie iloczynów skalarnych sygnału  <math>x(t)\,</math> z funkcjami Haara jest szczególnie proste. Mnożenie można zrealizować za pomocą układów kluczujących, zmieniając polaryzację sygnałów w odpowiednich chwilach.
*Układowe wyznaczanie iloczynów skalarnych sygnału  <math>x(t)\</math>, z funkcjami Haara jest szczególnie proste. Mnożenie można zrealizować za pomocą układów kluczujących, zmieniając polaryzację sygnałów w odpowiednich chwilach.


|}
|}
Linia 184: Linia 184:
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd17.png|thumb|500px]]
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd17.png|thumb|500px]]
|valign="top"|  
|valign="top"|  
*Funkcje Walsha są funkcjami binarnymi przybierającymi dwie wartości <math>+1\,</math>  lub <math>-1\,</math>  .
*Funkcje Walsha są funkcjami binarnymi przybierającymi dwie wartości <math>+1\</math>, lub <math>-1\</math>, .


|}
|}
Linia 202: Linia 202:
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd19.png|thumb|500px]]
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd19.png|thumb|500px]]
|valign="top"|
|valign="top"|
*Podobnie jak funkcje Haara funkcje Walsha można uporządkować według jednego wskaźnika <math>k\,</math> , definiując: <math>W_0(t)=x_0(t)</math> , <math>W_1(t)=x_1(t)</math> , <math>W_k(t)={x^i}_m(t)</math> dla <math>k=2,3,...\,</math>  , gdzie <math>k=2^{m-1}+i-1\,</math>  oraz <math>i=1,...,2^{m-1}\,</math>  .
*Podobnie jak funkcje Haara funkcje Walsha można uporządkować według jednego wskaźnika <math>k\</math>, , definiując: <math>W_0(t)=x_0(t)</math> , <math>W_1(t)=x_1(t)</math> , <math>W_k(t)={x^i}_m(t)</math> dla <math>k=2,3,...\</math>, , gdzie <math>k=2^{m-1}+i-1\</math>,   oraz <math>i=1,...,2^{m-1}\</math>, .
*Przy takiej numeracji numer <math>k\,</math> funkcji Walsha <math>W_k(t)\,</math>  jest równy liczbie jej przejść przez zero.  
*Przy takiej numeracji numer <math>k\</math>, funkcji Walsha <math>W_k(t)\</math>, jest równy liczbie jej przejść przez zero.  
*Funkcje o numerach <math>2^k-1\,</math> , <math>k=1,2,...\,</math>  są odcinkami zwykłych okresowych bipolarnych fal prostokątnych.  
*Funkcje o numerach <math>2^k-1\</math>, , <math>k=1,2,...\</math>, są odcinkami zwykłych okresowych bipolarnych fal prostokątnych.  


|}
|}
Linia 214: Linia 214:
|valign="top"|
|valign="top"|
*Widzimy, że w miarę zwiększania liczby znaczących wyrazów szeregu Walsha sygnał aproksymujący coraz bardziej zbliża się kształtem do impulsu trójkątnego. Dodanie następnych wyrazów niezerowych jeszcze bardziej zwiększy dokładność aproksymacji.
*Widzimy, że w miarę zwiększania liczby znaczących wyrazów szeregu Walsha sygnał aproksymujący coraz bardziej zbliża się kształtem do impulsu trójkątnego. Dodanie następnych wyrazów niezerowych jeszcze bardziej zwiększy dokładność aproksymacji.
*Gdyby jako miarę błędu przyjąć nie normę sygnału błędu, lecz jego energię (kwadrat normy), błąd względny aproksymacji dla <math>k=6\,</math>  wyniósłby <math>1,56\%\,</math>.
*Gdyby jako miarę błędu przyjąć nie normę sygnału błędu, lecz jego energię (kwadrat normy), błąd względny aproksymacji dla <math>k=6\</math>, wyniósłby <math>1,56\%\</math>,.


