mirror of
https://github.com/espressif/esp-csi.git
synced 2026-07-03 03:38:49 +00:00
docs: modify rendering format
This commit is contained in:
parent
0deba6ed37
commit
e4362c6e6b
2 changed files with 45 additions and 29 deletions
|
|
@ -17,9 +17,9 @@ To prove their orthogonality over one period, consider the inner product of thes
|
|||
$\int_{0}^{T} \sin(\omega_1 t) \sin(\omega_2 t) \, dt$
|
||||
|
||||
Using trigonometric identities, we can simplify this integral. Using the identity:
|
||||
$\sin(A) \sin(B) = \frac{1}{2}[\cos(A-B) - \cos(A+B)]$
|
||||
$$\sin(A) \sin(B) = \frac{1}{2}[\cos(A-B) - \cos(A+B)]$$
|
||||
we can expand the integral into the difference of two cosine functions:
|
||||
$\int_{0}^{T} \sin(\omega_1 t) \sin(\omega_2 t) \, dt = \frac{1}{2} \int_{0}^{T} [\cos((\omega_1 - \omega_2) t) - \cos((\omega_1 + \omega_2) t)] \, dt$
|
||||
$$\int_{0}^{T} \sin(\omega_1 t) \sin(\omega_2 t) \, dt = \frac{1}{2} \int_{0}^{T} [\cos((\omega_1 - \omega_2) t) - \cos((\omega_1 + \omega_2) t)] \, dt$$
|
||||
|
||||
Since $\omega_1$ and $\omega_2$ are different frequencies, both $(\omega_1 - \omega_2)$ and $(\omega_1 + \omega_2)$ are non-zero. Therefore, the integrals of these cosine functions over one period are zero. This means that $\sin(\omega_1 t)$ and $\sin(\omega_2 t)$ have an inner product of zero over one period, i.e., they are orthogonal over one period.
|
||||
|
||||
|
|
|
|||
|
|
@ -4,7 +4,8 @@
|
|||
|
||||
## 正交的定义
|
||||
|
||||
在数学中,两个函数(或向量)被称为正交,如果它们在给定区间上的内积为零。更具体地说,考虑两个函数 $f(x)$ 和 $g(x)$ 在区间 $[a, b]$ 上,它们的内积可以表示为积分:$$\langle f, g \rangle = \int_{a}^{b} f(x) \cdot g(x) \, dx$$
|
||||
在数学中,两个函数(或向量)被称为正交,如果它们在给定区间上的内积为零。更具体地说,考虑两个函数 $f(x)$ 和 $g(x)$ 在区间 $[a, b]$ 上,它们的内积可以表示为积分:
|
||||
$$\langle f, g \rangle = \int_{a}^{b} f(x) \cdot g(x) \, dx$$
|
||||
|
||||
如果这个积分结果为零,则称 $f(x)$ 和 $g(x)$ 在区间 $[a, b]$ 上是正交的。
|
||||
|
||||
|
|
@ -14,8 +15,10 @@
|
|||
|
||||
证明它们在一个周期内的正交性,对于这两个正弦函数,在一个周期 $[0, T]$ 上的内积可以表示为:$$\int_{0}^{T} \sin(\omega_1 t) \sin(\omega_2 t) \, dt$$
