an alisis de senales~ y sistemas lineales

45
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . An´ alisis de Se˜ nales y Sistemas Lineales Apuntes de clase. Tema III. M´ etodos de Fourier Ing. A. Osman Universidad de Carabobo Facultad de Ingenier´ ıa Escuela de Telecomunicaciones Departamento de Se˜ nales y Sistemas [email protected] 29 de noviembre de 2018 Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 1 / 45

Upload: others

Post on 28-Jun-2022

10 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Analisis de Senales y Sistemas LinealesApuntes de clase. Tema III. Metodos de Fourier

Ing. A. Osman

Universidad de CaraboboFacultad de Ingenierıa

Escuela de TelecomunicacionesDepartamento de Senales y Sistemas

[email protected]

29 de noviembre de 2018

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 1 / 45

Page 2: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 2 / 45

Page 3: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 3 / 45

Page 4: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI Series de Fourier de senales periodicas continuas.

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 4 / 45

Page 5: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI Series de Fourier de senales periodicas continuas.

Respuesta de Sistemas LTI a senales periodicas

Las funciones exponenciales complejas se comportan como funcionespropias para cualquier Sistema LTI.

.......

.......

.......

.......

.......

.......

.......

.......

.......

.......

........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

→→ h(t)x(t) = est y(t)

donde:

y(t) =

∫ ∞

−∞h(τ)es(t−τ)dτ = [

∫ ∞

−∞h(τ)e−sτdτ ]est = H(S)est

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 5 / 45

Page 6: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI Series de Fourier de senales periodicas continuas.

La serie de Fourier en tiempo continuo

La representacion de una senal periodica de la forma:

x(t) =∞∑

k=−∞ake

jkωot (1)

se conoce como la representacion en serie de Fourier. Los ak se les conocecomo coeficientes espectrales y se calculan realizando la proyeccionortogonal de la senal x(t) sobre cada uno de los vectores de la baseortogonal ϕk(t) = ejkωot para k = 0,±1,±2, .... Esto es:

ak =1

T

∫Tx(t)e−jkωotdt (2)

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 6 / 45

Page 7: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI Series de Fourier de senales periodicas continuas.

Asignaciones

• Programe y dibuje en Octave los coeficientes espectrales de una senalpulso rectangular periodica centrada en el origen. Ademas dibuje lasuma de 10 terminos de la serie.

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 7 / 45

Page 8: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI Convergencia de la serie de Fourier y el fenomeno de Gibbs.

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 8 / 45

Page 9: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI Convergencia de la serie de Fourier y el fenomeno de Gibbs.

Convergencia de la serie de Fourier y el fenomeno de Gibbs

Condiciones de convergencia de Dirichlet:

• x(t) debe ser absolutamente integrable en cualquier intervalo finito detiempo.

• El numero de maximos y mınimos de x(t) debe ser finito en cualquierintevalo finito de tiempo.

• El numero de discontinuidades de x(t) debe ser finito en cualquierintervalo finito de tiempo.

• La senales en la vida real satisfacen las condiciones anteriores perogeneran el fenomeno de Gibbs.

• La integral de una senal periodica con valor medio distinto de cero noes periodica, ademas, la senal resultante diverge.

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 9 / 45

Page 10: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI Propiedades de la serie de Fourier en tiempo continuo.

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 10 / 45

Page 11: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI Propiedades de la serie de Fourier en tiempo continuo.

Propiedades de la serie de Fourier en tiempo continuo

• x(t− t0)←→ ake−jkω0t0

• x(t)ejmω0t ←→ ak−m

• x(−t)←→ a−k

• x∗(t)←→ a∗−k

• x(at)←→ ak

•∫T x(τ)y(t− τ)dτ ←→ Takbk

• x(t)y(t)←→∑∞

l=−∞ albk−l

• dx(t)dt ←→ jkωoak

•∫ t−∞ x(t)dt←→ ak

jkωo

• si x(t) es real ←→ ak = a∗−k

• Ev{x(t)}+Od{x(t)} ←→ Re{ak}+ Im{ak}

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 11 / 45

Page 12: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI Serie de Fourier de senales periodicas discretas.

