wyklad4, PWr, III Semestr, Teoria Sygnałów

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Transformacje czasowo-częstotliwościowe
Transformacja Fouriera
Z rozkładu funkcji okresowej na nieskończony szereg Fouriera otrzymujemy:

X
=

−∞
x

t

e

j

t
dt
gdzie
=2
f
tr. odwrotna
x

t
=
1

2

−∞
X

e
j

t
d

Przypadek dyskretny:
X

k
=

n
=0
x

n

e

j
2
N
k n
gdzie
0≤
k

N
−1
(dyskretne częstotliwości)
tr. odwrotna:
x

n
=
1
N
−1
X

k

e
j
2
N
k n
gdzie 0≤
n

N
−1
Funkcja
X

k
=
A

k

j

k

nazywana jest dyskretnym widmem lub dyskretną transformatą
Fouriera DFT sygnału
x

n

gdzie


X

k
∣=
A

k
 widmo amplitudowe

arg

X

k
=
k

widmo fazowe
Własności tr. Fouriera
1) Okresowa
X

k

N
=
X

k
=

k
=0
N
−1
x

n

e

j
2
N

k

N

n
2) odwracalna
N=1024;n=(0:N-1);x=randn(1,N);X=fft(x);y=ifft(X);
plot(n,x,';x;',n,real(y),';y;');
3) liniowa
dla
x

n
=
a y

n

b z

n

mamy
X

k
=
a Y

k

b Z

k

4) przesunięcie w czasie
dla
x

n
=
y

n

n
0

mamy
X

k
=

k
=0
N
−1
y

n

e

j
2
N
k

n

n
0

- 1 -
N
−1
N

k
=0
5) przesunięcie w częstotliwości (modulacja częstotliwości)
dla
X

k
=
Y

k

k
0
=
1
N
−1
Y

k

k
0

e

j
2
N

k

k
0

n
N

k
=0
mamy
x

n
=
e
j
2
k
0
n
y

n

6) splot (w dziedzinie czasu)
dla
x

n
=
y

n
∗
z

n

mamy
X

k
=
Y

k

Z

k

(operacja splotu pokazać wzór; dalsze wyjaśnienia przy okazji filtrów)
7) splot w częstotliwości
dla
x

n
=
y

n

z

n

mamy
X

k
=
Y

k
∗
Z

k

Interpretacja geometryczna DFT
X

k
=

n
=0
x

n

e

j
2
N
k n
wiemy, że
F
s
=2
oraz
f
=
2
k
N
stąd
N
Kombinacja liniowa elementów bazy
w
=

n

n

v

n

Zatem
=
x

n
=[
x
0
, x
1
,
...
, x

N
−1]
oraz
v

n
=
e

j
2
N
k n
to
w

k
=
? ??
(Czy wektory
v

n
=
e

j
2
N
k n
tworzą bazę przestrzeni

N
? Jaką bazę
ortonormalną/ortogonalną ?)
N=512; Fs=1000; n=(0:N-1);
v0=cos(2*pi*0/N*n);
v1=cos(2*pi*1/N*n);
v2=cos(2*pi*2/N*n);
v3=cos(2*pi*3/N*n);
plot(n,s,';k=0;',n,x,';k=1;',n,y,';k=2;',n,z,';k=3;');
N=4;n=(0:N-1);k=(0:N-1)';
E = e^(-j*(2*pi/N)*k*n);
E*E'
- 2 -
N
−1
f
=
2
k
N
=
F
s
k
Przykłady
Impuls Kroneckera
x

n
=
n

X

k
=

n
=0
N
−1

n

e

j
2
N
k n
=1
e

j
0
=1
N=256; x = zeros(N,1); x(1) = 1;
X = fft(x); plot(abs(X));plot(real(X));plot(imag(X));
Funkcja grzebieniowa

T

n
=

k
=−∞


n

kT

X

k
=

n
=0
N
−1

T

n

e

j
2
N
k n
=

n
=0
N
−1
e

j
2
N
k n
=
{
N , k
=0
0,
k
≠0
N=256; x = ones(N,1); x(1) = 1;
X = fft(x); plot(abs(X));
(w obu przypadkach
X(k)
jest rzeczywiste !!!, ale to wyjątek)
Dla sygnałów rzeczywistych
x

R
N
(wszystkie próbki sygnału rzeczywiste) widmo
X

k
=
A

k

j

k

posiada dodatkowo własności:
=========================================================

A

k
=
A
−
k

-
widmo amplitudowe jest parzyste


k
=−−
k

-
widmo fazowe nieparzyste
=========================================================
N=512; Fs=1000; n=(0:N-1)./Fs;
x=2*sin(2*pi*113*n)+sin(2*pi*218*n)+0.01*randn(1,N); plot(x);
X=fft(x);
f=((0:N-1)./N)*Fs;plot(f,abs(X));plot(f,10*log10(abs(X)));
plot(f,unwrap(arg(X)));
Y=[X,X,X,X];
fy=((-2*N:2*N-1)./N)*Fs;
plot(fy,abs(Y));
plot(fy,unwrap(arg(Y)));
Przekształcenie Hilberta
x
H

n
=
h

n
∗
x

n

gdzie
h
[
n
]=
{
0,
n
=2m
, m
∈ℝ
sygnał analityczny
- 3 -
2

n
, n
=2m1,
m
∈ℝ
x
a

n
=
x

n

jx
H

n

(wyjaśnić o sygnale kwadraturowym) IQ
N=64;n=(0:N-1);
x=sin(2*pi*1/64*n);plot(x);
y=hilbert(x);
plot(n,real(y),n,imag(y));
N=512; Fs=1000; n=(0:N-1)./Fs;
x=2*sin(2*pi*113*n)+sin(2*pi*218*n)+0.5*randn(1,N);
y=hilbert(x);
X=fftshift(fft(x));Y=fftshift(fft(y));
f=((-N/2+1:N/2)./N)*Fs;
plot(f,abs(X),';X;',f,abs(Y),';Y;');
x
a

n
=
A

n

e
j

n

gdzie
A

n

to amplituda chwilowa sygnału

n

to faza chwilowa sygnału
Ponadto definiuje się częstotliwość chwilową sygnału (w przypadku ciągłym)

t
=
d
1. przypadek sygnału szerokopasmowego
trudno zinterpretować amplitudę chwilową i fazę chwilową
2. przypadek sygnału wąskopasmowego
x
a

n
=[
A

n

e
j

n

e

j

0
n
]
e
j

0
n
=
n

e
j

0
n
gdzie

n
=
A

n

e
j

n
−
0
n

nazywamy obwiednią zespoloną sygnału (
ang. complex envelope
)
problem wyboru

0
- 4 -
dt

t
=
'

t

[ Pobierz całość w formacie PDF ]

  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • telefongry.keep.pl






  • Formularz

    POst

    Post*

    **Add some explanations if needed