ฟังก์ชันการกระจายของวิกเนอร์ ( เรียนรู้วิธีและเวลาในการลบข้อความนี้ ) การวิเคราะห์การกระจายความถี่ตามเวลาของ WDF (สีแดงและสีเหลือง) เทียบกับธนาคาร FIR (สีเขียว) ฟังก์ชันการกระจายของวิกเนอร์ ( WDF) ใช้ในการประมวลผลสัญญาณ ในฐานะการแปลงในการ วิเคราะห์เวลา-ความถี่
ฟังก์ชันการกระจายความน่าจะเป็นแบบวิกเนอร์ (WDF) ถูกเสนอขึ้นครั้งแรกในวิชาฟิสิกส์ ในปี 1932 โดยยูจีน วิกเนอร์ เพื่ออธิบายการแก้ไขเชิงควอนตัมในกลศาสตร์สถิติ แบบคลาสสิก และมีความสำคัญในกลศาสตร์ควอนตัมในปริภูมิเฟส (ดูเพิ่มเติมเพื่อเปรียบเทียบ: การกระจายความน่าจะเป็นแบบกึ่งวิกเนอร์ หรือที่เรียกว่าฟังก์ชันวิกเนอร์ หรือการกระจายวิกเนอร์-วิลล์ )
เนื่องจากโครงสร้างทางพีชคณิต ร่วมกัน ระหว่างคู่ ตำแหน่ง-โมเมนตัมและคู่เวลา-ความถี่ จึงทำให้ฟังก์ชันนี้มีประโยชน์ในการประมวลผลสัญญาณเช่นกัน ในฐานะการแปลงในวิเคราะห์เวลา-ความถี่ ซึ่งเป็นหัวข้อของบทความนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับการแปลงฟูริเยร์ในช่วงเวลาสั้น ๆ เช่นการแปลงกาบอร์ ฟังก์ชันการกระจายวิกเนอร์ให้ความละเอียดเชิงเวลาเทียบกับความถี่สูงสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ทางคณิตศาสตร์ ภายใต้ข้อจำกัดของหลักการความไม่แน่นอน ข้อเสียคือการเกิดพจน์ไขว้ขนาดใหญ่ระหว่างส่วนประกอบสัญญาณแต่ละคู่ และระหว่างความถี่บวกและลบ ซึ่งทำให้สูตรดั้งเดิมของฟังก์ชันไม่เหมาะสมกับการใช้งานวิเคราะห์ส่วนใหญ่ จึงมีการเสนอการปรับเปลี่ยนในภายหลัง ซึ่งยังคงรักษาความคมชัดของฟังก์ชันการกระจายวิกเนอร์ไว้ แต่ลดพจน์ไขว้ลงอย่างมาก
นิยามทางคณิตศาสตร์ ฟังก์ชันการแจกแจงวิกเนอร์มีนิยามที่แตกต่างกันหลายแบบ นิยามที่ให้ไว้ในที่นี้เป็นนิยามเฉพาะสำหรับการวิเคราะห์เวลา-ความถี่ เมื่อกำหนดอนุกรมเวลา ฟังก์ชัน ความแปรปรวนร่วมอัตโนมัติ แบบไม่คงที่ของอนุกรมเวลานี้จะกำหนดโดย x [ ที ] {\displaystyle x[t]}
ซี x ( ที 1 , ที 2 ) = ⟨ ( x [ ที 1 ] − μ [ ที 1 ] ) ( x [ ที 2 ] − μ [ ที 2 ] ) * ⟩ , {\displaystyle C_{x}(t_{1},t_{2})=\left\langle \left(x[t_{1}]-\mu [t_{1}]\right)\left(x[t_{2}]-\mu [t_{2}]\right)^{*}\right\rangle ,} โดยที่หมายถึงค่าเฉลี่ยของผลลัพธ์ที่เป็นไปได้ทั้งหมดของกระบวนการ และคือค่าเฉลี่ย ซึ่งอาจเป็นหรือไม่เป็นฟังก์ชันของเวลา จากนั้นฟังก์ชันวิกเนอร์จะกำหนดโดยการแสดงฟังก์ชันสหสัมพันธ์อัตโนมัติในรูปของเวลาเฉลี่ยและเวลาหน่วง ก่อน แล้วจึงทำการแปลงฟูริเยร์ของเวลาหน่วงนั้น ⟨ ⋯ ⟩ {\displaystyle \langle \cdots \rangle } μ ( ที ) {\displaystyle \mu (t)} ว x ( ที , เอฟ ) {\displaystyle W_{x}(t,f)} ที = ( ที 1 + ที 2 ) / 2 {\displaystyle t=(t_{1}+t_{2})/2} τ = ที 1 − ที 2 {\displaystyle \tau =t_{1}-t_{2}}