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 12 / 45

Page 13: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI Serie de Fourier de senales periodicas discretas.

Respuesta de Sistemas LTI a senales Periodicas Discretas

Las funciones exponenciales complejas se comportan como funcionespropias de cualquier Sistema LTI.

.......

.......

.......

.......

.......

.......

.......

.......

.......

.......

........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

→→ h[n]x[n] = zn y[n]

donde:

y[n] =

∞∑k=−∞

h[k]zn−k = zn∞∑

k=−∞h[k]z−k = H[z]zn

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 13 / 45

Page 14: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI Serie de Fourier de senales periodicas discretas.

La serie de Fourier en tiempo discreto

La representacion de una senal periodica de la forma:

x[n] =∑

k=<N>

akejkωon (3)

se conoce como serie discreta de Fourier. Los ak se les conoce comocoeficientes espectrales y se calculan realizando la proyeccion ortogonal dela senal x[n] sobre cada uno de los N vectores de la base ortonormalϕk[n] = ejkωon para k = 0,±1,±2, .... Esto es:

ak =1

N

∑n=<N>

x[n]e−jkωon (4)

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 14 / 45

Page 15: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI Serie de Fourier de senales periodicas discretas.

Observaciones

• si k fluctua de 1 a N entonces:

x[n] = a1ϕ1[n] + a2ϕ2[n] + a3ϕ3[n] + ...+ aNϕN [n]

• si k fluctua de 0 a N − 1 entonces:

x[n] = a0ϕ0[n] + a1ϕ1[n] + a2ϕ2[n] + ...+ aN−1ϕN−1[n]

• Los coeficientes espectrales son periodicos, es decir: ak = ak+N

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 15 / 45

Page 16: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI Serie de Fourier de senales periodicas discretas.

Asignacin

• Programe y dibuje en Octave los coeficientes espectrales de una senaldiscreta pulso rectangular periodica centrada en el origen. Ademasdibuje la suma de los N primeros terminos de la serie.

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 16 / 45

Page 17: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI Propiedades de la serie de Fourier en tiempo discreto.

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 17 / 45

Page 18: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Series de Fourier y Sistemas LTI Propiedades de la serie de Fourier en tiempo discreto.

Propiedades de la serie de Fourier en tiempo discreto

• x[n− n0]←→ ake−jkω0n0

• x[n]ejmω0n ←→ ak−m

• x∗[n]←→ a∗−k

• x( nm)←→ 1

mak

•∑

r=<N> x[r]y[n− r]←→ Nakbk

• x[n]y[n]←→∑

l=<N> albk−l

• x[n]− x[n− 1]←→ (1− e−jkωo)ak

•∑n

k=−∞ x[k]←→ ak(1−e−jkωo )

• si x[n] es real ←→ ak = a∗−k

• Ev{x[n]}+Od{x[n]} ←→ Re{ak}+ Im{ak}

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 18 / 45

Page 19: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Continuo (CTFT)

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 19 / 45

Page 20: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Continuo (CTFT) Definicion

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 20 / 45

Page 21: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Continuo (CTFT) Definicion

Genesis de la CTFT

La CTFT se genera de la necesidad trazar la envolvente de los coeficientesespectrales de una senal periodica. Supongamos una senal x(t) pulsorectangular de ancho 2T1 con simetrıa par y perıodo T . Si se hace tenderel perıodo a infinito entonces ωo tendera a cero, luego la senal x(t) va atender a un pulso rectangular aperiodico de ancho 2T1 con simetrıa par ylos coeficientes espectrales se iran acercando entre si. [1]Esto es:

x(t) =

{1 si −T1 < t < T1,

0 si T1 < |t| < T2 .←→ ak =

2sin(kωoT1)

kωoT=

sin(kωoT1)

Para k = 0. Escribiendo Tak = 2sin(kωoT1)kωo

y definiendo la envolvente

como (Tak)∗ = 2sin(ωT1)

ω , cuando ωo → 0, entonces Tak → (Tak)∗.

