
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


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文檔簡(jiǎn)介
Autumn
2015信號(hào)與系統(tǒng)Chapter
5The
D-T
FourierTransform離散時(shí)間傅里葉變換Lecture
5-2于源,yu
回顧: DTFT
vs.
CTFT??[??]單元信號(hào)????????時(shí)域周期、頻域周期(????)分析公式∞??(??????)
=
??[??]???????????=?∞頻域連續(xù)、周期(????)??(??)????????時(shí)域周期、頻域非周期∞??(????)
=
??(??)??????????????∞頻域連續(xù)、非周期(一般)綜合公式??[??]
=????????(??????)??????????????????(??)
=??1信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015????∞??(????)?????????????∞2信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015離散時(shí)間非周期信號(hào)的傅里葉變換典型D-T非周期信號(hào)的傅里葉變換離散時(shí)間周期信號(hào)的傅里葉變換離散時(shí)間傅里葉變換的性質(zhì)離散時(shí)間傅里葉變換的卷積和相乘性質(zhì)對(duì)偶性線性差分方程描述D-T
LTI系統(tǒng)3.1
周期信號(hào)頻域描述:
從DTFS
到DTFT周期信號(hào)的D-T傅里葉級(jí)數(shù)周期信號(hào)的D-T傅里葉變換把周期信號(hào)與非周期信號(hào)的頻域分析方法
起來(lái):用”幅度密度”和”相位”表征頻率分量信息??
??
=????
=????????????????????
=??????????(????
??)????=
????=
????
??
???????(????
??)????=
??3信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015回顧:
連續(xù)時(shí)間周期信號(hào)的CTFT∞??
????
??
=
????????
??(??
?
??????)??=?∞∞4信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015=??=?∞連續(xù)時(shí)間周期信號(hào)傅里葉變換是:一系列位于諧波頻率的離散沖激序列,沖激的“復(fù)振幅”包絡(luò)等于非周期中心脈沖傅里葉變換乘以頻譜間隔????(????????)????
??(??
?
??????)3.2
周期復(fù)指數(shù)信號(hào)??????????
的DTFT??????????
?
??????(??
?
????
?
??????)??=?∞= ??(??
?
????)??????????????
=
??????????2??∞???1∞??2??
?? ??
???
?2??????=?∞2??2????1= 2????(??
?
??
)????????
????信號(hào)與系統(tǒng)課程組?20155????[??]
=??????????????????=
??3.3
一般離散時(shí)間周期信號(hào)的DTFT??{????[??]}
=??????
??????????????=
??∞??=
??=??????????(??
?
??????
?
??????)??=?∞∞??=
??
??=?∞∞??????????(??
?
??????)??=?∞=??????????(??
?
(??
+
????)????)=??????
=
????????
=
????+????????????∞?
??????(??
?
????
?
??????)??=?∞6信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015CTFT
for
C-T
Periodic
Signals∞??
????
??
=
????????
??(??
?
??????)??=?∞D(zhuǎn)TFT
for
D-T
Periodic
Signals∞??
????[??]
=
????????
??(??
?
??????)??=?∞可以看出:周期信號(hào)的CTFT和DTFT具有相同的數(shù)學(xué)形式7信號(hào)與系統(tǒng)課程組?20153.3
一般離散時(shí)間周期信號(hào)的DTFT:
周期信號(hào)的幅度譜&
幅度密度譜傅里葉級(jí)數(shù)給出了C-T/D-T周期信號(hào)的諧波頻率分量的幅度,其數(shù)值通常為非零有限值幅度@
??????:
????
≡
????
or
????傅里葉變換給出的是各諧波分量“幅度密度”版本的幅度信息幅度密度
@
??????:??????????
???????→?????=
??????????(??
?
??????)8信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015CTFS:CTFT:????????????C-T:????(??)??(??)
=
??????????(??)????
=
????
????
=
??.
??,
??
=
??????:
周期信號(hào)的幅度譜&
幅度密度譜9信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015CTFS:CTFT:????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????:
周期信號(hào)的幅度譜&
幅度密度譜10信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015DTFS:DTFT:????????(??????)D-T:????[??]????
=
??,
??
=
??????????:
周期信號(hào)的幅度譜&
幅度密度譜11信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015????DTFS:DTFT:????????(??????)???????????????????????????????????????
