第2章时域离散信号和系统的频域技巧.ppt

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第2章 时域离散信号和系统的频域分析 2.1 引言 2.2 序列的傅里叶变换的定义及性质 2.3 周期序列的离散傅里叶级数及傅里叶变换表示式 2.4 时域离散信号的傅里叶变换与模拟 信号傅里叶变换之间的关系 2.5 序列的Z变换 2.6 利用Z变换分析信号和系统的频域特性 2.1 引言 信号和系统的分析方法有两种: 时域分析方法、频域分析方法 2.2 序列的傅里叶变换的定义及性质 2.2.1 序列傅里叶变换的定义 为求FT的反变换, 用ejωm乘 2.2.1 式两边, 并在 -π~π内对ω进行积分, 得到 连续信号和离散序列的傅里叶变换的比较 连续 例 2.2.1 设x n RN n , 求x n 的FT 2.2.2 序列傅里叶变换的性质 1. FT的周期性 在定义 2.2.1 式中,n取整数,因此下式成立 2. 线性 4. FT的对称性 共轭对称、共轭反对称及其性质。 设序列xe n 满足下式: 则称xe n 为共轭对称序列。 将xe n 用其实部与虚部表示: 将上式两边n用-n代替,并取共轭,得到 对比上面两公式, 左边相等, 因此得到 因此,对于共轭对称序列: 实部是偶函数,虚部是奇函数 类似地,可定义共轭反对称序列: 将x0 n 表示成实部与虚部如下式: 可以得到 即对于共轭反对称序列: 实部是奇函数,而虚部是偶函数 例 2.2.2 试分析x n e jωn的对称性 解: 将x n 的n用-n代替,再取共轭得到: x* -n e jωn 因此x n x* -n ,x n 是共轭对称序列,如展成实部与虚部,得到 x n cosωn+j sinωn 上式表明: 共轭对称序列的实部是偶函数,虚部是奇函数。 序列可用共轭对称与共轭反对称序列之和表示,即 2.2.16 式中xe n , xo n 可以分别用原序列x n 求出,将 2.2.16 式中的n用-n代替,再取共轭得到 2.2.17 利用 2.2.16 和 2.2.17 两式, 得到 函数X ejω 也等于共轭对称部分和共轭反对称部分之和: 2.2.20 ? Xe ejω 为共轭对称部分,Xo ejω 为共轭反对称部分, 满足 同样有下面公式: 1 将序列x n 分成实部xr n 与虚部xi n x n xr n +jxi n 将上式进行FT, 得到 X e jω Xe e jω +Xo e jω 上式中,xr n 和xi n 都是实数序列,容易证明: Xe ejω 具有共轭对称性质, 它的实部是偶函数,虚部是奇函数。 Xo ejω 具有共轭反对称性质, 其实部是奇函数,虚部是偶函数。 2 将序列分成共轭对称部分xe n 和共轭反对称部分xo n , 即 x n xe n +xo n 2.2.25 由于: 因此对 x n xe n +xo n 式进行FT得到: 分析实因果序列h n 的对称性: 因为h n 是实序列,其FT只有共轭对称部分He ejω ,共轭反对称部分Ho ejω 为零。 即: 所以 实序列的FT的实部是偶函数,虚部是奇函数, 用公式表示为 h n he n +ho n he n 1/2[h n +h -n ] ho n 1/2[h n -h -n ] 因为h n 是实因果序列,所以he n 和ho n 可用下式表示: 5. 时域卷积定理 设 y n x n * h n 则 Y e jω X e jω ·H e jω 2.2.32 该定理说明, 两序列卷积的FT, 服从相乘的关系。 对于线性时不变系统,输出的FT等于输入信号的FT乘以单位脉冲响应的FT。 因此求系统的输出信号,可以 (1)在时域用卷积公式 y n x n *h n 计算 (2)在频域按照式 ,求出输出的FT, 再作逆FT求出输出信号。 6. 频域卷积定理 设 y n x n ·h n 帕斯维尔定理又称能量定理,表明: 序列的总能量等于其傅里叶变换模平方在一个周期内积分取平均,即信号时域的总能量等于频域一周期内总能量。 表2.2.1综合了FT的性质,这些性质在分析问题和实际应用中是很重要的。 2.3 周期序列的离散傅里叶级数 及傅里叶变换表示式 2.3 周期序列的离散傅里叶级数 及傅里叶变换表示式 2.3.1 周期序列的离散傅里叶级数 设 是以N为周期的周期序列,由于是周期性的,可以展成傅里叶级数 因此 上式中,k和n均取整数,当k或者n变化时, 是周期为N的周期函数, 可表示成 上式中 也是一个以N为周期的周期序列,称为 的离散傅里叶级数系数,用DFS表示。 用 代替(2.3.1)中的 得到 2.3.6 式和 2.3.7

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