京都大学 情報学研究科 知能情報学専攻 2018年8月実施 専門科目 T-2
Author
realball
Description
The Fourier spectrum of a continuous-time signal x(t) is given by
X(ω)=F[x(t)]=∫−∞∞x(t)e−jωtdt,
where j denotes the imaginary unit and F[] denotes Fourier transform. Let
F−1[X(ω)]=2π1∫−∞∞X(ω)ejωtdt
be the inverse Fourier transform.
Q.1
Find the continuous-time signal F−1[PΩ(ω)] corresponding to the Fourier spectrum PΩ(ω), where PΩ(ω) denotes a rectangular function of width 2Ω and is given by
PΩ(ω)={10∣ω∣<Ω,∣ω∣≥Ω.
Q.2
Let δT(t) be a comb function whose time period is T,
δT(t)=n=−∞∑∞δ(t−nT).
Show that
F[δT(t)]=T2πδT2π(ω),
where δ(t) is a function that satisfies
δ(t)={∞0t=0,t=0,
and
∫−∞∞δ(t)dt=1.
You may use F[ejω0t]=∫−∞∞ejω0te−jωtdt=2πδ(ω−ω0) for any real number ω0.
Q.3
Let xs(t)=x(t)δT(t) be a continuous-time signal sampled from x(t) with a sampling period T. Describe F[xs(t)] with X(ω) and T.
题目描述
连续时间信号 x(t) 的 Fourier 变换与逆变换定义为
X(ω)=∫−∞∞x(t)e−jωtdt,F−1[X(ω)]=2π1∫−∞∞X(ω)ejωtdt,
其中 j 为虚数单位。
- 设宽度为 2Ω 的矩形频谱
PΩ(ω)={1,0,∣ω∣<Ω,∣ω∣≥Ω.
求对应的连续时间信号 F−1[PΩ(ω)]。
- 设周期为 T 的冲激梳
δT(t)=n=−∞∑∞δ(t−nT).
证明
F[δT(t)]=T2πδ2π/T(ω).
其中 Dirac 冲激满足在 t=0 为无穷、其余处为零且
∫−∞∞δ(t)dt=1。可使用
F[ejω0t]=2πδ(ω−ω0)。
- 令采样信号
xs(t)=x(t)δT(t)。用 X(ω) 与 T 表示
F[xs(t)]。
- 连续时间 Fourier 变换对:对矩形频谱作逆变换得到 sinc 型时域信号。
- Dirac 梳的 Fourier 变换:用 Fourier 级数或 Poisson 求和证明时域冲激梳变为频域冲激梳。
- 理想采样与频谱周期延拓:利用时域相乘对应频域卷积,推导按采样角频率间隔复制并缩放的频谱。
Kai
Q.1
F−1[PΩ(ω)]=2π1∫−∞∞PΩ(w)ejwtdω=2π1∫−ΩΩejωtdω=2π1⋅jωejω∣−ωω=2πjt1⋅2jsinΩt=πt1⋅sinΩt
Q.2
ST(t)=k=−∞∑∞akejkT2πt
ak=T1∫−2T2TδT(t)e−jtT2πtdt=T1∫−2T2Tn=−∞∑∞δ(t−nT)e−jT2πtdt=T1
δT(t)=T1k=−∞∑∞ejkT2πt
F[δT(t)]=k=−∞∑∞T2πδ(ω−kT2π)=T2πδT2π(ω)
Q.3
F[xs(t)]=Xs(jω)=2π1∫−∞∞X[jθ⋅F[δT(t)]]=2π1∫−∞∞X(jθ)⋅k=−∞∑∞T2πδ(ω−θ−T2πk)dθ=2π1⋅T2πk=∞∑∞∫−∞∞X(jθ)δ(w−θ−T2πk)dθwhen θ=ω+T2πk,δ(ω−θ−T2πk)=0=T1k=−∞∑∞X(j(w+T2πk))