|
||||
|
||||
由于正弦函数的性质,这个积分可以通过使用三角恒等式进行简化。利用三角恒等式 $$\sin(A) \sin(B) = \frac{1}{2}[\cos(A-B) - \cos(A+B)]$$
|
||||
我们可以将上述积分展开为两个余弦函数的差:$$\int_{0}^{T} \sin(\omega_1 t) \sin(\omega_2 t) \, dt = \frac{1}{2} \int_{0}^{T} [\cos((\omega_1 - \omega_2) t) - \cos((\omega_1 + \omega_2) t)] \, dt$$
|
||||
由于正弦函数的性质,这个积分可以通过使用三角恒等式进行简化。利用三角恒等式
|
||||
$$\sin(A) \sin(B) = \frac{1}{2}[\cos(A-B) - \cos(A+B)]$$
|
||||
我们可以将上述积分展开为两个余弦函数的差:
|
||||
$$\int_{0}^{T} \sin(\omega_1 t) \sin(\omega_2 t) \, dt = \frac{1}{2} \int_{0}^{T} [\cos((\omega_1 - \omega_2) t) - \cos((\omega_1 + \omega_2) t)] \, dt$$
|
||||
|
||||
由于 $\omega_1$ 和 $\omega_2$ 是不同的频率,$(\omega_1 - \omega_2)$ 和 $(\omega_1 + \omega_2)$ 都不为零。因此,这两个余弦函数在一个周期内的积分都为零。这意味着 $\sin(\omega_1 t)$ 与 $\sin(\omega_2 t)$ 在一个周期内的内积为零,即它们在一个周期内是正交的。
|
||||
|
||||
|
|
@ -35,53 +38,66 @@
|
|||
|
||||
我们知道,$\sin^2(\omega_1 t)$ 在一个周期内的积分为其周期的一半:$$\int_{0}^{T} \sin^2(\omega_1 t) \, dt = \frac{T}{2}$$
|
||||
|
||||
因此,解码出的信号 a 为:$$a \times \frac{T}{2}$$通过这种方法,接收端能够独立解码每个子信号 𝑎 和 𝑏,因为正交性确保了其他子信号对积分的贡献为零。
|
||||
因此,解码出的信号 a 为:$$a \times \frac{T}{2}$$
|
||||
通过这种方法,接收端能够独立解码每个子信号 𝑎 和 𝑏,因为正交性确保了其他子信号对积分的贡献为零。
|
||||
|
||||
选取 $sin(\omega_1 t)$ 和 $sin(\omega_2 t)$ 作为例子,正是因为它们是介于直观和抽象的过渡地带。上面的正交模型虽然简单,但是却是所有复杂理论的基础。
|
||||
选取 \( \sin(\omega_1 t) \) 和 \( \sin(\omega_2 t) \) 作为例子,正是因为它们是介于直观和抽象的过渡地带。上面的正交模型虽然简单,但是却是所有复杂理论的基础。
|
||||
|
||||
下一步,将 $sin(t)$ 和 $sin(2t)$ 的模型扩展到更多的子载波序列 \{ $\sin(2T \Delta f \cdot t)$, $\sin(2T \Delta f \cdot 2t)$, $\sin(2T \Delta f \cdot 3t)$, $\ldots$, $\sin(2T \Delta f \cdot kt)$ \} (例如 $k=16, 256, 1024$ 等),其中,$2π$ 是常量,$\Delta f $ 是事先选好的载频频率间隔,$T$ 是周期, $k$ 是序列的最大索引。
|
||||
下一步,将 $sin(\omega_1 t)$ 和 $sin(\omega_2 t)$ 的模型扩展到更多的子载波序列 $\{ \sin(2T \Delta f \cdot t), \sin(2T \Delta f \cdot 2t), \sin(2T \Delta f \cdot 3t), \ldots, \sin(2T \Delta f \cdot kt) \}$ (例如 $k=16, 256, 1024$ 等),其中,$2\pi$ 是常量,$ \Delta f$ 是事先选好的载频频率间隔,$T$ 是周期, $k$ 是序列的最大索引。
|
||||
|
||||