?????????????????????????:
周期信號(hào)的幅度譜&
幅度密度譜12信號(hào)與系統(tǒng)課程組?201513信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015離散時(shí)間非周期信號(hào)的傅里葉變換典型D-T非周期信號(hào)的傅里葉變換離散時(shí)間周期信號(hào)的傅里葉變換離散時(shí)間傅里葉變換的性質(zhì)離散時(shí)間傅里葉變換的卷積和相乘性質(zhì)對(duì)偶性線性差分方程描述D-T
LTI系統(tǒng)4.1
Periodicity
&
LinearityLinearity
(線性)????????????[??]
+
????[??]
????
??????+
????
????????
????(??+????)=
??
??????Periodicity
(周期性)14信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015??
??
?
?????????????????????????
????????
??
????????????????????
????(???????)4.2 Time
&
Frequency
Shifting
(時(shí)域/頻域平移)??(??
?
??
)?????????????????????
????????????????(??)???????????? ??(??
?
????)一致CT
vs.
DT
:15信號(hào)與系統(tǒng)課程組?20154.3
共軛與共軛對(duì)稱性??
?? =
???
?when
??
is
realIf
??
is
real,
then
??(?)
is
conjugate
symmetric.i.e.??(?)here
is
a
Hermitian
function(厄米函數(shù))???
?????????????
??????????????????
(??)????????一致CT
vs.
DT
:16信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015??????????(??)Real
-
EvenImaginary
-
EvenReal
-
OddImaginary
-
Odd??
????實(shí)偶
實(shí)偶虛偶
虛偶實(shí)奇
虛奇虛奇
實(shí)奇Real
-
EvenImaginary
-
EvenImaginary
-
OddReal
-
Odd4.5
Odd-Even
Imaginary-Real
Symmetry(奇偶虛實(shí)性)??[??]??
??????CT
vs.
DT
????????一致17信號(hào)與系統(tǒng)課程組?20154.4 Time
Differencing
(時(shí)域差分)??
?? ??? ??
?
??????????(??
????????)??
??????????????
????????????????
????????:??
????????18信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015?
????:????4.5
Accumulation
(累加)????[??]??=?∞??????????
????????
?
???????
+
????
??????
??(??
?
??????)∞??=?∞Corresponding
to
DC
oraverage
value????
??
?????∞????????
??
????????+
????(??)??(??)????:??
?????????
????:????DTFT
的周期性19信號(hào)與系統(tǒng)課程組?20154.6
Differentiation
in
Frequency(頻域微分)???????
??????????????????
?????????????(??)????????????????
????CT
vs.DT:
一致20信號(hào)與系統(tǒng)課程組?20154.7 Time
Reversal(時(shí)域反褶)??
?????????????
?????????(???)??????????
?????CT
vs.DT:
一致21信號(hào)與系統(tǒng)課程組?20154.8 Time
Expansion(時(shí)域擴(kuò)展)??(??)
??=??
??/??
,??,22信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015??/??
∈
?others??:擴(kuò)展系數(shù),??=??,??,
??,…??[??]??(??)[??]??[??]??(??)[??]Padding
zeros
(補(bǔ)零)4.8 Time
Expansion(時(shí)域擴(kuò)展)23信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015??(??)??
=??
??/??
,??,??/??
∈
?others(??)??
????????????
????????4.8 Time
Expansion(時(shí)域擴(kuò)展)??-fold
time
expansion,
??-fold
frequency
compression(
水平方向:時(shí)域擴(kuò)展
??
倍,頻域壓縮
??
倍
)CT
vs.DT:
一致24信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015??
=
????
=
??4.8 Time
E低頻:
數(shù)值為偶數(shù)倍
??
附近的頻率高頻:
數(shù)值為奇數(shù)倍
??
附近的頻率25信號(hào)與系統(tǒng)課程組?20154.9
Parseval’s
relation(帕斯瓦爾定理)????????????[??]
=??(??????)????????????=??=
??????????(??????)
????
????????頻率分量幅度??(??????)????????對(duì)頻率分量??????
??????
????
?
????????平均功率:??(??????)=??
????????????????(通常趨零)??
????????→∞= lim
????
??????= lim
????→∞??
????????????????=??
????????
????26信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015????能量:4.9
Parseval’s
relation(帕斯瓦爾定理)∞??
????=?∞????????????
=
??
????????????把??=????