|}
|}
Linia 241: Linia 241:
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd22.png|thumb|500px]]
|width="500px" valign="top"|[[Grafika:PS_M2_Slajd22.png|thumb|500px]]
|valign="top"|
|valign="top"|
*Podprzestrzeń <math>\left \{x(t)\epsilon\, L^2(-\infty,\, \infty):\, X(\omega)\equiv 0 \, dla\, |\omega|\le \omega_m\right \}</math>  , gdzie <math>X(\omega)\,</math>  oznacza widmo sygnału, nosi nazwę przestrzeni sygnałów ''o ograniczonym paśmie''.
*Podprzestrzeń <math>\left \{x(t)\epsilon\, L^2(-\infty,\, \infty):\, X(\omega)\equiv 0 \, dla\, |\omega|\le \omega_m\right \}</math>  , gdzie <math>X(\omega)\</math>, oznacza widmo sygnału, nosi nazwę przestrzeni sygnałów ''o ograniczonym paśmie''.
*Ortonormalną bazę w tej przestrzeni tworzy ciąg kopii sygnału <math>Sa\,</math> o jednostkowej energii, poprzesuwanych w czasie o odcinek <math>T_s=\pi/{\omega_m}\,</math> .
*Ortonormalną bazę w tej przestrzeni tworzy ciąg kopii sygnału <math>Sa\</math>, o jednostkowej energii, poprzesuwanych w czasie o odcinek <math>T_s=\pi/{\omega_m}\</math>, .
*Z szeregu Kotielnikowa-Shannona wynika, że reprezentację sygnału analogowego <math>x(t)\,</math>  o ograniczonym paśmie stanowi zbiór jego próbek pobieranych z okresem <math>T_s=\pi/{\omega_m}</math> . Szereg ten odgrywa zasadniczą rolę w zagadnieniu próbkowania sygnałów.
*Z szeregu Kotielnikowa-Shannona wynika, że reprezentację sygnału analogowego <math>x(t)\</math>, o ograniczonym paśmie stanowi zbiór jego próbek pobieranych z okresem <math>T_s=\pi/{\omega_m}</math> . Szereg ten odgrywa zasadniczą rolę w zagadnieniu próbkowania sygnałów.


|}
|}


<hr width="100%">
<hr width="100%">

Wersja z 09:31, 5 wrz 2023

  • Ujęcie sygnałów w kategoriach przestrzeni funkcyjnych ma wiele zalet, m.in. umożliwia:
    • przeniesienie na grunt teorii sygnałów dobrze rozwiniętych metod analizy matematycznej,
    • formalne określenie miary odległości sygnałów w danej przestrzeni (analogicznej do odległości euklidesowskiej w zwykłej Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle n\} , -wymiarowej przestrzeni wektorowej Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle \Box^n\} , ),
    • wyodrębnienie w danej przestrzeni zbioru pewnych standardowych sygnałów spełniających funkcję sygnałów bazowych (analogiczną do tej jaką pełnią wersory osi w przestrzeni Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle \Box^n\} , ),
    • reprezentację sygnału w danej przestrzeni zbiorem współczynników (nieskończonym w przypadku przestrzeni nieskończenie wymiarowych i skończonym w przypadku przestrzeni skończenie wymiarowych) rozkładu tego sygnału na sygnały bazowe (analogiczną do reprezentacji każdego wektora w przestrzeni Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle \Box^n\} , jako kombinacji liniowej wersorów),
    • określenie kąta między sygnałami, w szczególności rozstrzyganie ich ortogonalności (analogicznie jak na podstawie iloczynu skalarnego można wnioskować o prostopadłości wektorów w przestrzeni Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle \Box^n\} , ).
  • Korzystanie z analogii między dobrze znaną zwykłą przestrzenią wektorową Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle \Box^n\} , (aczkolwiek jest to skończenie wymiarowa przestrzeń Hilberta) a przestrzeniami sygnałowymi Hilberta (które najczęściej, choć nie zawsze, są przestrzeniami nieskończenie wymiarowymi) znakomicie ułatwia zrozumienie pojęć tej części wykładu. Z uwagi na tę analogię metody analizy i syntezy sygnałów oparte na ich reprezentacjach w przestrzeniach Hilberta noszą nazwę metod geometrycznych.



  • Ponieważ baza przestrzeni (2.1) zawiera tylko dwa elementy, zatem przestrzeń ta jest dwuwymiarowa.
  • W przypadku przestrzeni Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle {L^2}_{T_0}\} , baza składa się z nieskończonej (przeliczalnej) liczby elementów. Jest to zatem przestrzeń nieskończenie wymiarowa.