多个函数的正交性是基于它们两两之间的正交,如果一组函数 {𝑓₁(𝑡), 𝑓₂(𝑡), ..., 𝑓ₙ(𝑡)} 在某个区间上成对正交,那么对于任意 𝑖≠𝑗,都有:$$\int_{a}^{b} 𝑓_{𝑖}(𝑡) 𝑓_{𝑗}(𝑡) dt = 0$$这意味着,每一对不同的函数 $𝑓_𝑖(𝑡)$ 和 $𝑓_𝑗(𝑡)$ 的内积为零。上述子载波序列之间的正交性很容易通过 $\Delta f $ ≠ 0 推理证明。
|
||||
多个函数的正交性是基于它们两两之间的正交。如果一组函数 ${𝑓₁(𝑡), 𝑓₂(𝑡), ..., 𝑓ₙ(𝑡)}$ 在某个区间上成对正交,那么对于任意 𝑖≠𝑗,都有:
|
||||
$\int_{a}^{b} 𝑓_{𝑖}(𝑡) 𝑓_{𝑗}(𝑡) \, dt = 0$
|
||||
这意味着,每一对不同的函数 $𝑓_𝑖 (𝑡)$ 和 $𝑓_𝑗 (𝑡)$ 的内积为零。上述子载波序列之间的正交性很容易通过 $\Delta f \neq 0$ 推理证明。
|
||||
|
||||
频率间隔的影响:如果 $\Delta f$ 被选得足够小,使得 $2T \Delta f \cdot k$ 的范围包括整个频谱,这确保了所有的正弦波都在频率上不重叠。这样,每个正弦波在 $[0, T]$ 的完整周期内,它们的乘积积分为 0。
|
||||
|
||||
再下一步,将 $cos(t)$ 也引入。容易证明,$cos(t)$ 与 $sin(t)$ 是正交的,也与整个 $sin(kt)$ 的正交族相正交。同样,$cos(kt)$ 也与整个 $sin(kt)$ 的正交族相正交。
|
||||
再下一步,将 $\cos(t)$ 也引入。容易证明,$\cos(t)$ 与 $\sin(t)$ 是正交的,也与整个 $\sin(kt)$ 的正交族相正交。同样,$\cos(kt)$ 也与整个 $\sin(kt)$ 的正交族相正交。
|
||||
|
||||
因此序列模型扩展到$ {sin(2T△ft),sin(2T△f·2t),..,sin(2T△fkt),cos(2T△ft),cos(2T·△f·2t),..,cos(2T△fkt)}$ 也就顺理成章。
|
||||
因此,序列模型扩展到 $\{ \sin(2T \Delta f \cdot t), \sin(2T \Delta f \cdot 2t), \ldots, \sin(2T \Delta f \cdot kt), \cos(2T \Delta f \cdot t), \cos(2T \Delta f \cdot 2t), \ldots, \cos(2T \Delta f \cdot kt) \}$ 也就顺理成章。
|
||||
|
||||
经过前两步的扩充,选好了2组正交序列 $sin(kt)$ 和 $cos(kt)$,这只是传输的"介质"。真正要传输的信息还需要调制在这些载波上,即 $sin(t),sin(2t),..,sin(kt)$ 分别幅度调制 $a1,a2,..,ak$ 信号,$cos(t),cos(2t),..,cos(kt)$ 分别幅度调制 $b1,b2,..,bk$ 信号。这 2n 组互相正交的信号同时发送出去,在空间上会叠加出怎样的波形呢?做简单的加法如下,得到信号 $f(t)$的表达式(公式 1-1):
|
||||
经过前两步的扩充,选好了2组正交序列 $\sin(kt)$ 和 $\cos(kt)$,这只是传输的"介质"。真正要传输的信息还需要调制在这些载波上,即 $\sin(t), \sin(2t), \ldots, \sin(kt)$ 分别幅度调制 $a1, a2, \ldots, ak$ 信号,$\cos(t), \cos(2t), \ldots, \cos(kt)$ 分别幅度调制 $b1, b2, \ldots, bk$ 信号。这 2n 组互相正交的信号同时发送出去,在空间上会叠加出怎样的波形呢?做简单的加法如下,得到信号 $f(t)$ 的表达式(公式 1-1):
|
||||
$$f(t) = \sum_{k=1}^{N} a_k \sin(2T \Delta f_k t) + \sum_{k=1}^{N} b_k \cos(2T \Delta f_k t)$$
|
||||
|
||||
其中,$a_k$ 和 $b_k$ 是系数, $\Delta f_k$ 是频率间隔, $T$ 是周期,$k = 1, 2, \ldots, N$ 现在,我们将$f(t)$ 表示为复数形式。
|
||||
其中,$a_k$ 和 $b_k$ 是系数, $\Delta f_k$ 是频率间隔, $T$ 是周期, $k = 1, 2, \ldots, N$。
|
||||
|
||||
正弦波和余弦波可以用复指数形式表示,是因为它们是复指数函数的实部和虚部。具体来说,需要用到欧拉公式。