范圍內(nèi)所有頻率分量的能量相加,即為能量信號(hào)的總能量27信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015Check
Yourself??[??]??(??)[??]????(??)[??
?
??]例
5.9:
試求
??{??[??]}??
?? =
rect4[??
?
2]??[??]
?
?????2??
sin(5??/2)sin(??/2)??(??)[??]
?
?????4??
sin(5??)sin(??)????(??)[??
?
??]
?
2????????????4??
sin(5??)sin(??)??[??]??
??=
??(??)
?? +
????(??)[??
???]??
??28信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015?
(1
+
2???????)?????4??
sin(5??)sin(??)29信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015離散時(shí)間非周期信號(hào)的傅里葉變換典型D-T非周期信號(hào)的傅里葉變換離散時(shí)間周期信號(hào)的傅里葉變換離散時(shí)間傅里葉變換的性質(zhì)離散時(shí)間傅里葉變換的卷積和相乘性質(zhì)對(duì)偶性線性差分方程描述D-T
LTI系統(tǒng)5.1 DTFT
時(shí)域卷積性質(zhì)??
??????????=
??[??]
?
??[??]
??
??????=
??(??????)??
??????∞??
??
??[??
?
??]??=?∞??[??]??(??????)??(??????)30信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015??[??]
??[??]??(??????)時(shí)域卷積,頻域乘積例
5.11:
時(shí)移系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系:??[??]
?
??[??]
???[??]??[??]??[??]??
?? =
??[??
?
????]系統(tǒng)頻響特性:??
??????
=
?? ??
??
?
????=
???????????=
??
????????
??????
??
??????=
?????????????
????????
??=
??????????????????
??????=
??[??
?
????]??5.1 DTFT
時(shí)域卷積性質(zhì)??[??]
?
??31信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015??[??]??????(??????)??[??]??????(??????)例
5.14: Find
the
frequency
response
??
??????(???)??
(???)????
???
??
???????????where
??????(??????)
is
a
ideal
loss
filter
with
????
=
??/????????(??????)??5.1 DTFT
時(shí)域卷積性質(zhì)32信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015??[??]??????(??????)??[??]??????(??????)(???)??????[??](???)??????[??]
????[??]????[??]??????????(??????)
=
??????
??(??????)????
?? =
(???)????[??]
=
??????????[??]????(??????)
=
??(????(?????))????(??????)
=
??????(??????)????(??????)????(??????)
=
????(????(?????))
=
??????=
??????????
?????????
???????(????(???????))??(??????)(???)??=
????????Frequency
shift33信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015??[??]??????(??????)??[??]??????(??????)(???)??????[??](???)??????[??]
????[??]????[??]??
??????=
??????????+
??????????=
??????????
???????
??????=??????????
?????+
??????+
??????????????????
??
????????
????????
??????=??
????????
??????=
??????????
?????+
????????????34信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015?
??
????
?????????????????(??????)????
??
????
?????????????(??????)??????????
????????????=
??????
+
??????????
?????Lo ss
+Highpass
=Bandstop(帶阻)?35信號(hào)與系統(tǒng)課程組?20155.2 DTFT
時(shí)域相乘性質(zhì)??
??=
??
??
??
????????????
????????????=??????
????????
????(?????)????Periodic
convolution(周期卷積)36信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015例
5.15: Find
??
??[??]??
?? =
????
??
????
????????
??????=
??
?
??
??
??
????
??????
????????
????????????=
??
???????????
????=
????????(??????)
with
????
=????????
??????????????=
??
???????????
????=
????????(??????)
with
????
=??????????????????∞=??=?∞??????????????
(??
???????)
?37信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015??????(??????)????理想低通濾波器5.2 DTFT
時(shí)域相乘性質(zhì)??
????????????????=??????????
????????(?????)????????????????????????????
?
???????????????????
??????????????????????????????????如果能把
??
式的周期卷積轉(zhuǎn)化為求常規(guī)卷積(積分上下限為±∞),可以簡(jiǎn)化計(jì)算。38信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015(??)周期卷積轉(zhuǎn)換為
常規(guī)卷積39信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015令????????
??
=????,
???
<
??
<
??其他??
??????=????????????????????????(?????)?????????????????????
???????
?
??????????????????????????????,?????????∞?????∞=??????????????????
(?????)????±∞區(qū)間積分常規(guī)卷積???????????
