DEC DSP SDR 5 Dicrete Fourier Transform

Vergelijkbare documenten
DEC SDR DSP project 2017 (2)

DFT, Windowing, STFT, spectrogrammen

LES 3 Analoog naar digitaal conversie

Digital Signal Processing in Software Defined Radio

DSP Labo 3&4: Fourier

Labo Digitale Signaalverwerking Fourrier Sound Synthese. Dumon Willem & Van Haute Tom - 4elictI1

Harmonischen: een virus op het net? FOCUS

EE 2521: Digitale Signaalbewerking

Bouwstenen van signalen

Sommering van geluidsdruk bijdragen met onderling gelijke drukamplitude P:

ONDERDRUKKEN VAN LEK NAAR ZIJLOBBEN BIJ HET BEREKENEN VAN AUTO- EN KRUISSPECTRA M.B.V. PAST FOURIER TRANSFORMS

Vier voorbeelden van Fourier

Vectoren, matrices en beeld. Figuur: Lena. Albert-Jan Yzelman

16.0 Voorkennis. Voorbeeld 1: Los op in 2x + 3i = 5x + 6i -3x = 3i x = -i

Wavelets Een Introductie

Van bit naar bit. 19 januari 2011 Henk Schanssema PA2S

z 1 Dit tentamen bestaat uit zes opgaven (50 punten) Opgave 1 (8 punten) Gegeven het volgende systeem:

z-transformatie José Lagerberg November, 2018 Universiteit van Amsterdam José Lagerberg (FNWI) z-transformatie November, / 51

Discrete Fourier transformatie

8.1 Rekenen met complexe getallen [1]

Inhoud leereenheid 7. Communicatietheorieën. Introductie. Leerkern. Samenvatting. Terugkoppeling. Communicatietechnologie: een inleiding

Digitale Image Processing

Je krijgt 2 parabolen kado... Wat doe je ermee?

DIGITALE SIGNAALVERWERKING

De Fourieranalyse (1)

Fourier transformatie

Uitwerkingen tentamen 8C080 - april 2011

Hoe horen wij Zwevingen?

Beeldcompressie. VWO Masterclass oktober 2008

10.0 Voorkennis. cos( ) = -cos( ) = -½ 3. [cos is x-coördinaat] sin( ) = -sin( ) = -½ 3. [sin is y-coördinaat] Willem-Jan van der Zanden

Tentamen Inleiding Meten Vakcode 8E april 2009, uur

Bijsluiter Presets 2014 t.b.v. NLT-module Sound Design

Mathematical Modelling

Materialen in de elektronica Verslag Practicum 1

Lineaire algebra 1 najaar Complexe getallen

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN FACULTEIT DER TECHNISCHE NATUURKUNDE

Fourier transformatie

Oefeningenbundel Systeemtheorie

Complexe getallen. José Lagerberg. November, Universiteit van Amsterdam. José Lagerberg (FNWI) Complexe getallen November, / 30

GNU-radio 20 okt 2017 pe2rid. GNUradio.. Linux. internet. veel geduld

Uitwerkingen tentamen 8C080 - april 2011

De bouw van de Aqualizer. Door Josse van Dobben de Bruyn & Jelle van Mourik

Tussentoets Meten van Fysische Grootheden, , uur BW/VU

Aflevering 12 DSP-serie Music Maker, feb 2001 Rutger Teunissen. Het Tijdvenster

TRILLINGEN EN GOLVEN HANDOUT FOURIER

Harmonische stromen en resonantie..zx ronde 30 augustus 2015

0. voorkennis. Periodieke verbanden. Bijzonder rechthoekige driehoeken en goniometrische verhoudingen

Leereenheid 2. Diagnostische toets: De sinusvormige wisselspanning. Let op!

opgave 1. (2 pt) kies het juiste antwoord; motiveer kort je antwoord s b) de overdrachtsfunctie van een systeem is H( s) =

Wat is nieuw in WaveWizard_2013?

Laagfrequent geluidshinder klacht woning Losser

II simple FM, enkele experimenten met de DX7 en beknopte theorie

Wortels met getallen en letters. 2 Voorbeeldenen met de (vierkants)wortel (Tweedemachts wortel)

6.1 Eenheidscirkel en radiaal [1]

Wortels met getallen. 2 Voorbeeldenen met de vierkantswortel (Tweedemachts wortel)

Theoretische elektriciteit 5TSO

PROS1E1 Gestructureerd programmeren in C Dd/Kf/Bd

De digitale Oscilloscoop (Digital Storage Oscilloscope = DSO) J.P.Goemaere KaHo Sint-Lieven 2006

Fourieranalyse (2) De Man van Hits

Meet- en Regeltechniek

2.1 Gelijkvormige driehoeken[1]

Het oplossen van goniometrische vergelijkingen een alternatieve handleiding voor HAVO wiskunde B

Paragraaf 8.1 : Eenheidscirkel

Exact periode = 1. h = 0, Js. h= 6, Js 12 * 12 = 1,4.10 2

EE 2521: Digitale Signaalbewerking

Douwe Wagenaar Sinamics & Simotion Promoter Douwe.Wagenaar@siemens.com

HOOFDSTUK 5: Digitale audio

= (antwoord )

EXACT- Periode 1. Hoofdstuk Grootheden. 1.2 Eenheden.