|
||||
现在,我们将 $f(t)$ 表示为复数形式。正弦波和余弦波可以用复指数形式表示,是因为它们是复指数函数的实部和虚部。具体来说,需要用到欧拉公式。
|
||||
|
||||
欧拉公式表明,对于任意实数 $\theta$,复指数 $e^{j\theta} $ 可以表示为:$$e^{j\theta} = \cos(\theta) + j\sin(\theta)$$这意味着 $e^{j\theta}$ 是一个单位圆上的点,它在复平面上的实部是 $\cos(\theta)$,虚部是 $\sin(\theta)$。
|
||||
欧拉公式表明,对于任意实数 $\theta$,复指数 $e^{j\theta}$ 可以表示为:
|
||||
$$e^{j\theta} = \cos(\theta) + j\sin(\theta)$$
|
||||
|
||||
根据欧拉公式,我们可以写出实部和虚部为:$$\sin(\theta) = \frac{e^{j\theta} - e^{-j\theta}}{2j} $$
|
||||
这意味着 $e^{j\theta}$ 是一个单位圆上的点,它在复平面上的实部是 $\cos(\theta)$,虚部是 $\sin(\theta)$。
|
||||
|
||||
根据欧拉公式,我们可以写出实部和虚部为:
|
||||
$$\sin(\theta) = \frac{e^{j\theta} - e^{-j\theta}}{2j}$$
|
||||
$$\cos(\theta) = \frac{e^{j\theta} + e^{-j\theta}}{2}$$
|
||||
|
||||
这些公式是通过将$ e^{j\theta}$ 和 $e^{-j\theta} $ 的和与差进行组合得到的。
|
||||
这些公式是通过将 $e^{j\theta}$ 和 $e^{-j\theta}$ 的和与差进行组合得到的。
|
||||
|
||||
复指数函数 $e^{j\theta}$ 具有周期性、正交性和线性组合的性质,能够简洁地表示频率、幅度和相位。因此,使用复指数形式不仅有利于理论推导和分析,也方便了在数值计算和算法实现中的处理。
|
||||
|
||||
下面把正弦波序列和余弦波序列用复指数形式表示:$$\sin(2T \Delta f_k t) = \frac{e^{j 2 \pi \Delta f_k t} - e^{-j 2 \pi \Delta f_k t}}{2j}$$
|
||||
下面把正弦波序列和余弦波序列用复指数形式表示:
|
||||
$$\sin(2T \Delta f_k t) = \frac{e^{j 2 \pi \Delta f_k t} - e^{-j 2 \pi \Delta f_k t}}{2j}$$
|
||||
|
||||
$$\cos(2T \Delta f_k t) = \frac{e^{j 2 \pi \Delta f_k t} + e^{-j 2 \pi \Delta f_k t}}{2}$$
|
||||
$$ \cos(2T \Delta f_k t) = \frac{e^{j 2 \pi \Delta f_k t} + e^{-j 2 \pi \Delta f_k t}}{2}$$
|
||||
|
||||
将 $f(t)$ 转换为复数形式:
|
||||
$$f(t) = \sum_{k=1}^{N} a_k \cdot \frac{e^{j 2 \pi \Delta f_k t} - e^{-j 2 \pi \Delta f_k t}}{2j} + \sum_{k=1}^{N} b_k \cdot \frac{e^{j 2 \pi \Delta f_k t} + e^{-j 2 \pi \Delta f_k t}}{2}$$
|
||||
|
||||
这可以进一步简化为:
|
||||
$$f(t) = \sum_{k=1}^{N} \left( \frac{a_k - jb_k}{2} e^{j 2 \pi \Delta f_k t} + \frac{a_k + jb_k}{2} e^{-j 2 \pi \Delta f_k t} \right)$$
|
||||
|
||||
我们定义复数形式的频谱成分$ F_k$ :$F_k = \frac{a_k - jb_k}{2}$
|
||||
我们定义复数形式的频谱成分 $F_k$ 为:$F_k = \frac{a_k - jb_k}{2}$
|
||||
|
||||