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 21 / 45

Page 22: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Continuo (CTFT) Definicion

Definicion del par CTFT:

La evolvente se define como la conversion a continuo de la expresion Tak.Para cualquier senal la envolvente serıa:

X(jω) =

∫ ∞

−∞x(t)e−jωtdt (5)

Sustituyendo los coeficientes espectrales en la serie de Fourier y haciendoωo → 0 se obtiene:

x(t) =1

∫ ∞

−∞X(jω)ejωtdω (6)

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 22 / 45

Page 23: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Continuo (CTFT) Definicion

Condiciones de Existencia de la CTFT y Metodos deCalculo.

Tendran CTFT aquellas senales continuas que sean absolutamenteintegrables o que tengan un numero finito de discontinuidades.

Estrategias de calculo de la CTFT =

Definicion.

Propiedades.

Transformadas Notables.

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 23 / 45

Page 24: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Continuo (CTFT) Propiedades

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 24 / 45

Page 25: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Continuo (CTFT) Propiedades

Porpiedades significativas.

• ax(t) + by(t)←→ aX(jω) + bY (jω)

• x∗(t)←→ X∗(jω)

• x(−t)←→ X(−jω)• x(t)y(t)←→ 1

2π [X(jω) ∗ Y (jω)]

• x(t− to)←→ e−jωtoX(jω)

• x(t) ∗ y(t)←→ [X(jω)Y (jω)]

• x(at)←→ 1|a|X( jωa )

• ddtx(t)←→ jωX(jω)

•∫ t−∞ x(t)←→ 1

jωX(jω) + πX(0)δ(ω)

• tx(t)←→ j ddωX(jω)

• si x(t) es real ←→ X(jω) = X∗(−jω)• si x(t) es real Ev{x(t)}+Od{x(t)} ←→ Re{X(jω)}+ jIm{X(jω)}

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 25 / 45

Page 26: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Continuo (CTFT) CTFT de una senal periodica

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 26 / 45

Page 27: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Continuo (CTFT) CTFT de una senal periodica

CTFT de una senal periodica

Partiendo de:X(jω) = 2πδ(ω − ωo)

x(t) =1

∫ ∞

−∞2πδ(ω − ωo)e

jωtdω

entonces:x(t) = ejωot

Luego:

x(t) =

∞∑k=−∞

akejkωot ←→ X(jω) =

∞∑k=−∞

2πakδ(ω − kωo)

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 27 / 45

Page 28: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Continuo (CTFT) CTFT Notables

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 28 / 45

Page 29: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Continuo (CTFT) CTFT Notables

CTFT Notables

• x(t) = sin(Wt)πt ←→ X(jω) =

{1 si |ω| ≤W,

0 si |ω| > W.

• x(t) = e−atµ(t), a > 0←→ X(jω) = 1a+jω

• x(t) =

{1 si |t| < T1,

0 si |t| > T1.←→ X(jω) = 2sin(ωT1)

ω

• x(t) = δ(t− to)←→ X(jω) = e−jωto

• x(t) = µ(t)←→ X(jω) = 1jω + πδ(ω)

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 29 / 45

Page 30: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Continuo (CTFT) La funcion seno cardinal

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 30 / 45

Page 31: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Continuo (CTFT) La funcion seno cardinal

La funcion Sinc(θ) y Sa(θ)

La funcion Sa(θ) se define como:Sa(θ) = sin(θ)θ para cualquier valor de θ

distinto de cero. Para θ = 0 la funcion vale 1, con eje de las absisas enradianes.1

La funcion Sinc(θ) es la misma Sa(θ) pero normalizada. Es decir, el ejede las absisas esta en funcion de numeros naturales. Adems, para cualquiervalor de θ distinto de cero. Para θ = 0 la funcion vale la unidad.:

Sinc(θ) =sin(πθ)

πθ

1Para calcular la transformada de una Sa(t), primero se debe normalizar, es decir,llevar a una expresion en funcion de Sinc(t) y luego buscar el pulso rectangular asociado.