Hoofdstuk 3 - Transformaties

Kennemer College Beroepsgericht Programma van Toetsing en Afsluiting schooljaar Proefwerk 60 min 3 Ja Schriftelijk.

Hoofdstuk 7: METING VAN DE FREQUENTIE- NAUWKEURIGHEID

Uitwerkingen tentamen 8C080 - april 2010

Universiteit Twente EWI. Practicum ElBas. Klasse AB Versterker

Cursus "Frequentiespectrum en Ruis"

Profielwerkstuk. Effecten en boventonen van Gitaren. Stefan Soede 6W 2004/2005 Coördinator:Rob Hazelzet

Noordhoff Uitgevers bv

De transferfunctie of de versterkingsfactor van een schakeling is gelijk aan de verhouding van de uitgangsspanning op de ingangsspanning.

Noordhoff Uitgevers bv

Correcties en verbeteringen Wiskunde voor het Hoger Onderwijs, deel A.

Rekenkunde, eenheden en formules voor HAREC. 10 april 2015 presentator : ON5PDV, Paul

Samenvattingen 5HAVO Wiskunde A.

Rutger Teunissen. Fourieranalyse (3) Spiraalgolven

Tentamen Inleiding Meten en Modelleren Vakcode 8C120 7 april 2010, uur. Het gebruik van een (grafische) rekenmachine is toegestaan.

Meet- en Regeltechniek

Vermenigvuldigen van grote getallen en het Schönhage-Strassen Algoritme

Regeltechniek. Les 2: Signaaltransformaties. Prof. dr. ir. Toon van Waterschoot

2.1 Lineaire functies [1]

5.1 Constructie van de complexe getallen

Uitwerking studie stimulerende toets Embedded Signal Processing (ESP)

Het thermisch stemmen van een gitaar

Complexe getallen. 5.1 Constructie van de complexe getallen

Goniometrie. Les 23 Nadruk verboden 45 Tafels 1,1. Inleiding

Hoe belangrijk is lineaire algebra voor akoestiek en omgekeerd?

1 Complexe getallen in de vorm a + bi

Opgaven bij de cursus Relativiteitstheorie wiskunde voorkennis Najaar 2018 Docent: Dr. H. (Harm) van der Lek

5. Functies. In deze module leert u:

d. Met de dy/dx knop vind je dat op tijdstip t =2π 6,28 het water daalt met snelheid van 0,55 m/uur. Dat is hetzelfde als 0,917 cm per minuut.

Paragraaf 7.1 : Eenheidscirkel en radiaal

PROEF 1. FILTERS EN IMPEDANTIES. Naam: Stud. Nr.: Doos:

Transcriptie:

DEC DSP SDR 5 Dicrete Fourier Transform Familie van Fourier transformaties Fourier Transform Fourier Series Discrete Time Fourier Transform Discrete Fourier Transform Berekening van een frequentie spectrum uit een discreet (samples) en periodiek signaal d.m.v. de Discrete Fourier Transform (DFT)

Familie van Fourier transformaties De Fourier Transformatie kan worden gebruikt om een signaal in het tijdstomein om te zetten naar het frequentie domein. M.a.w. Een scope-plaatje (signaal zichtbaar in de tijd) wordt opgezet naar een frequentie spectrum (zoals je zou zien op een sprectrum analyser). Hiernaast zie je verschillende scope plaatjes, met de verschillende transformatie-methoden om ze om te rekenen naar een frequentie spectrum. We richten ons op het onderste plaatje, een gesampled periodiek signaal. Hier wordt de DFT toegepast. Er kan gewerkt worden met complexe getallen (a + jb) maar we werken hier nu alleen met reële getallen. Daarom heet het de Real DFT.

Wat doet de Real DFT Wat je eigenlijk wilt weten is welke frequenties er in een signaal voorkomen en met welke amplitude, die je vervolgens in een frequentie-spectrum kunt weergeven. In de berekening komen de volgende zaken naar voren: Frequenties, Amplitudes en Faseverschuiving van iedere sinus (dat laatste vinden we niet altijd interessant maar hebben we wel mee te maken) De fase verschuiving wordt uitgedrukt in een cosinus en een sinus van de zelfde frequentie. (een I/Q signaal, zie eerdere sheets, ook wel een Reëel (Re) en Imaginair (Im) signaal genoemd) Tijdsdomein signaal x[ ] (kleine letter) wordt omgerekend naar frequentiedomein signaal X[ ] (hoofdletter). Dat laatste valt uiteen in het cosinus-deel Re X[ ] en het sinus-deel Im X[ ] X[ ] Als x[ ] N samples heeft, dan kun je N/2 + 1 cosinus- en N/2 + 1 sinus-amplitudes berekenen.

