y[n] ay[n 1] = x[n] + βx[n 1] (6)

Σχετικά έγγραφα
y[n] ay[n 1] = x[n] + βx[n 1] (6)

x[n] = e u[n 1] 4 x[n] = u[n 1] 4 X(z) = z 1 H(z) = (1 0.5z 1 )(1 + 4z 2 ) z 2 (βʹ) H(z) = H min (z)h lin (z) 4 z 1 1 z 1 (z 1 4 )(z 1) (1)

y[n] 5y[n 1] + 6y[n 2] = 2x[n 1] (1) y h [n] = y h [n] = A 1 (2) n + A 2 (3) n (4) h[n] = 0, n < 0 (5) h[n] 5h[n 1] + 6h[n 2] = 2δ[n 1] (6)

X(e jω ) = x[n]e jωn (1) x[n] = 1. T s

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

x[n]z n = ) nu[n]z n z 1) n z 1 (5) ( 1 z(2z 1 1]z n +

{ } x[n]e jωn (1.3) x[n] x [ n ]... x[n] e jk 2π N n

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

y(t) = x(t) + e x(2 t)

x[n] = x[k]δ[n k]. (13.1) x[n] = 2δ[n] 4δ[n 1] + 1 δ[n 4] (13.2) y[n] = 2x[n 1] x[n 2] + x[n 3], (13.3) h[n] = 2δ[n 3] 3δ[n 4] + 0.6δ[n 5]. (13.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-370: Ψηφιακή Επεξεργασία Σήµατος Χειµερινό Εξάµηνο 2016 ιδάσκοντες : Γ. Στυλιανού - Γ.

X(e jω ) = x[n]e jωn (16.1) x[n] < (16.2) a n u[n] = a n =

x(t) = 4 cos(2π600t π/3) + 2 cos(2π900t + π/8) + cos(2π1200t) (3)

Εξεταστική Ιανουαρίου 2007 Μάθηµα: «Σήµατα και Συστήµατα»

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο. Μετασχηματισμός FOURIER Διακριτού Χρόνου DTFT. (Discrete Time Fourier Transform) ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ Σ. ΦΩΤΟΠΟΥΛΟΣ ΔΠΜΣ 1/ 45

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΥΣΗ FOURIER ΔΙΑΚΡΙΤΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. DTFT και Περιοδική/Κυκλική Συνέλιξη

Μετασχηµατισµός FOURIER ιακριτού χρόνου DTFT

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών. στο χώρο της συχνότητας

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 7: Μετασχηματισμός Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 9: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ. Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων. Άσκηση 3η. Στυλιανού Ιωάννης. Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών

ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΤΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ FOURIER

x(t) = 4 cos(2π400t π/3) + 2 cos(2π900t + π/8) + cos(2π1200t) h(t) = 2000sinc(2000t) = h(t) = 2000sinc(2000t) H(f) = rect

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

= 5 cos(2π500t π/2) + 9 cos(2π900t + π/3) cos(2π1400t) (9) H(f) = 4.5, αλλού

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο. Μετασχηματισμός FOURIER Διακριτού Χρόνου DTFT. (Discrete Time Fourier Transform) ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ Σ. ΦΩΤΟΠΟΥΛΟΣ ΔΠΜΣ 1 / 55

f s > 2B, (9.1) T s < 1 2B (9.2) f s > 2B (9.3) x(t) X(f) X(0)

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο. Μετασχηματισμός FOURIER Διακριτού Χρόνου DTFT

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών. Σήματα. και. Συστήματα

Kεφάλαιο 5 DFT- FFT ΔΙΑΚΡΙΤΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER DISCRETE FOURIER TRANSFORM 1/ 80. ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ DFT-FFT Σ.

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

= R{(a + jb)e j2π 3 4 t } (6) a + jb = j2.707 = e j π (7) A = (9) f 0 = 3 4

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 8: Ιδιότητες του Μετασχηματισμού Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 13: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών. HY-215: Εφαρµοσµένα Μαθηµατικά για Μηχανικούς ιδάσκοντες : Γ. Στυλιανού, Γ.

ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ + 1+ = =

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΔΙΑΚΡΙΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ

Διάλεξη 2. Συστήματα Εξισώσεων Διαφορών ΔιακριτάΣήματαστοΧώροτης Συχνότητας

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο. Μετασχηματισμός FOURIER Διακριτού Χρόνου DTFT

x(t) = 4 cos(2π600t π/3) + 2 sin(2π900t + π/4) + sin(2π1200t) (1) w(t) = y(t)z(t) = 2δ(t + 1) (2) (2 sin(2π900t + π/4) t= 1 + sin(2π1200t) )

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ Τµήµα Επιστήµης Υπολογιστών

ΨΕΣ DTFT. DFT-pairs: DFT-properties :

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

LCs 2 + RCs + 1. s 1,2 = RC ± R 2 C 2 4LC 2LC. (s 2)(s 3) = A. = 4 s 3 s=2 s + 2 B = (s 2)(s 3) (s 3) s=3. = s + 2. x(t) = 4e 2t u(t) + 5e 3t u(t) (2)

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 10: Γραμμικά Φίλτρα. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Ο Μετασχηματισμός Ζ. Ανάλυση συστημάτων με το μετασχηματισμό Ζ

y[n] = h[n] x[n] = Y (z) = X(z)H(z) (3)

Επομένως το εύρος ζώνης του διαμορφωμένου σήματος είναι 2.

ΣΕΙΡΕΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ FOURIER. e ω. Το βασικό πρόβλημα στις σειρές Fourier είναι ο υπολογισμός των συντελεστών c

y(t) = x(t) + e x(2 t)

P x = X k 2 (2) = = p = 78% (5)

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο Μετασχηματισμός Z. ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ - Μετασχ.-z

20-Φεβ-2009 ΗΜΥ Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier

Συνεπώς, η συνάρτηση µεταφοράς δεν µπορεί να οριστεί για z=0 ενώ µηδενίζεται όταν z=1. Εύκολα προκύπτει το διάγραµµα πόλων-µηδενικών ως εξής:

x[n] = x[n] = e j(k+rn)ωon = cos(k 2π N n + r2πn) + jsin(k 2π N n + r2πn) = cos(k 2π N n) + jsin( 2π N x[n] e j 2π N n = e j(k r) 2π N n = (2.

Κεφάλαιο 6 Σχεδιασμός FIR φίλτρων

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ MATLAB... 13

Kεφάλαιο 5 DFT- FFT ΔΙΑΚΡΙΤΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER DISCRETE FOURIER TRANSFORM ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ DFT-FFT. Σ.

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο Μετασχηματισμός Z

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Σήματα και Συστήματα ΙΙ

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

a k y[n k] = b l x[n l] (12.1)

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

2. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Γενικά τι είναι σύστηµα - Ορισµός. Τρόποι σύνδεσης συστηµάτων.

x[n] = x a (nt s ) (1)

Ο μετασχηματισμός z αντιστοιχεί στην ακολουθία συνάρτηση: Xz ()

ΑΝΑΠΤΥΓΜA - ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ. Περιγράψουµε τον τρόπο ανάπτυξης σε σειρά Fourier ενός περιοδικού αναλογικού σήµατος.

d k dt k a ky(t) = dt k b kx(t) (5.1)

3. Δίνεται ψηφιακό σύστημα που περιγράφεται από τη σχέση. y[n] = x[n]-2x[n-1] y[n] = x[n]-2x[1-n]

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 11: Μετασχηματισμός Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

10-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Παραθύρωση Ψηφιακά φίλτρα

APEIROSTIKOS LOGISMOS I

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Θ.Ε. ΠΛΗ22 ( ) ΓΡΑΠΤΗ ΕΡΓΑΣΙΑ #1 ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

c xy [n] = x[k]y[n k] (1)

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

x 1 [n] = 0, αλλού x[n]e jωn X(e jω ) =

x(t)e jωt dt = e 2(t 1) u(t 1)e jωt dt = e 2 t 1 e jωt dt =

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

X k e j2πkf0t = x(t) = x(t)e j2πkf0t dt (6.2)

Υπολογίζουμε εύκολα τον αντίστροφο Μετασχηματισμό Fourier μιας συνάρτησης χωρίς να καταφεύγουμε στην εξίσωση ανάλυσης.

ΨΕΣ. Ψηφιακή Επεξεργασία Σήματος. Σημειώσεις από τις παραδόσεις*

ΨΕΣ. Ψηφιακή Επεξεργασία Σήματος. Σημειώσεις από τις παραδόσεις*

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών Σημάτων. Διάλεξη 20: Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier (Discrete Fourier Transform DFT)

Μετασχηµατισµός Ζ (z-tranform)

6. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ LAPLACE

Transcript:

Ασκήσεις με το Μετασχηματισμό Fourier Διακριτού Χρόνου 3 Νοεμβρίου 018 1. Εστω το σύστημα του Σχήματος 1. Σχήμα 1: Σχήμα Άσκησης 1 (αʹ) Βρείτε την κρουστική απόκριση h[n] του συνολικού συστήματος. (βʹ) Βρείτε την απόκριση σε συχνότητα του συνολικού συστήματος. (γʹ) Βρείτε την εξίσωση διαφορών που σχετίζει την είσοδο με την έξοδο του συστήματος. (δʹ) Είναι το σύστημα αιτιατό; Είναι το σύστημα ευσταθές; Αν όχι, υπο ποιές συνθήκες μπορεί να είναι; (αʹ) Η έξοδος εκφράζεται ως y[n] = h [n] (h 1 [n] x[n] + x[n]) = h [n] ((h 1 [n] + δ[n]) x[n]) (1) = x[n] (h 1 [n] + δ[n]) h [n] () άρα είναι εμφανές ότι h[n] = (h 1 [n] + δ[n]) h [n] = a n u[n] + βa n 1 u[n 1]. (βʹ) Θα είναι, με χρήση γνωστών ζευγών και ιδιοτήτων, (γʹ) Θα είναι H(e jω ) = 1 1 ae jω + 1 1 ae jω βe jω = 1 + βe jω, a < 1 (3) 1 ae jω H(e jω ) = Y (ejω ) X(e jω ) = 1 + βe jω (4) 1 ae jω Y (e jω )(1 ae jω ) = X(e jω )(1 + βe jω ) (5) y[n] ay[n 1] = x[n] + βx[n 1] (6) 1

(δʹ) Επειδή από α) ερώτημα, ισχύει h[n] = 0, n < 0, το σύστημα είναι αιτιατό. Αν το σύστημα είναι ευσταθές, αυτό σημαίνει ότι υπάρχει ο μετασχ. Fourier του. Από το β) ερώτημα, αυτό ισχύει μόνον όταν a < 1.. Εστω X(e jω ) ο μετασχ. Fourier του x[n], το οποίο φαίνεται στο Σχήμα. Βρείτε τα παρακάτω, ΧΩΡΙΣ να υπολογίσετε ρητά τον X(e jω ). (αʹ) X(e jω ) ω=0 (βʹ) X(e jω ) ω=π Σχήμα : Σχήμα Άσκησης (γʹ) X(e jω ) (δʹ) π π X(ejω )dω (εʹ) Βρείτε και σχεδιάστε το σήμα που έχει μετασχ. Fourier τον X(e jω ) (ϛʹ) Βρείτε και σχεδιάστε το σήμα που έχει μετασχ. Fourier τον R{X(e jω )} (αʹ) X(e jω ) ω=0 = (βʹ) X(e jω ) ω=π = 7 n= 3 7 n= 3 x[n]e jωn ω=0 = x[n]e jωn ω=π = 7 n= 3 7 n= 3 x[n] = 6 x[n]e jπn = 7 n= 3 x[n]( 1) n = (γʹ) Το σήμα στο χρόνο είναι συμμετρικό ως προς n =. Αν ήταν συμμετρικό ως προς n = 0 (δηλ. άρτιο), η φάση του θα ήταν μηδεν. Εστω y[n] αυτό το σήμα, με x[n] = y[n ]. Λόγω όμως της μετατόπισης κατά n 0 = δεξιά, ο μετ. Fourier θα είναι X(e jω ) = Y (e jω )e jω, και άρα η φάση θα είναι arg[x(e jω )] = ω. (δʹ) π π X(e jω )dω = π π X(e jω )e jω0 dω = πx[0] = 4π. (εʹ) Ψάχνουμε ένα y[n] που έχει μετασχ. Fourier τον X(e jω ). Είναι Y (e jω ) = X(e jω ) = n= x[n]e jωn = n= Άρα y[n] = x[ n], το οποίο φαίνεται στο Σχήμα 3αʹ. (ϛʹ) Δείξαμε προηγουμένως στο γ) ερώτημα ότι x[ n]e jωn = n= y[n]e jωn (7) X(e jω ) = Y (e jω )e jω (8)