?????0.50.25??
??????40信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015??????????????????????
?
???????????????????
?????????????????????????????????????????????
?????0.50.25??
??????41?????????
??
?
????
?????????
?????????????????
??????=??????∞?????∞??????????????
(?????)??????
?????????????
????
?
????
??????5.2 DTFT
時(shí)域相乘性質(zhì)421.離散時(shí)間非周期信號(hào)的傅里葉變換典型D-T非周期信號(hào)的傅里葉變換離散時(shí)間周期信號(hào)的傅里葉變換離散時(shí)間傅里葉變換的性質(zhì)離散時(shí)間傅里葉變換的卷積和相乘性質(zhì)對(duì)偶性線性差分方程描述D-T
LTI系統(tǒng)信號(hào)與系統(tǒng)課程組?20156.1
對(duì)偶性情況CTFT連續(xù)時(shí)間傅里葉變換DTFS離散時(shí)間傅里葉級(jí)數(shù)分析公式∞??(????)
=??(??)??????????????∞??????
=
????=
????
??
?????????????綜合公式??(??)
=???????∞∞??(????)????????
??????[??]
=??=
??????????????????對(duì)偶性??
?? ?
??
??????
?? ?
??????
?????[??]
?
?????????? ?
??
??
???利用分析/綜合公式的數(shù)學(xué)對(duì)偶性,通過(guò)變量代換即可獲得時(shí)頻域波形的對(duì)偶性6.1
對(duì)偶性情況DTFT離散時(shí)間傅里葉變換CTFS連續(xù)時(shí)間傅里葉級(jí)數(shù)分析公式∞??(??????)
=??=?∞??[??]?????????????????
=
????
??
?????????????????綜合公式????????????[??]
=??(??????)????????????∞??
??
=??=?∞????????????????兩者各自的分析/綜合公式間沒(méi)有數(shù)學(xué)對(duì)偶性,時(shí)頻域波形間不再有對(duì)偶性對(duì)偶性但是:DTFT
和CTFS
之間存在某種對(duì)偶性456.2 DTFT
與CTFS
間的對(duì)偶性∞??(??????)
=
??[??]???????????=?∞是頻域內(nèi)以
????
為周期的連續(xù)函數(shù)????
=??????????
?????????????????????????
????????=?∞=??構(gòu)造一個(gè)時(shí)域內(nèi)以
????
為周期的連續(xù)函數(shù)
??(??????)其傅里葉級(jí)數(shù)(??=????,????
=??):∞??????????????[??]
=????????????(??????)????????????由DTFT可知:??(??????)的時(shí)域波形為:????
=
??[???]466.2 DTFT
與CTFS
間的對(duì)偶性上述的分析表明:??????????(??????)若
??
??則??
????????????????[???]利用這一對(duì)偶關(guān)系,可以將DTFT
的若干特性對(duì)偶到CFS
中去;或者反之。信號(hào)與系統(tǒng)課程組?201547小結(jié):對(duì)偶性CTFT??
??
?
??
??????
????
?
??????
???連續(xù)非周期連續(xù)非周期CTFS??
??
?
????連續(xù)周期離散非周期DTFT??[??]
?
??(??????)離散非周期連續(xù)周期DTFS??[??]
?
????????
?
??
??
?????離散周期離散周期??
??????→∞=
??????
????????
????
????????????????(??????)??????????[???]??
????????→∞=
??????
??????小結(jié):對(duì)偶性信號(hào)在時(shí)域的特性和在頻域的特性之間存在以下對(duì)應(yīng)關(guān)系:時(shí)域 頻域周期性離散性非周期新連續(xù)性連續(xù)性周期性離散性非周期性48信號(hào)與系統(tǒng)課程組?2015離散時(shí)間非周期信號(hào)的傅里葉變換典型D-T非周期信號(hào)的傅里葉變換離散時(shí)間周期信號(hào)的傅里葉變換離散時(shí)間傅里葉變換的性質(zhì)離散時(shí)間傅里葉變換的卷積和相乘性質(zhì)對(duì)偶性線性差分方程描述D-T
LTI系統(tǒng)
(
)49信號(hào)與系統(tǒng)課程組?20157.1 A
Useful
Class
of
DT
LTI
Systems??0??[??]
+
??1??[??
?1]
+?
+??????[??
?
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