  • W systemie czterowartościowej modulacji cyfrowej QPSK informacja jest transmitowana w postaci ciągu prostokątnych impulsów radiowych o jednakowym czasie trwania Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle T\} , , jednakowej częstotliwości Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle f_0=1/T\} , i amplitudzie Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle A\} , oraz różnych losowych fazach. W każdym przedziale czasu o długości Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle T\} , transmitowany jest jeden z impulsów Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle s_1(t),\, s_2(t),\, s_3(t),\} , lub Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle s_4(t)\} , .
  • Informacja jest zakodowana w fazie, przy czym cztery możliwe wartości fazy odpowiadają transmitowanym dwubitom: „10”, „00”, „01” oraz „11”. Z reguły Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle T_0\, \Box\, T\} , , a ponadto Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle T/T_0\} , jest liczbą całkowitą, tzn. na przedział Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle T\} , przypada całkowita liczba okresów fali harmonicznej.

  • Korzystając z elementarnych tożsamości trygonometrycznych sygnały QPSK można doprowadzić do postaci (2.1). Otrzymane współczynniki Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle a\} , i Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle b\} , przy składowych bazowych Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle cos\, 2\pi f_0 t\} , i Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle sin\, 2\pi f_0 t\} , są zarazem współrzędnymi wektorów reprezentujących sygnały QPSK.

  • Pojęcie przestrzeni metrycznej jest podstawowym pojęciem analizy funkcjonalnej.
  • W danym zbiorze można określić więcej niż jedną metrykę. Ten sam zbiór z dwiema różnymi metrykami stanowi dwie różne przestrzenie metryczne.
  • Dla prostoty zapisu w definicjach metryk przestrzeni Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle L^2(0,\, T)\} , i Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle {L^2}_{T_0}\} , opuszczony został argument Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle t\} , w zapisach sygnałów.
  • Analogicznie można zdefiniować przestrzenie metryczne Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle L^2(0,\, \infty)\} , oraz Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle L^2(-\infty,\, \infty)\} , sygnałów o ograniczonej energii określonych w przedziale Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle [0,\, \infty)\} , i odpowiednio Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle (-\infty,\, \infty)\} , , zmieniając w definicji metryki granice całkowania.

  • Metryka opisuje właściwości geometryczne zbioru Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle X\} , . W przestrzeni liniowej są natomiast określone dodatkowo operacje na jej elementach, a przez to konkretna struktura algebraiczna.
  • W zastosowaniach teorii sygnałów ciałem Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle F\} , jest zwykle albo zbiór liczb rzeczywistych Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle \Box\} , albo zespolonych Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle \Box\} , (zakładamy tu, że pojęcie ciała jest znane).
  • W zapisie aksjomatów 1-6 pomijany jest dla prostoty znak operacji mnożenia Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle "\cdot"\} ,.
  • Z aksjomatów przestrzeni liniowej wynikają następujące oczywiste właściwości:
    • x+=x ,
    • istnieje jedyny element xϵX , taki że x+(x)= ,
    • jeśli αx= i x , to α=0 .

  • W przestrzeni Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle \Box^n\} , norma Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle ||x||\} , wektora Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle x\} , jest zarazem jego długością. Z tego względu w odniesieniu do przestrzeni sygnałowych norma sygnału jest nazywana niekiedy jego „długością”.
  • Dwa elementy Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle x,\, y\} , przestrzeni liniowej unormowanej są równe wtedy i tylko wtedy, kiedy ||xy)||=0 , tj. kiedy element różnicowy jest elementem zerowym. Mówimy wówczas o równości elementów sensie normy.
  • Przestrzeń metryczną Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle (X,\, \rho)\} , nazywamy przestrzenią zupełną, jeśli każdy ciąg Cauchy’ego (por. [1], def. 2.12) jej elementów jest zbieżny w sensie metryki do pewnej granicy i granica ta jest elementem przestrzeni.

  • Definiując iloczyn skalarny przyjęliśmy od razu, że przestrzeń liniowa może być zespolona. Dlatego w aksjomacie 1 występuje symbol sprzężenia Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle "\, *\,"\} ,.
  • W przestrzeni Banacha określona jest odległość między jej elementami. W przestrzeni Hilberta jest natomiast określony dodatkowo „kąt” między nimi.
  • Określenie iloczynu skalarnego w danej przestrzeni umożliwia wprowadzenie bardzo ważnego pojęcia ortogonalności sygnałów (odpowiednika prostopadłości wektorów w przestrzeni ). Dla ortogonalnych sygnałów spełniona jest (uogólniona) równość Pitagorasa: ||x+y)||2=||x||2+||y||2

  • Przestrzeniami Hilberta są także przestrzenie Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle L^2(0,\, \infty)\} , oraz Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle L^2(-\infty,\, \infty)\} , .
  • W przestrzeni sygnałów nieokresowych o ograniczonej mocy nie można w ogólnym przypadku wprowadzić iloczynu skalarnego. Dla przestrzeni tej można natomiast zdefiniować pseudoiloczyn skalarny o zbliżonych właściwościach formalnych.
  • Przestrzeniami Hilberta są oczywiście również zbiory wszystkich sygnałów dyskretnych o ograniczonej energii określonych dla Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle n\epsilon\Box\} , oraz dla Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle n\epsilon [n_1,\, n_2]\} , . W tym ostatnim przypadku przestrzeń jest tożsama ze zwykłą przestrzenią wektorową o wymiarze Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle n_2-n_1+1\} , .