ว x ( ที , เอฟ ) = ∫ − ∞ ∞ ซี x ( ที + τ 2 , ที − τ 2 ) อี − 2 π ฉัน τ เอฟ ง τ . {\displaystyle W_{x}(t,f)=\int _{-\infty }^{\infty }C_{x}\left(t+{\frac {\tau }{2}},t-{\frac {\tau }{2}}\right)\,e^{-2\pi i\tau f}\,d\tau .} ดังนั้นสำหรับ อนุกรมเวลา เดี่ยว (ที่มีค่าเฉลี่ยเป็นศูนย์) ฟังก์ชันวิกเนอร์จึงกำหนดได้ง่ายๆ ดังนี้
ว x ( ที , เอฟ ) = ∫ − ∞ ∞ x ( ที + τ 2 ) x * ( ที − τ 2 ) อี − 2 π ฉัน τ เอฟ ง τ . {\displaystyle W_{x}(t,f)=\int _{-\infty }^{\infty }x\left(t+{\frac {\tau }{2}}\right)\,x^{*}\left(t-{\frac {\tau }{2}}\right)\,e^{-2\pi i\tau f}\,d\tau .} แรงจูงใจในการใช้ฟังก์ชันวิกเนอร์คือ ฟังก์ชันนี้จะลดรูปไปเป็น ฟังก์ชัน ความหนาแน่นสเปกตรัม ได้ตลอดเวลาสำหรับกระบวนการสถิต แต่ในขณะเดียวกันก็เทียบเท่ากับฟังก์ชันสหสัมพันธ์อัตโนมัติแบบไม่สถิตโดยสมบูรณ์ ดังนั้น ฟังก์ชันวิกเนอร์จึงบอกเราได้ (โดยประมาณ) ว่าความหนาแน่นสเปกตรัมเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป ที {\displaystyle t}
ตัวอย่างการวิเคราะห์ความถี่เวลา ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างบางส่วนที่แสดงให้เห็นถึงวิธีการใช้ WDF ในการวิเคราะห์เวลา-ความถี่
เมื่อสัญญาณอินพุตคงที่ การกระจายความถี่ตามเวลาของสัญญาณจะเป็นเส้นตรงแนวนอนตามแกนเวลา ตัวอย่างเช่น ถ้าx ( t ) = 1 แล้ว
ว x ( ที , เอฟ ) = ∫ − ∞ ∞ อี − ฉัน 2 π τ เอฟ ง τ = δ ( เอฟ ) . {\displaystyle W_{x}(t,f)=\int _{-\infty }^{\infty }e^{-i2\pi \tau \,f}\,d\tau =\delta (f).}
เมื่อสัญญาณอินพุตเป็นฟังก์ชันไซน์ การกระจายเวลา-ความถี่ของสัญญาณจะเป็นเส้นแนวนอนขนานกับแกนเวลา โดยเบี่ยงเบนจากแกนเวลาด้วยความถี่ของสัญญาณไซน์ ตัวอย่างเช่น ถ้าx ( t ) = e i2π kt แล้ว
ว x ( ที , เอฟ ) = ∫ − ∞ ∞ อี ฉัน 2 π เค ( ที + τ 2 ) อี − ฉัน 2 π เค ( ที − τ 2 ) อี − ฉัน 2 π τ เอฟ ง τ = ∫ − ∞ ∞ อี − ฉัน 2 π τ ( เอฟ − เค ) ง τ = δ ( เอฟ − เค ) . {\displaystyle {\begin{aligned}W_{x}(t,f)&=\int _{-\infty }^{\infty }e^{i2\pi k\left(t+{\frac {\tau }{2}}\right)}e^{-i2\pi k\left(t-{\frac {\tau }{2}}\right)}e^{-i2\pi \tau \,f}\,d\tau \\&=\int _{-\infty }^{\infty }e^{-i2\pi \tau \left(fk\right)}\,d\tau \\&=\delta (fk).\end{aligned}}}
เมื่อสัญญาณอินพุตเป็นฟังก์ชันชิปเชิง เส้น ความถี่ทันทีจะเป็นฟังก์ชันเชิงเส้น ซึ่งหมายความว่าการกระจายความถี่ตามเวลาควรเป็นเส้นตรง ตัวอย่างเช่น ถ้า
x ( ที ) = อี ฉัน 2 π เค ที 2 {\displaystyle x(t)=e^{i2\pi kt^{2}}} ,ดังนั้นความถี่ทันทีของมันคือ
1 2 π ง ( 2 π เค ที 2 ) ง ที = 2 เค ที , {\displaystyle {\frac {1}{2\pi }}{\frac {d(2\pi kt^{2})}{dt}}=2kt~,} และ WDF ของมัน
