2010第4章第5章习题解答离散傅里叶_[1]...
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第一章离散傅里叶变换(DFT )3.1 填空题(1) 某序列的DFT 表达式为∑-==1)()(N n knM W n x k X ,由此可以看出,该序列时域的长度为 ,变换后数字频域上相邻两个频率样点之间的间隔是 。
解:N ;Mπ2 (2)某序列DFT 的表达式是∑-==10)()(N k klM W k x l X ,由此可看出,该序列的时域长度是 ,变换后数字频域上相邻两个频率样点之间隔是 。
解: NM π2(3)如果希望某信号序列的离散谱是实偶的,那么该时域序列应满足条件 。
解:纯实数、偶对称(4)线性时不变系统离散时间因果系统的系统函数为252)1(8)(22++--=z z z z z H ,则系统的极点为 ;系统的稳定性为 。
系统单位冲激响应)(n h 的初值为 ;终值)(∞h 。
解: 2,2121-=-=z z ;不稳定 ;4)0(=h ;不存在 (5) 采样频率为Hz F s 的数字系统中,系统函数表达式中1-z 代表的物理意义是 ,其中时域数字序列)(n x 的序号n 代表的样值实际位置是 ;)(n x 的N 点DFT )k X (中,序号k 代表的样值实际位置又是 。
解:延时一个采样周期F T 1=,F n nT =,k Nk πω2=(6)已知}{}{4,3,2,1,0;0,1,1,0,1][,4,3,2,1,0;1,2,3,2,1][=-===k n h k n x ,则][n x 和][n h 的5点循环卷积为 。
解:{}]3[]2[][][][][---+⊗=⊗k k k k x k h k x δδδ{}4,3,2,1,0;2,3,3,1,0])3[(])2[(][55==---+=k k x k x k x(7)已知}{}{3,2,1,0;1,1,2,4][,3,2,1,0;2,0,2,3][=--===k n h k n x 则][][n h n x 和的4点循环卷积为 。
第四章 离散傅里叶变换4.1 已知信号4()()x n R n = 求66()((2))()y n x n R n =+解:6((2))x n +是对()x n 以6为周期作周期延拓,再左移2点,最后取主值区间的序列得到:()()(1)(4)(5)y n n n n n δδδδ=+-+-+-x=0:3;y=[1,1,1,1];stem(x,y);axis([0 10 -0.5 1.5]);title('R4(n)');4.2 已知信号3()(2)x n R n =-,求66()((2))()y n x n R n =+(重新画出()x n 和()y n ,保留画图的MATLAB 程序,周期延拓的序列6()((2))y n x n =+也画出来)解:663()((2))()()(1)(2)()y n x nRn n n n R n δδδ=+=+-+-=4.3 计算序列N 点的DFT ,主值区间01n N ≤≤- (1) ()()x n n δ=解:1()(),01()N kn Nn N X k n Wk N R k δ-==≤≤-=∑(2) 0()()x n nn δ=- ,001n N <<-解: 1()()N knN n X k n nW δ-==-∑ 01k N ≤≤-()kn N N W R k =⋅(3) ()()m x n R n = ,01m N <<-解: 1()()()N knmN N n X k Rn W R k -==⋅∑ (4) ()()m x n nR n = , 01m N <<-解 1()()()N knmN N n X k n Rn W R k -==⋅⋅⋅∑(5) x(n)=1解 112/0()()()N N kn j kn NNN N n n X k WR k eR k π---===⋅=⋅∑∑221()1j k N k jNe R k eππ---=⋅-(6)0()()j nm x n eR n ω=⋅解 012/0()()()N j nj kn Nm N n X k eR n e R k ωπ--==⋅⋅⋅∑4.4 1325()(),()()x n R n x n R n ==,计算12()()x n x n *解 1235()()()()()y n x n x n R n R n =*=* 7530()()m Rm R n m ==⋅-∑()2(1)3(2)3(3)3(4)2(5)n n n n n n n δδδδδδδ=+-+-+-+-+-+-y(0)=1 , y(1)=2, y(2)=3, y(3)=3, y(4)=3, y(5)=2, y(6)=14.5 )(2)(321n R nn x =,)()1()(52n R n n x +=,计算)()(21n x n x *解4.6 )()(31n R n x =,)()(52n R n x =,计算)()(21n x n x ⊗,取圆周卷积长度为L=7 解 因为13N =,25N =,所以1217N N +-=,该题满足圆周卷积长度L ≥7,所以圆周卷积计算结果和线性卷积计算结果相等()()2(1)3(2)3(3)3(4)2(5)c y n n n n n n nn δδδδδδδ=+-+-+-+-+-+-4.7 )()(51n R n x =,)()(52n nR n x =,计算)()(21n x n x ⊗,取圆周卷积长度为L=7 解n 0 1 2 3 465550.(()).