DFT berekenen m.b.v. correlatie Wat staat hier: Er worden N/2 frequentiecomponenten voor sinus ( = ImX[ ] ) en cosinus ( = ReX[ ]) uitgerekend uit N samples x[ ] Bijvoorbeeld: de tweede frequentie component ReX[1] (dus k=1) volgt uit : ReX[1] = x[0] * cos(2pi*1* 0/N) + x[1] * cos(2pi*1* 1/N) + x[2] * cos(2pi*1* 2/N) + + x[n-1] * cos(2pi*1* N-1/N) Als je goed kijkt zie je dat hier één complete enkele cosinus wordt doorlopen: 2pi * 0 t/m 2pi * N-1/N Bij berekenen van ReX[2] worden 2 complete cosinussen doorlopen. Bij ReX[3] dus 3 cosinussen. En zo dus voor k = 0 t/m k = N/2 Iedere keer worden er N vermenigvuldigingen gedaan waarvan de uitkomsten worden opgeteld. Dit is vergelijkbaar met de manier van filteren d.m.v. correlatie, zie eerdere sheets. Zo worden er bij 16 samples dus 9 frequentievakjes (bins) gevuld waarbij de eerste bin de DC component is Iets vergelijkbaars doen we bij de sinus componenten ImX[ ]

DFT berekening Hiernaast zie je een serie sinussen en cosinussen. Behalve de DC component (co en so) zie je o.a. c2 en s2, d.w.z. dat er 2 cosinussen of cosinussen in de 32 samples passen en b.v. c16 waarbij 16 cosinussen in de 32 samples passen. (dit is dus het maximum aantal) De vorige sheet beschreef de vermenigvuldiging van het oorspronkelijke signaal x[ ] met één enkele sinus die past binnen de samples. In totaal berekenen we van alle mogelijke sinussen en cosinussen die passen binnen de 32 samples (0 Hz tot ½ x de samplefrequentie) de correlatie met het gegeven gesampelde signaal In nevenstaand voorbeeld van 32 samples moeten we dus 2 x N² vermenigvuldigingen doen. (we nemen s0 en s16 niet mee (dit zijn allemaal nullen)

DFT berekening Nu we de sinus- en cosinusbins hebben gevuld kunnen we het vermogen in het spectrum berekenen door de verschillende bins bij elkaar op te tellen met het Pythagoras principe: Totaal in bin n = Wortel ( ReX[n]² + ImX[n]²) We hebben nu een serie samples omgerekend in een frequentie spectrum d.m.v. de Real DFT. De frequentie van de hoogste bin ligt op de helft van de samplefrequentie (en dat is wel logisch) De illustere FFT (Fast Fourier Transform) werkt met dezelfde uitgangspunten. Het heeft echter een sneller algoritme dan de zojuist uitgelegde DFT, waarbij het aantal vermenigvuldigingen drastisch afneemt zodat het gewenste frequentiespectrum snel kan worden berekend. B.v.: De DFT met 1024 samples vraagt om een orde grootte van 1.000.000 vermenigvuldigingen Een FFT met het zelfde aantal samples een ordegrootte van 10.000. Winst dus een factor 100!

Voorbeeld van een correlatie (in dit geval met één sinus) Een eenvoudig voorbeeld: Het gesampelde signaal past 3 x in de 64 samples (heel toevallig). We testen nu de correlatie met een sinus genaamd S3 die dus ook 3x past (die dus een frequentie heeft van 3/64 x de sample frequentie) De vermenigvuldigingen uit de DFT zie je onderaan. Ze komen voort uit: x[0] * s3[0], x[1] * s3[1], enz. Dit is een punt voor punt vermenigvuldiging tot aan sample 63. Uitkomsten zijn allemaal positieve getallen. Tel je die allemaal bij elkaar op, dan heb je het relatieve vermogen aan sinus in bin 3.

Voorbeeld van een correlatie (geval 2) Tweede voorbeeld: Het gesampelde signaal x2[ ] heeft meerdere frequentiecomponenten. We testen nu opnieuw de correlatie met de sinus genaamd S3 die dus ook 3x past in de 64 samples (en die dus een frequentie heeft van 3/64 x de sample frequentie) De vermenigvuldigingen uit de DFT zie je onderaan. Deze hebben verschillende waarden, zowel positief als negatief. Tel je die allemaal bij elkaar op, dan zou er in dit geval ongeveer nul uitkomen. Er zit nu nauwelijks vermogen in bin 3 voor wat betreft sinus s3[ ]. Cosinus hebben we natuurlijk nog niet getest hier.