ว x ( ที , เอฟ ) = ∫ − ∞ ∞ อี ฉัน 2 π เค ( ที + τ 2 ) 2 อี − ฉัน 2 π เค ( ที − τ 2 ) 2 อี − ฉัน 2 π τ เอฟ ง τ = ∫ − ∞ ∞ อี ฉัน 4 π เค ที τ อี − ฉัน 2 π τ เอฟ ง τ = ∫ − ∞ ∞ อี − ฉัน 2 π τ ( เอฟ − 2 เค ที ) ง τ = δ ( เอฟ − 2 เค ที ) . {\displaystyle {\begin{aligned}W_{x}(t,f)&=\int _{-\infty }^{\infty }e^{i2\pi k\left(t+{\frac {\tau }{2}}\right)^{2}}e^{-i2\pi k\left(t-{\frac {\tau }{2}}\right)^{2}}e^{-i2\pi \tau \,f}\,d\tau \\&=\int _{-\infty }^{\infty }e^{i4\pi kt\tau }e^{-i2\pi \tau f}\,d\tau \\&=\int _{-\infty }^{\infty }e^{-i2\pi \tau (f-2kt)}\,d\tau \\&=\delta (f-2kt)~.\end{aligned}}}
เมื่อสัญญาณอินพุตเป็นฟังก์ชันเดลต้า เนื่องจากมีค่าไม่เป็นศูนย์เฉพาะที่ t=0 และประกอบด้วยส่วนประกอบความถี่อนันต์ ดังนั้นการกระจายความถี่ตามเวลาของสัญญาณควรเป็นเส้นตรงแนวตั้งที่ผ่านจุดกำเนิด ซึ่งหมายความว่าการกระจายความถี่ตามเวลาของฟังก์ชันเดลต้าก็ควรเป็นฟังก์ชันเดลต้าเช่นกัน ตาม WDF
ว x ( ที , เอฟ ) = ∫ − ∞ ∞ δ ( ที + τ 2 ) δ ( ที − τ 2 ) อี − ฉัน 2 π τ เอฟ ง τ = 4 ∫ − ∞ ∞ δ ( 2 ที + τ ) δ ( 2 ที − τ ) อี − ฉัน 2 π τ เอฟ ง τ = 4 δ ( 4 ที ) อี ฉัน 4 π ที เอฟ = δ ( ที ) อี ฉัน 4 π ที เอฟ = δ ( ที ) . {\displaystyle {\begin{aligned}W_{x}(t,f)&=\int _{-\infty }^{\infty }\delta \left(t+{\frac {\tau }{2}}\right)\delta \left(t-{\frac {\tau }{2}}\right)e^{-i2\pi \tau \,f}\,d\tau \\&=4\int _{-\infty }^{\infty }\delta (2t+\tau )\delta (2t-\tau )e^{-i2\pi \tau f}\,d\tau \\&=4\delta (4t)e^{i4\pi tf}\\&=\delta (t)e^{i4\pi tf}\\&=\เดลต้า (t).\end{aligned}}} ฟังก์ชันการกระจายของวิกเนอร์ (Wigner distribution function) เหมาะที่สุดสำหรับการวิเคราะห์เวลา-ความถี่เมื่อเฟสของสัญญาณอินพุตอยู่ในลำดับที่ 2 หรือต่ำกว่า สำหรับสัญญาณเหล่านั้น WDF สามารถสร้างการกระจายเวลา-ความถี่ของสัญญาณอินพุตได้อย่างแม่นยำ
ฟังก์ชันตู้สินค้า x ( ที ) = { 1 | ที | < 1 / 2 0 มิฉะนั้น {\displaystyle x(t)={\begin{cases}1&|t|<1/2\\0&{\text{otherwise}}\end{cases}}\qquad } ,ฟังก์ชันสี่เหลี่ยมผืนผ้า ⇒
ว x ( ที , เอฟ ) = { 1 π เอฟ บาป ( 2 π เอฟ { 1 − 2 | ที | } ) | ที | < 1 / 2 0 มิฉะนั้น {\displaystyle W_{x}(t,f)={\begin{cases}{\frac {1}{\pi f}}\sin(2\pi f\{1-2|t|\})&|t|<1/2\\0&{\mbox{otherwise}}\end{cases}}}
คุณสมบัติครอสเทอร์ม ฟังก์ชันการกระจายของวิกเนอร์ไม่ใช่การแปลงเชิงเส้น เทอมไขว้ ("จังหวะเวลา") เกิดขึ้นเมื่อมีส่วนประกอบมากกว่าหนึ่งส่วนในสัญญาณอินพุต ซึ่งคล้ายคลึงกับจังหวะความถี่ ใน เวลา [ 1 ] ใน การกระจายความน่าจะเป็นแบบกึ่งวิกเนอร์ ในฟิสิกส์ดั้งเดิมเทอมนี้มีผลทางฟิสิกส์ที่สำคัญและมีประโยชน์ ซึ่งจำเป็นสำหรับค่าคาดหวังที่เที่ยงตรง ในทางตรงกันข้าม การแปลงฟูริเยร์ในช่วงเวลาสั้น ๆ ไม่มีคุณลักษณะนี้ คุณลักษณะเชิงลบของ WDF สะท้อนถึงขีดจำกัดกาบอร์ ของสัญญาณคลาสสิกและไม่เกี่ยวข้องทางกายภาพกับโครงสร้างควอนตัมพื้นฐานใด ๆ ที่เป็นไปได้