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 31 / 45

Page 32: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Continuo (CTFT) La funcion seno cardinal

La funcion Sinc(θ) y Sa(θ)

• Conversion 1:

2sin(ωT1)

ω=

2T1

T1

sin(ωT1)

ω=

2T1sin(ωT1)

ωT1=

=2T1sin(

πωT1π )

πωT1π

= 2T1Sinc(ωT1

π)

• Conversion 2:

sin(Wt)

πt=

Wπ sin(Wt)

Wπtπ

=W

π

sin(Wt)

Wt=

=Wπ sin(πWt

π )πWtπ

=W

πSinc(

Wt

π)

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 32 / 45

Page 33: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Discreto (DTFT)

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 33 / 45

Page 34: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Discreto (DTFT) Definicion

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 34 / 45

Page 35: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Discreto (DTFT) Definicion

Genesis de la DTFT

Sea x[n] una senal periodica de perıodo N y ωo =2πN :

x[n] =∑

k=<N>

akejkωon (7)

donde:

ak =1

N

∑n=<N>

x[n]e−jkωon (8)

y sea x[n] una senal aperiodica, identica a un perıodo de x[n]. Si en elintervalo [−N1, N2], x[n] y x[n] son identicas, entonces:

ak =1

N

N2∑n=−N1

x[n]e−jkωon =1

N

∞∑n=−∞

x[n]e−jkωon (9)

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 35 / 45

Page 36: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Discreto (DTFT) Definicion

Genesis de la DTFT

Trazando la envolvente de los coeficientes espectrales, a partir de 9 sedefine:

X(ejω) =∞∑

n=−∞x[n]e−jωn (10)

Sustituyendo 10 en 7 se tiene:

x[n] =1

N

∑k=<N>

X(ejkωo)ejkωon =1

∑k=<N>

X(ejkωo)ejkωonωo (11)

luego, aproximando ωo → 0 y haciendo el perıodo infinito:

x[n] =1

∫2π

X(ejω)ejωndω (12)

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 36 / 45

Page 37: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Discreto (DTFT) Definicion

La DTFT

Definicion

El par transformado de Fourier en Tiempo Discreto se define como:

X(ejω) =∞∑

n=−∞x[n]e−jωn (13)

x[n] =1

∫2π

X(ejω)ejωndω (14)

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 37 / 45

Page 38: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Discreto (DTFT) Propiedades y Tablas

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 38 / 45

Page 39: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Discreto (DTFT) Propiedades y Tablas

Propiedades

• La DTFT es periodica en ω cada 2π

• ax[n] + by[n]←→ aX(ejω) + bY (ejω)

• x[n− no]←→ e−jωnoX(ejω)

• ejωonx[n]←→ X(ej(ω−ωo))

• x[n](k) ←→ X(ejkω)

• x[n] ∗ y[n]←→ X(ejω)Y (ejω)

• x[n]y[n]←→ 12π

∫2π x(e

jθ)y(ej(ω−θ))dθ

• x[n]− x[n− 1]←→ (1− e−jω)x(ejω)

•∑n

−∞ x(k)←→ 1(1−ejω)

x(ejω) + πx(ej0)∑∞

n=−∞ δ(ω − 2kπ)

• si x[n] es real ←→ X(ejω) = X∗(e−jω)

• si x[n] es realEv{x[n]}+Od{x[n]} ←→ Re{X(ejω)}+ jIm{X(ejω)}

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 39 / 45

Page 40: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Discreto (DTFT) Propiedades y Tablas

DTFT notables

• δ[n]←→ 1

• µ[n]←→ 1(1−e−jω)

+∑−∞

k=−∞ πδ(ω − 2kπ)

