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  • 离散傅里叶变换(DFT)

    目录 

        一、研究的意义

        二、DFT的定义

        三、DFT与傅里叶变换和Z变换的关系

        四、DFT的周期性

        五、matlab实验

            五.1 程序   

               五.2 实验结果

    一、研究的意义

        DTFT计算公式,中的w取值是连续的而且从负无穷大到正无穷大,对于计算机处理是不可能的,需要无限细分无限区间。即使在DTFT小节中用matlab实现计算,也只是将(-pi,pi)区间划分成1600份来逼近DTFT的效果。

        实际上真正用的是DFT,离散傅里叶变换。离散傅里叶变换可以将连续的频谱转化成离散的频谱去计算,这样就易于计算机编程实现傅里叶变换的计算。FFT算法的出现,使得DFT的计算速度更快。

    二、DFT的定义

        由上边的定义可知,w=(2*pi/N)*k ,k=0,1,......,N-1,所以w的范围为[0,(N-1/N)*2*pi]。因为是离散取值,实际的区间长度为N,但不含第N个点,w的范围就是[0,2*pi)。

        也就是说DFT变换的频谱范围是在竖轴的右侧(>0),而且取了FT变换的一个周期(0,2*pi)。

    三、DFT与傅里叶变换和Z变换的关系

    四、DFT的周期性

        以下的四个式子,在程序设计和理解程序中经常用到,wd、wa分别为数字角频率和其对应的模拟角频率。

    (1),描述了模拟角频率、数字角频率以及DFT变换的k之间的对应关系

    (2),描述了数字角频率与模拟角频率之间的关系

    (3),描述了数字角频率和DFT变换的k之间的关系

    (4),描述了模拟角频率和DFT变换的k之间的关系

    五、matlab实验

    1、程序     

     1 M=4;                         %原离散信号有4点
     2 n=[0:1:M-1];                 %原信号是1行4列的矩阵
     3 xn=[1 1 1 1];                %构建原始信号 
     4 subplot(3,1,1);
     5 stem(n,xn);                  %画图
     6 title('原始信号');
     7 
     8 N=16;                        %16点DFT变换
     9 k=[0:1:N-1];                 %k取值为0,1,2,···,15
    10 Wn=exp(-j*2*pi/N);           %求Wn
    11 X=xn*(Wn.^(n'*k));           %求DFT变换,原始定义的方法,对复指数分量求和而得
    12 subplot(3,1,2);
    13 stem(k,abs(X));
    14 title('原信号的16点DFT变换');
    15 
    16 N1=8;                        %8点DFT变换
    17 k1=[0:1:N1-1];               %k取值为0,1,2,···,7  
    18 Wn1=exp(-j*2*pi/N1);         %求Wn1
    19 X1=xn*(Wn1.^(n'*k1));        %求DFT变换,采用原始定义的方法,对复指数分量求和而得
    20 subplot(3,1,3);
    21 stem(k1,abs(X1));
    22 title('原信号的8点DFT变换');

     说明:

    (1)DFT的计算利用的是定义法

    (2)程序第10行

           程序第11行计算过程

     

    2、实验结果

     

     说明:上图结果证明了离散傅里叶变化是对FT变化在区间(0,2*pi)的等间距N点采样。

    参考:西电《数字信号处理》第三版   

            用matlab对信号进行傅里叶变换

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