ฟังก์ชันการกระจายของวิกเนอร์ (Wigner distribution function) ของผลรวมของ ส่วนประกอบ เกาส์เซียน สองส่วน ประกอบด้วยเทอมอัตโนมัติสองเทอมและเทอมไขว้หนึ่งเทอมอยู่ตรงกลาง การเปลี่ยนแปลงเฟสสัมพัทธ์ระหว่างส่วนประกอบจะมีผลต่อเทอมไขว้เท่านั้น ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างบางส่วนที่แสดงให้เห็นถึงลักษณะเฉพาะของพจน์ไขว้ในฟังก์ชันการแจกแจงวิกเนอร์
x ( ที ) = { คอส ( 2 π ที ) ที ≤ − 2 คอส ( 4 π ที ) − 2 < ที ≤ 2 คอส ( 3 π ที ) ที > 2 {\displaystyle x(t)={\begin{cases}\cos(2\pi t)&t\leq -2\\\cos(4\pi t)&-2<t\leq 2\\\cos(3\pi t)&t>2\end{cases}}} x ( ที ) = อี ฉัน ที 3 {\displaystyle x(t)=e^{it^{3}}} เพื่อลดความยากลำบากของเทอมไขว้ ได้มีการเสนอแนวทางต่างๆ ไว้ในเอกสาร[ 2 ] [ 3 ] ซึ่งบางส่วนนำไปสู่การแปลงใหม่ เช่นฟังก์ชันการกระจาย Wigner ที่แก้ไข การแปลง Gabor –Wigner ฟังก์ชันการกระจาย Choi-Williams และการกระจายคลาสของ Cohen
คุณสมบัติของฟังก์ชันการแจกแจงวิกเนอร์ ฟังก์ชันการแจกแจงวิกเนอร์มีคุณสมบัติที่เห็นได้ชัดหลายประการดังแสดงในตารางต่อไปนี้
คุณสมบัติการฉายภาพ | x ( ที ) | 2 = ∫ − ∞ ∞ ว x ( ที , เอฟ ) ง เอฟ | X ( เอฟ ) | 2 = ∫ − ∞ ∞ ว x ( ที , เอฟ ) ง ที {\displaystyle {\begin{aligned}|x(t)|^{2}&=\int _{-\infty }^{\infty }W_{x}(t,f)\,df\\|X(f)|^{2}&=\int _{-\infty }^{\infty }W_{x}(t,f)\,dt\end{aligned}}} คุณสมบัติทางพลังงาน ∫ − ∞ ∞ ∫ − ∞ ∞ W x ( t , f ) d f d t = ∫ − ∞ ∞ | x ( t ) | 2 d t = ∫ − ∞ ∞ | X ( f ) | 2 d f {\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }\int _{-\infty }^{\infty }W_{x}(t,f)\,df\,dt=\int _{-\infty }^{\infty }|x(t)|^{2}\,dt=\int _{-\infty }^{\infty }|X(f)|^{2}\,df} คุณสมบัติการฟื้นฟู ∫ − ∞ ∞ W x ( t 2 , f ) e i 2 π f t d f = x ( t ) x ∗ ( 0 ) ∫ − ∞ ∞ W x ( t , f 2 ) e i 2 π f t d t = X ( f ) X ∗ ( 0 ) {\displaystyle {\begin{aligned}\int _{-\infty }^{\infty }W_{x}\left({\frac {t}{2}},f\right)e^{i2\pi ft}\,df&=x(t)x^{*}(0)\\\int _{-\infty }^{\infty }W_{x}\left(t,{\frac {f}{2}}\right)e^{i2\pi ft}\,dt&=X(f)X^{*}(0)\end{aligned}}} ความถี่เฉลี่ยของสภาวะและเวลาเฉลี่ยของสภาวะ X ( f ) = | X ( f ) | e i 2 π ψ ( f ) , x ( t ) = | x ( t ) | e i 2 π ϕ ( t ) , if ϕ ′ ( t ) = | x ( t ) | − 2 ∫ − ∞ ∞ f W x ( t , f ) d f and − ψ ′ ( f ) = | X ( f ) | − 2 ∫ − ∞ ∞ t W x ( t , f ) d t {\displaystyle {\begin{aligned}X(f)&=|X(f)|e^{i2\pi \psi (f)},\quad x(t)=|x(t)|e^{i2\pi \phi (t)},\\{\text{if }}\phi '(t)&=|x(t)|^{-2}\int _{-\infty }^{\infty }fW_{x}(t,f)\,df\\{\text{ and }}-\psi '(f)&=|X(f)|^{-2}\int _{-\infty }^{\infty }tW_{x}(t,f)\,dt\end{aligned}}} คุณสมบัติของโมเมนต์ ∫ − ∞ ∞ ∫ − ∞ ∞ t n W x ( t , f ) d t d f = ∫ − ∞ ∞ t n | x ( t ) | 2 d t ∫ − ∞ ∞ ∫ − ∞ ∞ f n W x ( t , f ) d t d f = ∫ − ∞ ∞ f n | X ( f ) | 2 d f {\displaystyle {\begin{aligned}\int _{-\infty }^{\infty }\int _{-\infty }^{\infty }t^{n}W_{x}(t,f)\,dt\,df&=\int _{-\infty }^{\infty }t^{n}|x(t)|^{2}\,dt\\\int _{-\infty }^{\infty }\int _{-\infty }^{\infty }f^{n}W_{x}(t,f)\,dt\,df&=\int _{-\infty }^{\infty }f^{n}|X(f)|^{2}\,df\end{aligned}}} อสังหาริมทรัพย์ W x ∗ ( t , f ) = W x ( t , f ) {\displaystyle W_{x}^{*}(t,f)=W_{x}(t,f)} ทรัพย์สินในภูมิภาค If x ( t ) = 0 for t > t 0 then W x ( t , f ) = 0 for t > t 0 If x ( t ) = 0 for t < t 0 then W x ( t , f ) = 0 for t < t 0 {\displaystyle {\begin{aligned}{\text{If }}x(t)&=0{\text{ for }}t>t_{0}{\text{ then }}W_{x}(t,f)=0{\text{ for }}t>t_{0}\\{\text{If }}x(t)&=0{\text{ for }}t<t_{0}{\text{ then }}W_{x}(t,f)=0{\text{ for }}t<t_{0}\end{aligned}}} ทฤษฎีบทการคูณ If y ( t ) = x ( t ) h ( t ) then W y ( t , f ) = ∫ − ∞ ∞ W x ( t , ρ ) W h ( t , f − ρ ) d ρ {\displaystyle {\begin{aligned}{\text{If }}y(t)&=x(t)h(t)\\{\text{then }}W_{y}(t,f)&=\int _{-\infty }^{\infty }W_{x}(t,\rho )W_{h}(t,f-\rho )\,d\rho \end{aligned}}} ทฤษฎีบทการสังเคราะห์ If y ( t ) = ∫ − ∞ ∞ x ( t − τ ) h ( τ ) d τ then W y ( t , f ) = ∫ − ∞ ∞ W x ( ρ , f ) W h ( t − ρ , f ) d ρ {\displaystyle {\begin{aligned}{\text{If }}y(t)&=\int _{-\infty }^{\infty }x(t-\tau )h(\tau )\,d\tau \\{\text{then }}W_{y}(t,f)&=\int _{-\infty }^{\infty }W_{x}(\rho ,f)W_{h}(t-\rho ,f)\,d\rho \end{aligned}}} ทฤษฎีความสัมพันธ์ If y ( t ) = ∫ − ∞ ∞ x ( t + τ ) h ∗ ( τ ) d τ then W y ( t , ω ) = ∫ − ∞ ∞ W x ( ρ , ω ) W h ( − t + ρ , ω ) d ρ {\displaystyle {\begin{aligned}{\text{If }}y(t)&=\int _{-\infty }^{\infty }x(t+\tau )h^{*}(\tau )\,d\tau {\text{ then }}\\W_{y}(t,\omega )&=\int _{-\infty }^{\infty }W_{x}(\rho ,\omega )W_{h}(-t+\rho ,\omega )\,d\rho \end{aligned}}} ความแปรปรวนร่วมแบบเลื่อนเวลา If y ( t ) = x ( t − t 0 ) then W y ( t , f ) = W x ( t − t 0 , f ) {\displaystyle {\begin{aligned}{\text{If }}y(t)&=x(t-t_{0})\\{\text{then }}W_{y}(t,f)&=W_{x}(t-t_{0},f)\end{aligned}}} ความแปรปรวนร่วมของการปรับเปลี่ยน If y ( t ) = e i 2 π f 0 t x ( t ) then W y ( t , f ) = W x ( t , f − f 0 ) {\displaystyle {\begin{aligned}{\text{If }}y(t)&=e^{i2\pi f_{0}t}x(t)\\{\text{then }}W_{y}(t,f)&=W_{x}(t,f-f_{0})\end{aligned}}} ความแปรปรวนของมาตราส่วน If y ( t ) = a x ( a t ) for some a > 0 then then W y ( t , f ) = W x ( a t , f a ) {\displaystyle {\begin{aligned}{\text{If }}y(t)&={\sqrt {a}}x(at){\text{ for some }}a>0{\text{ then }}\\{\text{then }}W_{y}(t,f)&=W_{x}(at,{\frac {f}{a}})\end{aligned}}}
ฟังก์ชันการกระจายวิกเนอร์แบบมีหน้าต่าง เมื่อสัญญาณไม่จำกัดเวลา ฟังก์ชันการกระจายวิกเนอร์ (Wigner Distribution Function) ของสัญญาณนั้นยากต่อการนำไปใช้ ดังนั้นเราจึงเพิ่มฟังก์ชันใหม่ (มาสก์) เข้าไปในส่วนการอินทิเกรต เพื่อให้เราต้องนำฟังก์ชันเดิมไปใช้เพียงบางส่วนแทนที่จะอินทิเกรตตั้งแต่ลบอนันต์ไปจนถึงบวกอนันต์
ฟังก์ชันดั้งเดิม:
W x ( t , f ) = ∫ − ∞ ∞ x ( t + τ 2 ) ⋅ x ∗ ( t − τ 2 ) e − j 2 π τ f ⋅ d τ {\displaystyle W_{x}(t,f)=\int _{-\infty }^{\infty }x\left(t+{\frac {\tau }{2}}\right)\cdot x^{*}\left(t-{\frac {\tau }{2}}\right)e^{-j2\pi \tau f}\cdot d\tau } ใช้งานร่วมกับหน้ากาก:
W x ( t , f ) = ∫ − ∞ ∞ w ( τ ) x ( t + τ 2 ) ⋅ x ∗ ( t − τ 2 ) e − j 2 π τ f ⋅ d τ {\displaystyle W_{x}(t,f)=\int _{-\infty }^{\infty }w(\tau )x\left(t+{\frac {\tau }{2}}\right)\cdot x^{*}\left(t-{\frac {\tau }{2}}\right)e^{-j2\pi \tau f}\cdot d\tau } อยู่ ที่ไหนจริงและมีกำหนดเวลา w ( τ ) {\displaystyle w(\tau )}
การดำเนินการ ตามคำจำกัดความ: W x ( t , f ) = ∫ − ∞ ∞ w ( τ ) x ( t + τ 2 ) ⋅ x ∗ ( t − τ 2 ) e − j 2 π τ f ⋅ d τ W x ( t , f ) = 2 ∫ − ∞ ∞ w ( 2 τ ′ ) x ( t + τ ′ ) ⋅ x ∗ ( t − τ ′ ) e − j 4 π τ ′ f ⋅ d τ ′ W x ( n Δ t , m Δ f ) = 2 ∑ p = − ∞ ∞ w ( 2 p Δ t ) x ( ( n + p ) Δ t ) x ∗ ( ( n − p ) Δ t ) e − j 4 π m p Δ t Δ f Δ t {\displaystyle {\begin{aligned}W_{x}(t,f)=\int _{-\infty }^{\infty }w(\tau )x\left(t+{\frac {\tau }{2}}\right)\cdot x^{*}\left(t-{\frac {\tau }{2}}\right)e^{-j2\pi \tau f}\cdot d\tau \\W_{x}(t,f)=2\int _{-\infty }^{\infty }w(2\tau ')x\left(t+\tau '\right)\cdot x^{*}\left(t-\tau '\right)e^{-j4\pi \tau 'f}\cdot d\tau '\\W_{x}(n\Delta _{t},m\Delta _{f})=2\sum _{p=-\infty }^{\infty }w(2p\Delta _{t})x((n+p)\Delta _{t})x^{\ast }((n-p)\Delta _{t})e^{-j4\pi mp\Delta _{t}\Delta _{f}}\Delta _{t}\end{aligned}}} สมมติว่าสำหรับและw ( t ) = 0 {\displaystyle w(t)=0} | t | > B → w ( 2 p Δ t ) = 0 {\displaystyle |t|>B\rightarrow w(2p\Delta _{t})=0} p < − Q {\displaystyle p<-Q} p > Q {\displaystyle p>Q} W x ( n Δ t , m Δ f ) = 2 ∑ p = − Q Q w ( 2 p Δ t ) x ( ( n + p ) Δ t ) x ∗ ( ( n − p ) Δ t ) e − j 4 π m p Δ t Δ f Δ t {\displaystyle {\begin{aligned}W_{x}(n\Delta _{t},m\Delta _{f})=2\sum _{p=-Q}^{Q}w(2p\Delta _{t})x((n+p)\Delta _{t})x^{\ast }((n-p)\Delta _{t})e^{-j4\pi mp\Delta _{t}\Delta _{f}}\Delta _{t}\end{aligned}}} เรายกตัวอย่างดังนี้x ( t ) = δ ( t − t 1 ) + δ ( t − t 2 ) {\displaystyle x(t)=\delta (t-t_{1})+\delta (t-t_{2})} W x ( t , f ) = ∫ − ∞ ∞ w ( τ ) x ( t + τ 2 ) ⋅ x ∗ ( t − τ 2 ) e − j 2 π τ f ⋅ d τ , {\displaystyle {\begin{aligned}W_{x}(t,f)=\int _{-\infty }^{\infty }w(\tau )x\left(t+{\frac {\tau }{2}}\right)\cdot x^{*}\left(t-{\frac {\tau }{2}}\right)e^{-j2\pi \tau f}\cdot d\tau \,,\end{aligned}}} ฟังก์ชันจริงอยู่ที่ไหนw ( τ ) {\displaystyle w(\tau )} จากนั้นเราจะเปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างสองสภาวะ ในอุดมคติ:W x ( t , f ) = 0 , for t ≠ t 2 , t 1 {\displaystyle W_{x}(t,f)=0,{\text{ for }}t\neq t_{2},t_{1}} เมื่อฟังก์ชันมาสก์ทำงานซึ่งหมายความว่าไม่มีฟังก์ชันมาสก์w ( τ ) = 1 {\displaystyle w(\tau )=1} y ( t , τ ) = x ( t + τ 2 ) {\displaystyle y(t,\tau )=x(t+{\frac {\tau }{2}})} y ∗ ( t , − τ ) = x ∗ ( t − τ 2 ) {\displaystyle y^{*}(t,-\tau )=x^{*}(t-{\frac {\tau }{2}})} W x ( t , f ) = ∫ − ∞ ∞ x ( t + τ 2 ) x ∗ ( t − τ 2 ) e − j 2 π τ f d τ {\displaystyle W_{x}(t,f)=\int _{-\infty }^{\infty }x(t+{\frac {\tau }{2}})x^{*}(t-{\frac {\tau }{2}})e^{-j2\pi \tau f}d\tau } = ∫ − ∞ ∞ [ δ ( t + τ 2 − t 1 ) + δ ( t + τ 2 − t 2 ) ] [ δ ( t − τ 2 − t 1 ) + δ ( t − τ 2 − t 2 ) ] e − j 2 π τ f ⋅ d τ {\displaystyle =\int _{-\infty }^{\infty }[\delta (t+{\frac {\tau }{2}}-t_{1})+\delta (t+{\frac {\tau }{2}}-t_{2})][\delta (t-{\frac {\tau }{2}}-t_{1})+\delta (t-{\frac {\tau }{2}}-t_{2})]e^{-j2\pi \tau f}\cdot d\tau } = 4 ∫ − ∞ ∞ [ δ ( 2 t + τ − 2 t 1 ) + δ ( 2 t + τ − 2 t 2 ) ] [ δ ( 2 t − τ − 2 t 1 ) + δ ( 2 t − τ − 2 t 2 ) ] e j 2 π τ f ⋅ d τ {\displaystyle =4\int _{-\infty }^{\infty }[\delta (2t+\tau -2t_{1})+\delta (2t+\tau -2t_{2})][\delta (2t-\tau -2t_{1})+\delta (2t-\tau -2t_{2})]e^{j2\pi \tau f}\cdot d\tau }
