设x[n]是一有限长信号,即存在某一整数N,在0≤n≤N1-1以外,有
x[n]=0
另外,令x[n]的傅里叶变换是X(ejω).现在可以构成一个周期信号x[n],x[n]在一个周期内等于x[n]。也即,令N≥N,是一个已知的整数,并令x[n]的周期为N,使之有
x[n]的傅里叶级数系数为
选取求和区间,以便在该区间内有x[n]=x[n],于是可得
由式(P5.53-1)定义的系数就构成了x[n]的离散时间傅里叶变换。x[n]的离散时间傅里叶变换通常记为X[k]。并定义为
离散时间傅里叶变换的重要性来自于几个原因。第一,原先的有限长信号可以从它的离散时间傅里叶变换恢复,具体而言,
因此,有限长信号既可以看成由所给的有限个非零值所表征,也能看成由它的有限个离散时间傅里叶变换值X[k] 来确定。离散时间傅里叶变换的第二个重要特点是对于它的计算有一个称为快速傅里叶变换(FFT) 的极快的算法(见习题5.54对这一极为重要方法的介绍)。同时,由于它与离散时间傅里叶级数和变换之间的密切关系,离散时间傅里叶变换本身就有一些傅里叶分析的重要特性。
(a)假设N≥N,证明
其中X[k]是x[n]的离散时间傅里叶变换。也就是说,离散时间里叶变换就相应于X(ejω)每隔2π/N所取的样本值。式(P5.53-3)可以导出结论:x[n]能唯一地由x(ejω)的这些样本值来表示。
(b)现在考虑每隔2π/M,M<N.所取的X(e jω)的样本值。取得这些样本值所对应的序列就不仅是一个长度为N的序列。为了说明这一点,现考虑两个信号x1[n]和x2[n],如图5-33所示,证明:若取M=4,则对所有的k值有
第1题
考虑一离散时间LT1系统,其单位脉冲响应为
已知系统的输入为求输出y[n]的傅里叶级数系数。
第2题
考虑下面三个基波周期为6的离散时间信号:
(a)求x[n]的傅里叶级数系数:
(b)求y[n]的傅里叶级数系数:
(c)利用(a)和(b)的结果,并按照离散时间傅里叶级数的相乘性质求z[n]=x[n]y[n]的傅里叶级数系数;
(d)直接求z[n]的傅里叶级数系数,并将结果与(c)作比较。
第3题
考虑图3-7所示信号x[n],它是周期的,周期N=4。该信号的离散时间傅里叶级数表示为
在教材中曾提到,求这个傅里叶级数系数的一种办法就是将上式当做含4个未知数(a0,a1,a2,a3)的4个线性方程组(n=0,1,2,3)来对待。
(a)明确写出这4个方程,并用任何标准的方法直接解此联立方程组以得到该4个未知数(首先一定要将上面的复指数化简到最简单的形式)
(b)利用离散傅里叶级数分析公式
直接计算ak并验证你的答案。
第4题
对下面每一离散时间周期信号求其傅里叶级数系数:
(a)图3-5(a)~(c)的每一个x[n]:
(b) x[n] =sin(2πn/3) cos(xn/2) ;
(c) x[n] 的周期为4, 且有
(d) x[n] 的周期为12, 且有
第5题
在教材中曾提到,求这个傅里叶级数系数的一种办法就是将上式当做含4个未知数(a0,a1,a2,a3)的4个线性方程组(n=0,1,2,3)来对待。
(a)明确写出这4个方程,并用任何标准的方法直接解此联立方程组以得到该4个未知数(首先一定要将上面的复指数化简到最简单的形式)
(b)利用离散傅里叶级数分析公式
直接计算ak并验证你的答案。
第6题
考虑一离散时间系统S,其频率响应是
试证明:若该系统的输入具有周期N=3,则输出y[n]在每个周期内仅有一个非零的傅里叶级数系数。
第7题
有三个连续时间周期信号,其停里叶级数表示如下:
利用傅里叶级数性质回答下列问题:
(a)三个信号中哪些是实值的?
(b)哪些信号是偶函数?
第8题
(a)考虑图11-61(b)中虚线框内的系统。这是一个输入为e[n],输出为p[n]的离散时间系统,证明:它是一个线性时不变系统。在图中已指出,将F(z)记为该系统的系统函数。
(b)证明:在图11-61(b)中,系统函数为F(z)的离散时间系统与系统函数为H(s)的连续时间系统是以阶跃响应不变法相联系的;若s(t)是连续时间系统的阶跃响应,q[n]是离散时间系统的阶跃响应,那么q[n]=s(nT),对全部n
第9题
令x[n]是一个周期为N的周期序列,其傅里叶级数表示为
下列每个信号的傅里叶级数系数都能用式(P3.48-1)中的ak来表示,试导出如下信号的表示式:
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