  • Baza {xk:kϵK} danej przestrzeni może być skończona, gdy zbiór indeksów Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle K\} , jest skończony, lub nieskończona, gdy zbiór Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle K\} , jest przeliczalny (z reguły równy {0} lub Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle \Box\} , )
  • Przestrzeń rozpięta na bazie danej przestrzeni może być identyczna z tą przestrzenią lub być jej podprzestrzenią.
  • Nie w każdej przestrzeni Hilberta istnieje baza ortogonalna. Przestrzeń Hilberta, w której można wyróżnić taką bazę nosi nazwę ośrodkowej przestrzeni Hilberta. W ogólnym przypadku w danej przestrzeni Hilberta może istnieć więcej niż jedna baza ortogonalna.
  • Sygnały ortonormalne są wiernym odpowiednikiem wersorów w zwykłej przestrzeni wektorowej.
  • Każdą bazę przestrzeni Hilberta (a więc zbiór elementów liniowo niezależnych) można zortogonalizować i unormować stosując znaną w literaturze procedurę ortonormalizacji Grama-Schmidta.

  • Wzór (2.9) opisuje rozwinięcie sygnału Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle x\} , w uogólniony szereg Fouriera określony w danej ośrodkowej przestrzeni Hilberta względem bazy ortonormalnej {xk:kϵK} , zaś zbiór {ak:kϵK} współczynników tego rozwinięcia stanowi jednoznaczną reprezentację tego sygnału określoną względem tej bazy.
  • Wzór (2.10) na współczynniki szeregu (2.9) można otrzymać obliczając iloczyny skalarne tego szeregu z sygnałami bazowymi Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle x_k\} , i uwzględniając przy tym ich ortogonalność:

(x,xk)=(lϵKαlxl,xk)=lϵKαl(xl,xk)={0dlalkαkdlal=k

  • Podkreślmy, że dobrze znane trygonometryczne szeregi Fouriera: rzeczywisty i zespolony są przypadkami szczególnymi szeregu uogólnionego (2.9). Na zakończenie tego wykładu zostaną podane przykłady innych uogólnionych szeregów Fouriera.

  • W niektórych przypadkach rozwinięcie (2.11) w uogólniony szereg Fouriera względem bazy ortogonalnej ma prostszą postać niż rozwinięcie (2.9) względem odpowiadającej jej bazy ortonormalnej.
  • Odwzorowanie Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle \chi :\, X\to l^2\} , jest liniowe, a ponadto zachowuje normę, tzn. odpowiednie normy w przestrzeniach Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle X\} , i Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle l^2\} , są sobie równe. O odwzorowaniu takim mówimy , że jest izometryczne. Odwzorowanie to zachowuje także iloczyn skalarny.

  • W praktyce zachodzi konieczność ograniczenia reprezentacji danego sygnału do skończonej sumy Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle N\} , początkowych wyrazów uogólnionego szeregu Fouriera. Suma (2.12) przybliża wówczas sygnał jedynie z pewną dokładnością.
  • Błąd przybliżenia jest różnicą sygnału Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle x\} , i szeregu aproksy¬mującego (2.12), zaś za miarę tego błędu przyjmujemy normę sygnału błędu w danej przestrzeni. Miara ta jest najmniejsza ze względu na dobór współczynników sumy (2.12). Oznacza to, że wybór jakichkolwiek innych współczynników Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle \beta_k\} , różnych od współczynników Fouriera Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle \alpha_k\} , określonych wzorem (2.10) prowadzi do zwiększenia miary błędu. Można pokazać, że miarę tę da się wyrazić przez normę sygnału i pierwsze Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle N\} , współczynniki Fouriera.
  • Twierdzenie Parsevala (2.14) orzeka, że normę sygnału można wyrazić przez współczynniki jego rozwinięcia w uogólniony szereg Fouriera. Z połączenia wzorów (2.13) i (2.14) wynika, że miara błędu aproksymacji jest określona przez współczynniki Fouriera nie uwzględnione w szeregu aproksymującym.

