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Matlab中利用FFT实现信号频谱搬移

cyjbj 2023-07-23 原文

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Matlab中利用FFT实现信号频谱搬移

在fft的理论中,fft的频移特性表示为:


也就是说,要想对信号f(t)实现频域的频谱搬移,只要在时域乘以一个矩阵,即可实现频谱的搬移。常用的振幅调制和解调就是如此,频谱搬移前后对比如下:

其特点就是仅频谱搬移,不产生新的频谱分量。利用欧拉公式:

			e^(ix)=(cos x+isin x)

e^(ix)可以分解为实部和虚部,下面针对不同的搬移函数矩阵,对原始函数和频谱的影响分别介绍。

只有实部的频谱搬移

我们先构建一个原始函数:

A=220;   %频率F1信号的幅度
F1=50;  %信号1频率(Hz)
P1=-30; %信号1相位(度)
N=6400;  %采样点数
t=[0:1/Fs:N/Fs]; %采样时刻  0到N个点

y_sin = A * (sin(2piF1t+piP1/180)); %// 50hz的正弦波信号

再构建频谱搬移矩阵函数,为频率1k的余弦波:

F2=1000
y2= cos(2*pi*F2*t) 

则频谱搬移后函数的时域形式为:

S = y_sin .* y2;

分别对原始信号y_sin和S信号进行FFT变换,原始信号频谱图为:

S信号在时域波形图为:

频谱搬移后频谱图为:
可以看出,已经实现了完整的频谱搬移。

只有虚部的频谱搬移

同样,构建频谱搬移矩阵函数只有虚部,频率1k:

	  y2= j*sin(2*pi*F2*t)

则频谱搬移后函数的时域形式为:

S = y_sin .* y2;

S信号在时域波形图为:

只有一个独立的冲击脉冲,是不是有点不可思议,我们对S做fft变换,得到S在频域下的频谱图为:
和只有实部的频谱图是一样的,是不是很神奇?

复函数下的频谱搬移

同样,构建频谱搬移矩阵函数为复函数,频率1k:

	 y2 = exp(j*2*pi*F2*t)

则频谱搬移后函数的时域形式为:

S = y_sin .* y2;

再次画出S的时域图:
咋一看,是不是有点画家出世的感觉,你能想想他的频谱图是怎么样的吗?事实上还是一样的,fft变换后,PPT如下图:


综上所述,这三个频谱转移函数,功能上都实现了频谱的转移,但是区别在哪里昵?细心的朋友可能已经看出来了,在于幅度(或者说是能量损失),只有复函数的频谱搬移是没有能量损失的,是不是昵?欢迎朋友们一起讨论。

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