3 เงื่อนไข จากนั้นเราจะพิจารณาเงื่อนไขที่มีฟังก์ชันมาสก์: เราจะเห็นว่าค่าของ x(t) อยู่ระหว่าง –B ถึง B เท่านั้น ดังนั้นการดำเนินการดังกล่าวจึงสามารถกำจัดพจน์ไขว้ของฟังก์ชันได้ แต่ถ้า x(t) ไม่ใช่ฟังก์ชันเดลต้าหรือฟังก์ชันความถี่แคบ แต่เป็นฟังก์ชันที่มีความถี่กว้างหรือมีระลอกคลื่น ขอบของสัญญาณอาจยังคงอยู่ระหว่าง –B และ B ซึ่งยังคงทำให้เกิดปัญหาพจน์ไขว้w ( τ ) {\displaystyle w(\tau )} w ( τ ) {\displaystyle w(\tau )} ตัวอย่างเช่น:
ดูเพิ่มเติม
อ่านเพิ่มเติม Wigner, E. (1932). "เกี่ยวกับการแก้ไขควอนตัมสำหรับสมดุลทางเทอร์โมไดนามิก" (PDF) . Physical Review . 40 (5): 749– 759. Bibcode : 1932PhRv...40..749W . doi : 10.1103/PhysRev.40.749 . hdl : 10338.dmlcz/141466 . J. Ville , 1948. "Théorie et Applications de la Notion de Signal Analytique", Câbles et Transmission , 2 , 61–74. TACM Classen และ WFG Mecklenbrauker, 1980. "การกระจายแบบวิกเนอร์ - เครื่องมือสำหรับการวิเคราะห์สัญญาณเวลา-ความถี่; ตอนที่ 1," Philips J. Res., เล่มที่ 35, หน้า 217–250. L. Cohen (1989): Proceedings of the IEEE 77 หน้า 941–981, การกระจายความถี่ตามเวลา—บทวิจารณ์ L. Cohen, การวิเคราะห์เวลา-ความถี่ , Prentice-Hall, นิวยอร์ก, 1995. ISBN 978-0135945322 S. Qian และ D. Chen, การวิเคราะห์เวลา-ความถี่ร่วม: วิธีการและการประยุกต์ใช้ , บทที่ 5, Prentice Hall, NJ, 1996 B. Boashash, "หมายเหตุเกี่ยวกับการใช้การแจกแจงวิกเนอร์สำหรับการวิเคราะห์สัญญาณเวลา-ความถี่", IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing , Vol. 36 , No. 9, pp. 1518–1521, กันยายน 1988. doi : 10.1109/29.90380 . B. Boashash, บรรณาธิการ, การวิเคราะห์และประมวลผลสัญญาณเวลา-ความถี่ – เอกสารอ้างอิงที่ครอบคลุม , Elsevier Science, Oxford, 2003, ISBN 0-08-044335-4 . F. Hlawatsch, GF Boudreaux-Bartels : "การแสดงสัญญาณเวลา-ความถี่เชิงเส้นและเชิงกำลังสอง" IEEE Signal Processing Magazine, หน้า 21–67, เม.ย. 1992 RL Allen และ DW Mills, การวิเคราะห์สัญญาณ: เวลา ความถี่ มาตราส่วน และโครงสร้าง , Wiley-Interscience, NJ, 2004 เจียน-จิวน์ ติง, บันทึกการเรียนเรื่องการวิเคราะห์ความถี่เวลาและการแปลงเวฟเล็ต, ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า, มหาวิทยาลัยแห่งชาติไต้หวัน (NTU), ไทเป, ไต้หวัน, 2015 Kakofengitis, D. และ Steuernagel, O. (2017). "กระแสควอนตัมเฟสสเปซของวิกเนอร์ในระบบสองสถานะที่ถูกกระตุ้นอย่างอ่อนและไม่เป็นเชิงเส้นอย่างอ่อน" European Physical Journal Plus 14.07.2017
ลิงก์ภายนอก วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับฟังก์ชันการกระจายของวิกเนอ ร์
ค้นหาคำว่า "ฟังก์ชันการแจกแจงวิกเนอร์" ในวิกิพีเดีย ซึ่งเป็นพจนานุกรมออนไลน์ฟรี
โปรแกรม Sonogram Visible Speech เป็นซอฟต์แวร์ฟรีที่ได้รับอนุญาตภายใต้ GPL สำหรับการแยกแยะภาพจาก Wigner Distribution