【 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):

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》                                                                                                        (1)

其中:

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

综合公式:

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》                                                                                              (2)

为了对比,给出DFT的分析公式:

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》                                                         (3)

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》                                                                                                      (4)

 

综合公式:

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》                                                                                                          (5)

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

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》                                                                                                          (7)

那么,能求它的 z 变换为:

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》                                                                                                                                     (8)

现在,以周期N,周期重复x(n)构造一个周期序列 《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》,即

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》                                                                                                                  (9)

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》 的DFS给出为:

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》                                                                                           (10)

将(10)式与 z 正变换公式(8)比较后,得到:

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》                                                                                                                                    (11)

这就是说,DFS 《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》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:

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》                                                                                                 (12)

对比z变换的公式(8),不难看出:

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》                                                                                                                                     (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 《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》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 《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》是对DTFT 《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》上的等间隔采样。采样间隔为《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》,下面我们正式推导二者间的关系。

式(12)为:

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

DFS为:

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

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

可以看出,

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》                                                                                                                                                 (14)

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》                                                                                                                                    (15)                                           

这样,

《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》                                                                                                                               (16)

这意味着 DFS 可以通过以 《【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)与DFT、DTFT及 z变换之间的关系》为间隔对DTFT均匀采样而得到。

由式子(13):

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

以及式子(14):

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

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

 

 

 

    原文作者:DFS
    原文地址: https://blog.csdn.net/Reborn_Lee/article/details/83476137
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