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KECE321 Communication Systems I(Haykin Sec. 2.1 - Sec. 2.2 and Ziemer Sec. 2.5)
Lecture #6, March 21, 2012Prof. Young-Chai Ko
12년 3월 21일 수요일
From Fourier Series to Fourier Transform
Fourier Series
x(t) =1X
n=�1Xne
j2⇡nf0t
=1X
n=�1
"1
T0
Z T0/2
�T0/2x(t)e�j2⇡nf0t
dt
#e
j2⇡nf0t
where x(t) is periodic signal with period T0
Now T0 ! 1 then nf0 ! f , 1/T0 ! df , andP1
n=�1 !R1�1
12년 3월 21일 수요일
x(t) =1X
n=�1
"1
T0
Z T0/2
�T0/2x(t)e�j2⇡nf0t
dt
#e
j2⇡nf0t
x(t) =
Z 1
�1
Z 1
�1x(t)e�j2⇡ft
dt
�e
j2⇡ftdf
which means f0 ! 0Now T0 ! 1,
1
�1
f f
df
= X(f)
x(t) =
Z 1
�1X(f)ej2⇡ftdf
12년 3월 21일 수요일
Fourier Transform
Fourier Transformx(t)
X(f) Inverse Fourier Transform x(t)
X(f)
X(f) =
Z 1
�1x(t)e�j2⇡ft
dt
x(t) =
Z 1
�1X(f)ej2⇡ftdf
12년 3월 21일 수요일
Properties of Fourier Transform
• Linearity
• Dilation
• Conjugation rule
• Duality property
• Time shifting property
• Frequency shifting property
• Area property
• Differentiation in the time domain
• Modulation theorem
• Convolution theorem
• Correlation theorem
• Rayleigh’s Energy theorem (or Parserval’s theorem)
12년 3월 21일 수요일
Linearity
Let
then for all constants and
g1(t) () G1(f)
g2(t) () G2(f)
c1 c2
c1g1(t) + c2g2(t) () c1G1(f) + c2G2(f)
12년 3월 21일 수요일
Example
Find the Fourier transform of .
g(t)
1 2�1�2
1
2
t
g(t)
g(t)
1 2�1�2
1
2
t
1�1
g1(t)
t
1/2
2�2
g2(t)
t1/4
g(t) = 2g1(t) + 4g2(t)
12년 3월 21일 수요일
1�1
g1(t)
t
1/2 F1
2rect
✓t
2
◆�= sinc(2f)
2�2
g2(t)
t1/4 F
1
4rect
✓t
4
◆�= sinc(4f)
−10 −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8 10−0.4
−0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
f [Hz]
−10 −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8 10−0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
f [Hz]
12년 3월 21일 수요일
g(t) = 2g1(t) + 4g2(t) () G(f) = 2G1(f) + 4G2(f)
−10 −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8 10−1
0
1
2
3
4
f [Hz]
2G(f)4G(f)
−10 −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8 10−1
0
1
2
3
4
5
6
f [Hz]
G(f)
12년 3월 21일 수요일
−10 −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8 100
2
4
6
−10 −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8 100
1
2
3
4
Amplitude spectrum
Phase spectrum
f [Hz]
f [Hz]
12년 3월 21일 수요일
• We have the following pair of the Fourier transform:
• Then, if the time function, given as
Example of Duality Property: Sinc Pulse
g(t) = A sinc(2Wt) ! G(f) =A
2Wrect
✓f
2W
◆
A
2Wrect
✓t
2W
◆ ! Asinc(�2Wf) = Asinc(2Wf)
12년 3월 21일 수요일
Time Shifting Property
Frequency Shifting Property
g(t) ! G(f)
then
If
If
then
exp(j2⇡fct)g(t) ! G(f � fc)
g(t) ! G(f)
g(t� t0) ! G(f) exp(�j2⇡ft0)
12년 3월 21일 수요일
Example of Frequency Shifting Property
s(t) = rect
✓t
T
◆S(f) = T sinc(Tf)F
F�1
g(t) = s(t) · cos(2⇡fct) G(f) =?
−2 −1.5 −1 −0.5 0 0.5 1 1.5 2−1.5
−1
−0.5
0
0.5
1
1.5
t [sec]
Example for T=2 and fc=10 Hz1
fc= 0.1
g(t)
12년 3월 21일 수요일
cos(2⇡fct) =1
2
⇥ej2⇡fct + e�j2⇡fct
⇤Euler’s formula
exp(j2⇡fct)g(t) ! G(f � fc)
Frequency shift property
g(t) = s(t) · cos(2⇡fct) =rect
�tT
�
2
ej2⇡fct +rect
�tT
�
2
e�j2⇡fct
G(f) =1
2S(f � fc) +
1
2S(f + fc)
=T
2sinc[T (f � fc)] +
T
2sinc[T (f + fc)]
12년 3월 21일 수요일
−20 −15 −10 −5 0 5 10 15 20
0
0.5
1
T = 1 [sec], fc = 10 [Hz]
−100 −80 −60 −40 −20 0 20 40 60 80 100−0.2
−0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
T = 1 [sec], fc = 40 [Hz]
12년 3월 21일 수요일
• In the special case of , that is, the frequency is large compared to the reciprocal of the pulse duration - we may use the approximate result
fcT >> 1 fcT
G(f) =
8<
:
T2 sinc[T (f � fc)], f > 00, f = 0,T2 sinc[T (f + fc)], f < 0
12년 3월 21일 수요일
Example 2 for frequency shift property of FT
Given the amplitude and phase spectrum for the signal as follows:
|M(f)|
W�W 0
W
�W
ang[M(f)]
m(t)
Draw the amplitude and phase spectrum of for x(t) = m(t) cos(2⇡fct) fc >> W
1
x(t) =m(t)
2
⇥e
j2⇡fct + e
�j2⇡fct⇤
X(f) =M(f � fc)
2+
M(f + fc)
2
Solution:
12년 3월 21일 수요일
Example 3 for frequency shift property of FT
Given and signal is given as x(t) = m(t) cos(2⇡fct) y(t)
y(t) = x(t) · cos(2⇡fct)
Draw the amplitude spectrum of y(t)
Solution:y(t) = m(t) cos(2⇡fct) · cos(2⇡fct)
= m(t) cos2(2⇡fct)
= m(t)
1 + cos(4⇡fct)
2
�
=
m(t)
2
+
m(t) cos(4⇡fct)
2
cos(4⇡fct) =ej4⇡fct + e�j4⇡fct
2
=m(t)
2+
m(t)ej4⇡fct
4+
m(t)e�j4⇡fct
4
12년 3월 21일 수요일