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实验3离散时间信号的频域分析
一、实验目的
(1)加深对z变换、DFS、DTFT和DFT四者之间关系的理解;
(2)了解有限长序列傅里叶变换性质的研究方法;
(3)掌握用MATLAB语言进行离散傅里叶变换和逆变换的方法;
(4)掌握用MATLAB语言进行快速傅里叶变换时常用的子函数。
二、知识点提示
本章节的主要知识点是z变换、DTFT、DFS、DFT、FFT的基本概念及计算方法;重点是z变换、DTFT和DFT三者之间关系的理解;难点是相关MATLAB子函数的应用。
三、实验原理
1.离散时间傅里叶变换(DTFT)
(3-1)
根据定义式(3-1)编写程序求的示例:
x=[98765432];%定义序列x
N=length(x);%求x的列长
n=0:N-1;
w=linspace(-2*pi,2*pi,500);%给出频率ω及其范围
X=x*exp(-j*n*w);%求DTFT
subplot(2,1,1)
plot(w/pi,abs(X));title(幅度谱);axis([-2,2,min(abs(X)),max(abs(X))]);%画幅度谱
subplot(2,1,2)
plot(w/pi,angle(X));title(相位谱);axis([-2,2,min(angle(X)),max(angle(X))]);%画相位谱
2.离散傅里叶级数(DFS)
(3-2)
根据定义式(3-2)编写程序求的示例:
x=[98765432];
N=length(x);n=0:4*N-1;k=0:4*N-1;
x1=x(mod(n,N)+1);%序列周期重复4次
Xk=x1*exp(-j*2*pi/N).^(n*k);%求DFS
subplot(2,2,1),stem(x);title(原主值序列);
subplot(2,2,2),stem(n,x1);title(主值序列周期重复4次);axis([0,4*N,min(x1),max(x1)]);
subplot(2,2,3),stem(k,abs(Xk));
title(序列周期重复4次的DFS幅频特性);axis([0,4*N,min(abs(Xk)),max(abs(Xk))]);
subplot(2,2,4),stem(k,angle(Xk));
title(序列周期重复4次的DFS相频特性);axis([0,4*N,min(angle(Xk)),max(angle(Xk))]);
3.离散傅里叶变换(DFT)
(1)利用定义式求DFT和IDFT
(3-3)
(3-4)
①离散傅里叶正变换
举例:x=[0123456789101112131415];
N=length(x);n=0:N-1;k=0:N-1;
Xk=x*exp(-j*2*pi/N).^(n*k);%求DFT
subplot(2,1,1),stem(k,abs(Xk));title(|X(k)|);
subplot(2,1,2),stem(k,angle(Xk));title(arg|X(k)|);
②离散傅里叶反变换
举例:Xk=[120-8+40.2i-8+19.3i-8+11.9i-8+8i-8+5.3i-8+3.3i-8+1.6i-8+5.3i-8-1.6i-8-3.3i-8-5.3i-8-8i-8-11.9i-8-19.3i-8-40.2i];
N=length(Xk);n=0:N-1;k=0:N-1;
x=(Xk*exp(j*2*pi/N).^(n*k))/N;%求IDFT
stem(n,x);title(x(n));
图a离散傅里叶正变换图b离散傅里叶反变换
(2)利用MATLAB中的函数求DFT和IDFT
在MATLAB中,一维快速傅里叶正变换和逆变换的函数fft和ifft,调用格式如下:
①一维快速正傅里叶正变换函数fft
格式:X=fft(x,N)
功能:采样FFT算法计算序列向量x的N点DFT变换,当N默认时,fft函数自动按x的长度计算DFT。当N为2的整数次幂时,fft按基2算法计算,否则用混合算法。
②一维快速逆傅里叶变换函数iff
格式:x=ifft(X,N)
功能:采样FFT算法计算序列向量X的N点IDFT变换。
四、实验内容
1.已知序列,画出由离散时间傅里叶变换(DTFT)求得的幅度谱和相位谱图形。
代码
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