說起傅立葉變換,大部分科班出身的都上過課,但真正深入理解的,很少,用的起來的,就更少了。
傅立葉變換,本質(zhì)上就是用一組特征量來對一個信號的一種描述。比如我們描述一個人,就是把一個人從地球上70億人口唯一的表達出來,于是我們引入了一組特征量:
1、國籍,這樣就約束在中國12億人口內(nèi)了
2、省份,大概約束在1億以內(nèi)了
3、縣市,千萬級別了
4、鄉(xiāng)鎮(zhèn),最多也就是百十萬
5、街道,那就是以萬、千為記了
6、門牌號,就剩下一口幾個人了
7、姓名
這個就是,它唯一的表達了一個有限量70億分之一。
那么還有其他的表達方式,用來描述這個人,比如喬布斯,就問70億人,誰是喬布斯,大家都是知道,設(shè)計iPhone的那個人。但對于一般人來說,我們常用的是,身材、臉型,這些就可以把他從70億里面明確出來了
所以確定一個人,一個70億分之一的人,方法有很多種,如從地域區(qū)分、相貌區(qū)分、能力區(qū)分、口音區(qū)分、貢獻區(qū)分等等,可以有無限多種方式。
那么我們就明白了一點,一個信號,只要它是有限的,同樣,也是可以如同人一樣,可以有很多的方式表達它的,并且能夠表達它的唯一性,那么這個就要從數(shù)學上推理,跟人類比
1、一個信號,它必須是有限量的,若它是無限的,那么誰都描述不了,所以我們要描述的,都是具體的有限的信號。
2、必須要有一套可以用來描述這個信號的一系列的完備的(數(shù)學上往往是無限的)、獨立不相關(guān)的特征,因為我們要描述的是任意一個人,而不是喬布斯,所以必須要有一整套的特征體系。那么從數(shù)學上,就要構(gòu)建一套這樣的特征信息出來,其中,cos(nwt)、sin(nwt),n從1到無窮,這一套三角函數(shù),就完備的滿足了條件。需要注意的是,數(shù)學上必須要證明這些cos(nwt)和sin(nwt)組合起來的三角函數(shù)系必須能夠描述任意的曲線,這個就是靠高數(shù)里面的級數(shù)展開證明的。
3、把信號與參考的這整套特征比對,把信號在這套特征上的分量都表示出來即可,這個就如同三維坐標,一個點投影在其上面,于是就有了X、Y、Z三個坐標,只是三維坐標是一套有限的直角坐標,現(xiàn)在換成了一套無限的三角函數(shù)坐標罷了。
4、三角函數(shù)坐標,是傅立葉先發(fā)明的,所以以他的名字來命名。
最后結(jié)論,傅立葉變換本質(zhì)上就是一個有限的信號量在無限維三角坐標系下的投影,因為信號不是一個點,而是一個曲線,所以不能以有限的直角坐標來描述。
現(xiàn)在流行的3G的擴頻,采用了另外一套數(shù)字化的坐標,類似傅立葉變換,叫沃爾什函數(shù),今后將在GSM與CDMA區(qū)別中介紹。
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傅立葉變換
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原文標題:看得懂的傅立葉變換
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