• δ[n− n0]←→ e−jωn0

• sin(Wn)πn ←→ X(ejω) =

{1 si |ω| ≤W,

0 si |ω| > W.Periodica cada 2π

• (n+r−1)!n!(r−1)! a

nµ[n], |a| < 1←→ X(ejω) = 1(1+ae−jω)r

• x[n] =

{1 si |n| ≤ N1,

0 si |n| > N1.←→ X(ejω) =

sin[(2N1+1)ω

2]

sin(ω2)

•∑

k=<N> akejkω0n ←→ 2π

∑k=∞k=−∞ akδ(ω − 2kω0)

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 40 / 45

Page 41: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Discreto (DTFT) Dualidad

Indice

1 Series de Fourier y Sistemas LTISeries de Fourier de senalesperiodicas continuas.Convergencia de la serie deFourier y el fenomeno de Gibbs.Propiedades de la serie deFourier en tiempo continuo.Serie de Fourier de senalesperiodicas discretas.Propiedades de la serie deFourier en tiempo discreto.

2 Transformada de Fourier enTiempo Continuo (CTFT)

DefinicionPropiedadesCTFT de una senal periodicaCTFT NotablesLa funcion seno cardinal

3 Transformada de Fourier enTiempo Discreto (DTFT)

DefinicionPropiedades y TablasDualidad

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 41 / 45

Page 42: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Discreto (DTFT) Dualidad

Dualidad

En los metodos de fourier existen tres casos de dualidad:

• Primer Caso: Al comparar las expresiones del par transformado de laCTFT, se observa que las ecuaciones son muy similares. Esto implicala posibilidad de calcular algunas transformadas sin tener que resolverlas integrales de manera metodica, sino, adecuando la estructura deintegral planteada(sustituyendo t por −t y luego t por ω) e intuyendopor simple similitud su resultado, para ası obtener la expresion de unatransformada en especıfico. Ejemplo: Resolver ejercicio 4.12 de [2].

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 42 / 45

Page 43: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Discreto (DTFT) Dualidad

Dualidad

• Segundo Caso: Los coeficientes de Fourier ak de una senal periodicax[n] son, en sı mismos una secuencia periodica. Es decir, la secuenciacorrespondiente a ak se puede expandir en serie de Fourier. Ahorabien, los coeficientes de la serie de Fourier para la secuencia periodicaak tienen forma parecida a la senal original, es decir, valen: 1

N x[−n].De manera mas especıfica, los coeficientes de Fourier de una senaldiscreta periodica son: ak = f [k] = 1

N

∑n=<N> x[n]e−jkωon. Si

hacemos k = m y luego n = −k se obtiene:f [m] = 1

N

∑k=<N> x[−k]ejkωom, donde se observa que los

coeficientes de Fourier de los coeficientes ak valen 1N x[−k]. Ejemplo

5.16 pag 394 de [2]

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 43 / 45

Page 44: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Discreto (DTFT) Dualidad

Dualidad

• Tercer Caso: Al comparar el par transformado de Fourier en tiempodiscreto y las ecuaciones de sıntesis y de analisis de la CFS se observamucha similitud, de hecho, la expresion x(ejω) constituye, en sımisma, una expansion en serie de Fourier continua en ω. Por lo tanto,de la misma manera que en el primer caso, se puede aproximar elcalculo de la DTFT apoyandonos en los conocimientos de la CFS.Ejemplo 5.17 pag 395 de [2]

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 44 / 45

Page 45: An alisis de Senales~ y Sistemas Lineales

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Transformada de Fourier en Tiempo Discreto (DTFT) Dualidad

Referencias

Signals and systems spring 2011 mit opencourseware.https://ocw.mit.edu.Accessed: 2018-03-10.

A.V. Oppenheim, A.S. Willsky, and S.H. Nawab.Signals and Systems.Prentice-Hall signal processing series. Prentice Hall, 1997.

Ing. A. Osman (UC) SyS 29 de noviembre de 2018 45 / 45