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【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT DTFT及 z变换之间的关系

时间:2023-02-28 18:29:10

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【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT DTFT及 z变换之间的关系

上篇博文我们简单的讨论了离散傅里叶级数DFS和离散傅里叶变换DFT之间的关系,简单地说,DFT就是DFS在一个周期内的表现。

【 MATLAB 】离散傅里叶变换(DFT)以及逆变换(IDFT)的MATLAB实现

为了后面讨论方便,这里给出DFS的系数公式(分析公式):

(1)

其中:

综合公式:

(2)

为了对比,给出DFT的分析公式:

(3)

(4)

综合公式:

(5)

(6)

下面讨论DFS和 z 变换之间的关系:

这部分内容提取到博文: 【 MATLAB 】DFS 与 z 变换之间的关系

设 x(n) 为一有限长序列,长度为N,即,

(7)

那么,能求它的 z 变换为:

(8)

现在,以周期N,周期重复x(n)构造一个周期序列,即

(9)

的DFS给出为:

(10)

将(10)式与 z 正变换公式(8)比较后,得到:

(11)

这就是说,DFS代表了z变换 X(z)在单位圆上N个等间隔样本。

接着讨论DFS和DTFT的关系。

这部分内容提取出来到:【 MATLAB 】DFS 和 DTFT 之间的关系

我们大概都知道DTFT和z变换之间的关系,DTFT是单位圆上的z变换。我们通过一个公式就能说清楚,如下:

先给出DTFT的公式:

(12)

对比z变换的公式(8),不难看出:

(13)

为了避免某些人的抗议,我们不得不做出声明,这里都是针对有限长序列推导的公式,无论针对其他任何可行信号,推导的关系最后都是一样的。

从(13)式可以看出,DTFT是单位圆上的z变换。

上面又说了DFS和z变换的关系,关系是,DFS代表了z变换 X(z)在单位圆上N个等间隔样本。

结合z变换和DTFT之间的关系,我们是不是可以说DFS是对DTFT上的等间隔采样。采样间隔为,下面我们正式推导二者间的关系。

式(12)为:

DFS为:

可以看出,

(14)

(15)

这样,

(16)

这意味着 DFS 可以通过以为间隔对DTFT均匀采样而得到。

由式子(13):

以及式子(14):

可见,DFS 表示给出了一种在频域的采样机理;而这个在原理上类似于时域采样。

间隔是在频域上的采样间隔,也称为频率分辨率。因为它告诉我们频率样本有多密集。

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