这样,信号 $f(t)$ 可以用 $F_k$ 表示为公式 1-2:$$f(t) = \sum_{k=1}^{N} F_k e^{j 2 \pi \Delta f_k t} + \sum_{k=1}^{N} F_k^* e^{-j 2 \pi \Delta f_k t}$$其中,$ F_k^* $ 是 $F_k $ 的复共轭。这种复数形式更方便处理正弦波和余弦波的组合,特别在数字信号处理和通信系统中广泛应用。
|
||||
这样,信号 $f(t)$ 可以用 $F_k$ 表示为公式 1-2:
|
||||
$$f(t) = \sum_{k=1}^{N} F_k e^{j 2 \pi \Delta f_k t} + \sum_{k=1}^{N} F_k^* e^{-j 2 \pi \Delta f_k t}$$
|
||||
|
||||
上面的公式可以这样看:每个子载波序列都在发送自己的信号,互相交叠在空中,最终在接收端看到的信号就是$f(t)$。接收端收到杂糅信号$f(t)$ 后,再在每个子载波上分别作相乘后积分的操作,就可以取出每个子载波分别承载的信号了。
|
||||
然后看看公式1-1和公式1-2,其实这就是傅里叶级数。如果将离散化,那么就是离散傅立叶变换。所以才有了后面 OFDM 以 FFT 来实现的故事。将在下面的章节进行更多的描述。
|
||||
遵循古老的传统,$F$ 表示频域,$f$ 表示时域,由于频域信息就是各个频率分量的幅度和相位,信号 $f(t)$ 的频域信息直接由这些复数系数 $F_k$ 构成。每个 $F_k$ 对应频率 $\Delta f_k$ 的幅度和相位,这正是频域表示的核心内容。所以可以从公式 1-2 中看出,每个子载波上面调制的幅度,就是频域信息。类似的说法是:OFDM 传输的是频域信号。
|
||||
其中,$F_k^*$ 是 $F_k$ 的复共轭。这种复数形式更方便处理正弦波和余弦波的组合,特别在数字信号处理和通信系统中广泛应用。
|
||||
|
||||
上面的公式可以这样看:每个子载波序列都在发送自己的信号,互相交叠在空中,最终在接收端看到的信号就是 $f(t)$。接收端收到杂糅信号 $f(t)$ 后,再在每个子载波上分别作相乘后积分的操作,就可以取出每个子载波分别承载的信号了。
|
||||
|
||||
然后看看公式 1-1 和公式 1-2,其实这就是傅里叶级数。如果将离散化,那么就是离散傅立叶变换。所以才有了后面 OFDM 以 FFT 来实现的故事。
|
||||
|
||||
遵循古老的传统,$F$ 表示频域,$f$ 表示时域。由于频域信息就是各个频率分量的幅度和相位,信号 $f(t)$ 的频域信息直接由这些复数系数 $F_k$ 构成。每个 $F_k$ 对应频率 $\Delta f_k$ 的幅度和相位,这正是频域表示的核心内容。因此,可以从公式 1-2 中看出,每个子载波上调制的幅度就是频域信息。类似地,OFDM 传输的是频域信号。
|
||||
|
||||
## 频域 OFDM
|
||||
|
||||
|
|
@ -98,14 +114,14 @@ $$f(t) = \sum_{k=1}^{N} \left( \frac{a_k - jb_k}{2} e^{j 2 \pi \Delta f_k t} + \
|
|||
|
||||
我们用公式(1-3)描述这一过程:
|
||||
|
||||
$f(n) = \frac{1}{N} \sum_{k=1}^{N} F_k e^{\frac{2\pi i k n}{N}}$
|
||||
$$f(n) = \frac{1}{N} \sum_{k=1}^{N} F_k e^{\frac{2\pi i k n}{N}}$$
|
||||
|
||||
其中:
|
||||
|
||||
- $f(n)$ 是时域离散化后的序号为 $n$ 的点对应的值。
|
||||
- $F_k$ 是频域中频率序号为 $k$ 的点对应的值。
|
||||
- $N$ 是总的FFT/IFFT点数,通常等于信号的采样点数。
|
||||
- $n$ 和 $k$ 都是整数,范围是1到N。
|
||||
- $f(n)$ 是时域离散化后的序号为 $n$ 的点对应的值
|
||||
- $F_k$ 是频域中频率序号为 $k$ 的点对应的值
|
||||
- $N$ 是总的FFT/IFFT点数,通常等于信号的采样点数
|
||||
- $n$ 和 $k$ 都是整数,范围是 1 到 N
|
||||
|
||||
这个公式描述了如何从频域 $F_k$ 转换回时域 $f(n)$,即从频域到时域的逆变换。
|
||||
|
||||
|
|
|
|||
Loading…
Add table
Reference in a new issue