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《数字信号处理》课件_第3章.ppt

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图3.8.3表明,以Ω为变量时,抽取前后的序列频谱存在关系

Y(ejΩT2)=

[SX(]1[]2[SX)]X(ejΩT1)+

[SX(]1[]2[SX)]X(ej(Ω-Ωs2)T1)

(3.8.7)正是因为2倍抽取后采样频率降为原来的一半,连续时间信号的频谱周期延拓时多出了式(3.8.7)中的第二项,与式(3.8.3)中的序列频谱搬移相加并除以D是对应的。利用关系ω=ΩT将变量换成ω,得到抽取前后数字频谱的关系,如图3.8.4所示。图3.8.4抽取前后序列的傅里叶变换(a)抽取前;(b)抽取后图中ωc1=ΩcT1、ωc2=ΩcT2,显然ωc2=2ωc1,与式(3.8.4)中对ω做的尺度变换是对应的。因此,整数倍抽取将导致数字频谱的展宽,当没有频谱混叠时,如图3.8.3(b)所示,此时抽取前和抽取后的序列都是对同一个模拟信号的采样,可从它们恢复出原模拟信号。如果发生频谱混叠,则不能从抽取后的序列恢复原模拟信号。频谱混叠的根本原因是连续时间信号的最高频率不变,而抽取后的采样频率降低了,当抽取后的采样频率与连续时间信号最高频率之间不满足采样定理时,就会出现频谱混叠,如图3.8.5所示。所以,为了使抽取之后频谱不产生混叠,第一次的采样频率Fs1应满足

Fs1≥2Dfmax(3.8.8)

式中,fmax为连续时间信号的最高频率。图3.8.54倍抽取后的序列及其频谱(a)序列;(b)频谱为防止频谱混叠,可在第一次采样之后通过一个过渡带较陡、截止频率为π/D的数字

滤波器然后抽取,实现框图如图3.8.6所示,滤波后再抽取的频谱如图3.8.7所示。图3.8.6整数倍抽取实现框图图3.8.7抗混叠滤波后4倍抽取虽然,抗混叠滤波器防止了抽取带来的频谱混叠现象,但毕竟损失了信号的高频信息,所以选择抽取率时应尽量满足式(3.8.8),保证信号的有用信息不被滤除,不产生频谱混叠。

【例3.8.1】设序列x(n)={0,1,2,3,4,5,6,7,8,7,6,5,4,3,2,1,0}[0,16],3倍抽取后的序列为y(n),试用Matlab比较抽取前后的幅频特性。解Matlab程序如下:

x=[0:787:-1:0]; %高采样速率的序列D=3;%抽取因子

y=x(1:D:length(x)); %抽取后的序列

fx=fft(x,512); %设定DFT点数为51

fy=fft(y,512);figure;

subplot(2,1,1);plot(abs(fx),′LineWidth′,1.5);

xlabel(′k′);ylabel(′|X(k)|′);title(′抽取前的幅频特性′);

subplot(2,1,2);plot(abs(fy),′LineWidth′,1.5);

xlabel(′k′);ylabel(′|Y(k)|′);title(′抽取后的幅频特性′);

Matlab程序运行结果如图3.8.8所示。图3.8.8未经低通滤波,3倍抽取前后序列的幅频特性(a)抽取前;(b)抽取后可以看出3倍抽取后频谱有混叠,若经过一个低通滤波器后再进行3倍抽取,则混叠现象有所改善,Matlab程序如下:

x=[0:787:-1:0];%高采样速率的序列

D=3; %抽取因子

b=1/D*ones(1,D); %低通滤波器x1=conv(b,x);x2=conv(b,x1);x3=conv(b,x2);

x4=conv(b,x3);x5=conv(b,x4);

y=x(1:D:length(x)); %未滤波即抽取

y1=x5(1:D:length(x5)); %滤波再抽取

fy=fft(y,512);fy1=fft(y1,512);

figure;plot(0:511,20*log10(abs(fy)),′k:′,0:511,20*log10(abs(fy1)),′k′);

xlabel(′k′);ylabel(′|Y(k)|′);legend(′未滤波′,′滤波后′);

Matlab程序运行结果如图3.8.9中实线所示。图3.7.17N

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