在什么条件下,两序列的圆周卷积和线性卷积相等
时间: 2024-04-07 16:32:26 浏览: 19
两个序列 $x[n]$ 和 $h[n]$ 的线性卷积 $y[n]=x[n]*h[n]$ 和圆周卷积 $z[n]=x[n]\circledast h[n]$ 的关系可以表示为:
$$
z[n]=\sum_{m=0}^{N-1}x[(n-m)\bmod N]h[m]
$$
其中,$N$ 表示序列长度,$\bmod$ 表示取模运算。
当序列 $x[n]$ 和 $h[n]$ 的长度相等且为 $N$,并且 $x[n]$ 和 $h[n]$ 呈周期性重复,即 $x[n]=x[n+N]$ 和 $h[n]=h[n+N]$,则它们的线性卷积和圆周卷积相等,即 $y[n]=z[n]$。
这个结论可以通过证明得到。具体来说,可以将线性卷积和圆周卷积的公式代入,得到:
$$
\begin{aligned}
y[n]&=\sum_{m=0}^{N-1}x[m]h[n-m]\\
z[n]&=\sum_{m=0}^{N-1}x[(n-m)\bmod N]h[m]
\end{aligned}
$$
由于 $x[n]$ 和 $h[n]$ 呈周期性重复,因此有 $x[(n-m)\bmod N]=x[n-m+kN]$ 和 $h[m]=h[m+lN]$,其中 $k$ 和 $l$ 是任意整数。因此,可以将 $y[n]$ 和 $z[n]$ 中的 $h[n-m]$ 和 $h[m]$ 分别替换为 $h[n-m+kN]$ 和 $h[m+lN]$,得到:
$$
\begin{aligned}
y[n]&=\sum_{k=0}^{\infty}\sum_{l=0}^{\infty}x[n-m+kN]h[m+lN]\\
z[n]&=\sum_{k=0}^{\infty}\sum_{l=0}^{\infty}x[n-m+kN]h[m+lN]
\end{aligned}
$$
由于 $x[n]$ 和 $h[n]$ 是周期性重复的,因此可以将 $k$ 和 $l$ 的范围限制在 $0\leq k,l\leq 1$,并且将 $m$ 的范围限制在 $0\leq m\leq N-1$,即:
$$
\begin{aligned}
y[n]&=\sum_{m=0}^{N-1}x[n-m]h[m]\\
z[n]&=\sum_{m=0}^{N-1}x[n-m]h[m]
\end{aligned}
$$
因此,可以得到 $y[n]=z[n]$,即在序列长度相等且呈周期性重复的情况下,线性卷积和圆周卷积是相等的。