6.1.2. Algoritam temeljen na diskretnoj Fourierovoj transformaciji (DFT)

Cilj: Naučiti samo osnovne elemente algoritma temeljenog na diskretnoj Fourierovoj transformaciji koji se više koristi u području telekomunikacija.

I ovaj se algoritam primjenjuje pretežno u digitalnoj obradi signala, pa ćemo ga samo kratko spomenuti. Ideja je prenesena iz kontinuiranog područja. Pretpostavimo da imamo prijenosnu funkciju GC(s) i njenu frekvencijsku karakteristiku GC(jω). Ukoliko nam je poznat frekvencijski spektar (Fourierova transformacija) ulaznog signala E(jω), frekvencijski spektar (Fourierovu transformaciju) izlaznog signala jednostavno izračunamo produktom U(jω) = GC(jω) E(jω). Množenje u frekvencijskom području odgovara konvoluciji u vremenskom području pa je:

              (6.1.4)

U diskretnom području umjesto Fourierove transformacije imamo diskretnu Fourierovu transformaciju (DFT) koja se za slijed od N ulaznih diskretnih signala e(nT), n=0, 1, ..., N-1 računa izrazom:

              (6.1.5)

gdje je Ω = 2π/NT period uzimanja uzoraka u frekvencijskom području, a T je period uzimanja uzoraka u vremenskom području.

Na sličan način odredi se i diskretna Fourierova transformacija odziva diskretnog sustava na Diracovu pobudu:

              (6.1.6)

Može se pokazati (i dokazati) da će u određenim uvjetima vrijediti

              (6.1.7)

a izraz u zagradi prema jednadžbi (6.1.2) nije ništa drugo nego u(kT).

Napomena: Konvolucijski izraz (6.1.7) vrijedi samo u specijalnim uvjetima. U općenitom slučaju umjesto konvolucije imamo cikličnu konvoluciju, ali kako digitalna obrada signala nije primarni zadatak ovog udžbenika za detalje upućujemo čitatelje na literaturu (pogledati poveznice na kraju poglavlja).

Realizacija diskretnog sustava DFT-om se prema tome sastoji od tri koraka:

a) Računanje diskretne Fourierove transformacije jednadžbom (6.1.5), za slijed od N ulaznih diskretnih  signala e(nT), n=0, 1, ..., N-1.

b) Računanje diskretne Fourierove transformacije odziva diskretnog sustava na Diracovu pobudu jednadžbom (6.1.6).

c) Proračun inverzne diskretne Fourierove transformacije produkta GC(kΩ) E(kΩ):

              (6.1.8)

Cijela se realizacija temelji na DFT-u - diskretnoj Fourierovoj transformaciji. Razvojem algoritma brzog proračuna diskretne Fourierove transformacije (FFT – eng. Fast Fourier Transform), otvorena su široka vrata primjeni DFT-a u realizaciji diskretnih sustava. Algoritama FFT-a i literature o njemu ima puno, a napomenimo samo još to da je na tržištu cijeli niz sklopova, tzv. signal procesora kojima se FFT jednostavno implementira.

U realizaciji diskretnog regulatora i njegovom prebacivanju u oblik digitalnog regulatora ipak su najvažniji rekurzivni algoritmi koje razmatramo u sljedećem poglavlju. Ovdje navodimo samo nekoliko poveznica prema Web prikazima posvećenim DFT-u i FFT-u: 

- Discrete Fourier Transform and the FFT http://www.cage.curtin.edu.au/mechanical/info/vibrations/tut4.htm

- Fast Fourier Transform Tutorial http://www.spd.eee.strath.ac.uk/~interact/fourier/fft.html

- Fourier and the Frequency Domain http://www.spd.eee.strath.ac.uk/~interact/fourier/fourier.html

- Digital Signal Processing http://www.newwaveinstruments.com/resources/rf_microwave_resources/sections/digital_signal_processing_dsp_tutorial_software.htm

- FFT Links - http://www.fftw.org/links.html

 I na kraju rekurzivni algoritmi koji se najviše koriste.