()m m Rn m R m =-∑11111105()m R m555(())()R n m R m -1 1 1 1 1 1 102 1 1 1 1 1 103 1 1 1 1 1 104 1 1 1 1 1 105 1 1 1 1 1 106 11111104.8 )(2)(421n R nn x =,)()(42n nR n x =,计算)()(21n x n x ⊗,取圆周卷积的长度L=7解 214119()()(){0,,2,}222n x n R n x n ==即242()()(){0,1,2,3}x n nR n x n ==即两个序列的长度充零后分别为1219(){0,,2,,0,0,0}(){0,1,2,3,0,0,0}22x n x n ==12()()()y n x n x n =⊗x=0:6;y1=[0,1/2,2,9/2,0,0,0]; axis([0 10 -0.5 1.5]); y2=[0,1,2,3,0,0,0]; y=conv(y1,y2) stem(y);y =0 0 0.5000 3.0000 10.0000 15.0000 13.5000127()(2)3(3)10(4)15(5)(6)22y n n n n n n δδδδδ=-+-+-+-+-4.9 )()(5k R k X =,计算 )]([)(k X IDFT n x = 解 455501()[()]()5nkK x n ID FT R k R k W -===∑ 04n ≤≤25415j n kk eπ==∑224552511..51jn jnj n e e e πππ-=-2552511.51j nj n e e ππ-=- 22511.51j nj n ee ππ-=-4.10对序列进行频谱分析,要求频谱分辨率100F Hz ≤,信号最高频率3000c f Hz =。
第四章 离散傅里叶变换4.1 已知信号4()()x n R n = 求66()((2))()y n x n R n =+解:6((2))x n +是对()x n 以6为周期作周期延拓,再左移2点,最后取主值区间的序列得到:()()(1)(4)(5)y n n n n n δδδδ=+-+-+-x=0:3;y=[1,1,1,1];stem(x,y);axis([0 10 -0.5 1.5]);title('R4(n)');4.2 已知信号3()(2)x n R n =-,求66()((2))()y n x n R n =+(重新画出()x n 和()y n ,保留画图的MATLAB 程序,周期延拓的序列6()((2))y n x n =+也画出来)解:663()((2))()()(1)(2)()y n x n R n n n n Rn δδδ=+=+-+-=4.3 计算序列N 点的DFT ,主值区间01n N ≤≤- (1) ()()x n n δ=解: 10()(),01()N knN n N X k n W k N R k δ-==≤≤-=∑(2) 0()()x n n n δ=- ,001n N <<-解: 1()()N kn Nn X k n n Wδ-==-∑ 01k N ≤≤-0()knN N W R k =⋅(3) ()()m x n R n = ,01m N <<- 解: 1()()()N knmN N n X k Rn W R k -==⋅∑ (4) ()()m x n nR n = , 01m N <<- 解 1()()()N knmN N n X k n Rn W R k -==⋅⋅⋅∑(5) x(n)=1 解 112/0()()()N N kn j kn N NN N n n X k WR k e R k π---===⋅=⋅∑∑221()1j k N k j Ne R k eππ---=⋅-(6)0()()j nm x n eR n ω=⋅解 012/0()()()N jnj kn N m N n X k e R n e R k ωπ--==⋅⋅⋅∑4.4 1325()(),()()x n R n x n R n ==,计算12()()x n x n * 解 1235()()()()()y n x n x n R n R n =*=* 753()()m R m R n m ==⋅-∑()2(1)3(2)3(3)3(4)2(5)n n n n n n n δδδδδδδ=+-+-+-+-+-+-y(0)=1 , y(1)=2, y(2)=3, y(3)=3, y(4)=3, y(5)=2, y(6)=14.5 )(2)(321n R n n x =,)()1()(52n R n n x +=,计算)()(21n x n x * 解4.6 )()(31n R n x =,)()(52n R n x =,计算)()(21n x n x ⊗,取圆周卷积长度为L=7 解 因为13N =,25N =,所以1217N N +-=,该题满足圆周卷积长度L ≥7,所以圆周卷积计算结果和线性卷积计算结果相等 ()()2(1)3(2)3(3)3(4)2(5)c y n n n n n n n n δδδδδδδ=+-+-+-+-+-+-4.7 )()(51n R n x =,)()(52n nR n x =,计算)()(21n x n x ⊗,取圆周卷积长度为L=7 解n 0 1 2 3 465550.(()).()m m R n m R m =-∑5()mR m555(())()R n m R m -0 1 0 0 1 1 7 1 1 1 0 0 1 5 2 1 1 1 0 0 3 3 1 1 1 1 0 6 4 1 1 1 1 1 10 5 0 1 1 1 1 10 6 0 0 1 1 1 94.8 )(2)(421n R n n x =,)()(42n nR n x =,计算)()(21n x n x ⊗,取圆周卷积的长度L=7 解214119()()(){0,,2,}222n x n R n x n ==即242()()(){0,1,2,3}x n nR n x n ==即两个序列的长度充零后分别为1219(){0,,2,,0,0,0}(){0,1,2,3,0,0,0}22x n x n ==12()()()y n x n x n =⊗x=0:6;y1=[0,1/2,2,9/2,0,0,0]; axis([0 10 -0.5 1.5]); y2=[0,1,2,3,0,0,0]; y=conv(y1,y2) stem(y);y =0 0 0.5000 3.0000 10.0000 15.0000 13.5000127()(2)3(3)10(4)15(5)(6)22y n n n n n n δδδδδ=-+-+-+-+-4.9 )()(5k R k X =,计算 )]([)(k X IDFT n x =解 455501()[()]()5nk K x n IDFT R k R k W -===∑ 04n ≤≤254015j n kk e π==∑224552511..51jn jn j n e e e ππ-=-2552511.51j n j n e e ππ-=- 22511.51j nj n e e ππ-=-4.10对序列进行频谱分析,要求频谱分辨率100F Hz ≤,信号最高频率3000c f Hz =。