  • Na wyjściach integratorów układu z rys. 2.1 otrzymujemy w chwili Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle T\} , sygnały o wartościach równych współczynnikom Fouriera Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle \alpha_k\} , . W praktyce możemy oczywiście zastosować skończoną liczbę generatorów sygnałów bazowych, zatem układ realizuje w istocie rzeczy optymalną aproksymację sygnału Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle x(t)\} , skończonym ortonormalnym szeregiem Fouriera.

  • Układowe wyznaczanie iloczynów skalarnych sygnału Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle x(t)\} , z funkcjami Haara jest szczególnie proste. Mnożenie można zrealizować za pomocą układów kluczujących, zmieniając polaryzację sygnałów w odpowiednich chwilach.

  • Zwróćmy uwagę, że poszczególne funkcje Haara są wykreślone w tej samej skali czasu, ale w różnych skalach amplitudy.
  • Dokonując odpowiedniej transformacji skali czasu i skali amplitud, możemy określić bazę ortonormalną funkcji Haara w dowolnym skończonym przedziale czasu.

  • Funkcje Walsha są funkcjami binarnymi przybierającymi dwie wartości Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle +1\} , lub Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle -1\} , .

  • Definicja funkcji Walsha jest dość skomplikowana. Jednak sposób ich tworzenia będzie dobrze widoczny na wykresach tych funkcji.

  • Podobnie jak funkcje Haara funkcje Walsha można uporządkować według jednego wskaźnika Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle k\} , , definiując: W0(t)=x0(t) , W1(t)=x1(t) , Wk(t)=xim(t) dla Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle k=2,3,...\} , , gdzie Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle k=2^{m-1}+i-1\} , oraz Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle i=1,...,2^{m-1}\} , .
  • Przy takiej numeracji numer Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle k\} , funkcji Walsha Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle W_k(t)\} , jest równy liczbie jej przejść przez zero.
  • Funkcje o numerach Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle 2^k-1\} , , Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle k=1,2,...\} , są odcinkami zwykłych okresowych bipolarnych fal prostokątnych.

  • Widzimy, że w miarę zwiększania liczby znaczących wyrazów szeregu Walsha sygnał aproksymujący coraz bardziej zbliża się kształtem do impulsu trójkątnego. Dodanie następnych wyrazów niezerowych jeszcze bardziej zwiększy dokładność aproksymacji.
  • Gdyby jako miarę błędu przyjąć nie normę sygnału błędu, lecz jego energię (kwadrat normy), błąd względny aproksymacji dla Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle k=6\} , wyniósłby Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle 1,56\%\} ,.

  • Rozwinięcie sygnału x(t)ϵL2T0 w trygonometryczny rzeczywisty lub zespolony szereg Fouriera względem baz ortogonalnych prowadzi do nieco prostszych zapisów tych szeregów, niż w przypadku ich rozwijania względem baz ortonormalnych. Dlatego z reguły korzysta się z tych drugich postaci szeregów Fouriera. Podkreślmy, że postacie te (przy oznaczeniu ω0=2π/T0 ) były już cytowane na wykładzie 1 przy okazji omawiania przykładów różnych rodzajów reprezentacji sygnałów.
  • Miedzy współczynnikami rzeczywistego i zespolonego szeregu Fouriera zachodzą związki:
X0=a0 , Xk=ak+jbk2
oraz związki odwrotne:

a0=X0,ak=Xk+Xk,bk=j(XkXk)

Umożliwiają one przejście z jednej postaci szeregu na drugą.

  • Podprzestrzeń {x(t)ϵL2(,):X(ω)0dla|ω|ωm} , gdzie Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle X(\omega)\} , oznacza widmo sygnału, nosi nazwę przestrzeni sygnałów o ograniczonym paśmie.
  • Ortonormalną bazę w tej przestrzeni tworzy ciąg kopii sygnału Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle Sa\} , o jednostkowej energii, poprzesuwanych w czasie o odcinek Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle T_s=\pi/{\omega_m}\} , .
  • Z szeregu Kotielnikowa-Shannona wynika, że reprezentację sygnału analogowego Parser nie mógł rozpoznać (błąd składni): {\displaystyle x(t)\} , o ograniczonym paśmie stanowi zbiór jego próbek pobieranych z okresem Ts=π/ωm . Szereg ten odgrywa zasadniczą rolę w zagadnieniu próbkowania sygnałów.