求: (1)信号的最小记录时间;(2)对信号的最大采样间隔; (3)最少采样点数;(4)要求频谱分辨率提高1倍,计算信号的最小记录时间。
解(1)110.01100p T s F ≥== 所以m i n 0.01p T s =(2)2s c f f ≥ ,所以34max 11110 1.671022*30006c T s s f --===⨯=⨯ (3)min 22300060100c f N F ⨯=== (4)50F Hz ≤ ,min 2300012050N ⨯== ,m i n 10.0250p T s ==4.11 信号的最小记录时间是5秒,最高频率3400c f Hz =;求: (1)信号的频谱分辨率; (2)对信号的最大采样间隔; (3)最少采样点数;(4)要求最小记录时间增大1倍,计算信号的频谱分辨率。
解:(1)min 5p T s = ,1110.25p p T F H z F T ≥⇒≥==(2)min 0.2F Hz = ,max min 1150.2T s F ∴=== (3)2234006800s c f f Hz ≥=⨯=4111.47106800s s s s f -∴===⨯时域最小采样间隔T所以最少采样点数m i nm i n 5680034000p sT N T ==⨯= (4)min 5210p T s =⨯=则m i n110.110p F Hz T ≥==4.12 )()(31n R n x =,)()(52n R n x =,12()()()x n x n jx n =+。
计算:(1))]([)(n x DFT k X =(2)通过)(k X ,求)]([1n x DFT 和)]([2n x DFT 。
解:(1) 取max(3,5)5N ≥=1212()[()()][()][()]X k DFT x n jx n DFT x n jDFT x n =+=+135[()()]N kn N n R n jR n W-==+∑04k ≤≤450023455555(1,1,1,,)04(1)(1)(1)nkn k k k kj j j j j W k j W j W j W jW jW ==+++≤≤=+++++++∑04k ≤≤(2)通过)(k X ,求)]([1n x DFT 和)]([2n x DFT 。
2345555(5)2(5)553(5)4(5)5523455551[()](1/2/2)(1/2/2)(1/2/2)/2/221[*()](1/2/2)(1/2/2)(1/2/2)2/2/2(1/2/2)(1/2/2)(1/2/2)/2/2k k k k k k k k k k k kX k j j W j W j W j W X N k j j W j W j W j W j j W j W j W j W --------=+++++++-=-+-+---=-+-+--- 12[()()]()()()e o DFT x n jx n X k X k X k +==+11[()]()[()*()]2e DFT x n X k X k X N k ==+-所以2155[()]104k kDFT x n W W k =++≤≤2223455552345555[()]()[()]()[()*()]2[]104o o k k k k k k k kjDFT jx n X k DFT x n jX k X k X N k j j jW jW jW jW W W W W k =⇒=-=---=-++++=++++≤≤4.12 )()(31n R n x =,)()(52n R n x =,12()()()x n x n jx n =+。
计算:(1))]([)(n x DFT k X =(2)通过)(k X ,求)]([1n x DFT 和)]([2n x DFT 。
通过MATLAB 编程求解x=0:4;x1=[1,1,1,0,0];stem(x, x1); title('R3(n)'); x=0:4;x2=[1,1,1,1,1];stem(x, x2); title('R5(n)'); y1=fft(x1) y2=fft(x2) y3=fft(x1+j*x2)x=0:4;x1=[1,1,1,0,0];stem(x, x1); title('R3(n)'); x=0:4;x2=[1,1,1,1,1];stem(x, x2); title('R5(n)'); y1=fft(x1) y2=fft(x2) y3=fft(x1+j*x2) y1 =3.0000 0.5000 - 1.5388i 0.5000 + 0.3633i 0.5000 -0.3633i 0.5000 + 1.5388iy2 = 5 0 0 0 0y3 =3.0000+5.0000i0.5000-1.5388i0.5000+0.3633i0.5000-0.3633i 0.5000+1.5388iy3=[3.0000+5.0000i,0.5000-1.5388i,0.5000+0.3633i, .5000-0.3633i,0.5000+1.5388i]; y31=[0.5000+1.5388i, .5000-0.3633i,0.5000+0.3633i,3.0000+5.0000i]; xe=0.5*[y3+conj(y3)] xo=0.5j*[y3-conj(y3)]第五章 快速傅里叶变换(FFT )5.5设N=6,x(n)=[1,2,3,4,5,6],05n ≤≤,根据DFT 算法,编程计算X(k)。