με Y (e jω ) το μετασχ. Fourier του σήματος y[n], που είπαμε ότι είναι συμμετρικό ως προς n = 0. Άρα R{X(e jω )} = X R (e jω ) = Y (e jω ) cos(ω) = 1 Y (ejω )(e jω + e jω ) (9) Παίρνοντας αντίστροφο μετασχ. Fourier, θα έχουμε F 1 {R{X(e jω )}} = 1 y[n + ] + 1 y[n ] = 1 x[n + 4] + 1 x[n] (10) και το οποίο φαίνεται στο Σχήμα 3βʹ. (αʹ) ε ερώτημα (βʹ) στ ερώτημα Σχήμα 3: Σχήματα Άσκησης 3. Ενα ΓΧΑ σύστημα περιγράφεται από τη σχέση εισόδου-εξόδου y[n] = x[n] + x[n 1] + x[n ] (11) (αʹ) Βρείτε το h[n], δηλ. την κρουστική απόκριση του συστήματος. (βʹ) Είναι το σύστημα ευσταθές; (γʹ) Βρείτε το H(e jω ), την απόκριση σε συχνότητα του συστήματος. Χρησιμοποιήστε τριγωνομετρικές ταυτότητες για να πάρετε μια απλή έκφραση για το H(e jω ). (δʹ) Σχεδιάστε το μέτρο και τη φάση της απόκρισης σε συχνότητα. (εʹ) Θεωρήστε το νέο σύστημα H 1 (e jω ) = H(e j(ω+π) ). Βρείτε το h 1 [n], δηλ. την κρουστική απόκριση του νέου συστήματος. (αʹ) Προφανώς h[n] = δ[n] + δ[n 1] + δ[n ]. (βʹ) Το σύστημα είναι ευσταθές γιατί για x[n] < B x δίνει y[n] < 4B x = B y (γʹ) Είναι Y (e jω ) = X(e jω ) + X(e jω )e jω + X(e jω )e jω (1) Y (e jω ) = X(e jω )(1 + e jω + e jω ) (13) Y (e jω )/X(e jω ) = 1 + e jω + e jω = H(e jω ) (14) H(e jω ) = e jω( 1 ejω + 1 + 1 e jω) = e jω (cos(ω) + 1) (15) (δʹ) Το φάσμα πλάτους και φάσης φαίνεται στο Σχήμα 4. Προφανώς είναι H(e jω ) = e jω (cos(ω)+ 1) = cos(ω) + 1 και H(e jω ) = ω. (εʹ) Προφανώς θα είναι H 1 (e jω ) = H(e j(ω+π) ) = 1 + e j(ω+π) + e j(ω+π) = 1 + e jω e jπ + e jω e jπ (16) = 1 e jω + e jω h 1 [n] = δ[n] δ[n 1] + δ[n ] (17) 3

(αʹ) Φάσμα πλάτους (βʹ) Φάσμα φάσης Σχήμα 4: Φάσμα πλάτους και φάσης Άσκησης 3 4. Η απόκριση σε συχνότητα ενός ΓΧΑ συστήματος είναι H(e jω ) = e jω/4, π < ω π (18) Βρείτε την έξοδο του συστήματος, y[n], όταν η είσοδος είναι x[n] = cos(5πn/). Εκφράστε την απάντησή σας σε όσο πιο απλή μορφή γίνεται. Η είσοδος μπορεί να γραφεί ως x[n] = cos(5πn/) = cos((4π + π)n/) = cos(πn/) = 1 ejπn/ + 1 e jπn/ (19) και γνωρίζουμε ότι τα εκθετικά της μορφής e jω 0n αποτελούν ιδιοσυναρτήσεις ενός ΓΧΑ συστήματος, άρα θα είναι: y[n] = 1 H(eπ/ )e jπn/ + 1 H(e π/ )e jπn/ = 1 e jπ/8 e jπn/ + 1 ejπ/8 e jπn/ (0) = 1 ej(πn/ π/8) + 1 ( ( n e j(πn/ π/8) = cos π 1 (1) 8)) 5. Η συνάρτηση αυτοσυσχέτισης ενός σήματος x[n] ορίζεται ως R x [n] = k= () x [k]x[n + k] (3) (αʹ) Δείξτε ότι υπάρχει σήμα g[n] τέτοιο ώστε R x [n] = x[n] g[n], και βρείτε αυτό το g[n]. (βʹ) Δείξτε ότι ο μετασχ. Fourier της R x [n] είναι ίσος με X(e jω ). (αʹ) Εχουμε R x [n] = Άρα θα είναι g[n] = x [ n]. = x [k]x[n + k] (θέτουμε r = k) (4) k= r= x [ r]x[n r] = x [ n] x[n] (5) 4

(βʹ) Θα είναι R X (e jω ) = F {x [ n]}f {x[n]} = X (ω)x(e jω ) = X(e jω ) (6) 6. Για το σύστημα του Σχήματος 5, βρείτε την έξοδο y[n] αν για την είσοδο x[n] = δ[n] και το H(e jω ) είναι ένα ιδανικό χαμηλοπερατό φίλτρο, δηλ. H(e jω ) = { 1, ω < π/ 0, π/ < ω π (7) Σχήμα 5: Σχήμα Άσκησης 7 Ο μετασχ. Fourier του σήματος x[n] = δ[n] είναι X(e jω ) = 1, για κάθε ω, άρα όταν περάσει αυτό το σήμα μέσα από το ιδανικό χαμηλοπερατό φίλτρο H(e jω ), η έξοδος w[n] θα είναι το ίδιο το φίλτρο, δηλ. { W (ω) = H(e jω )X(e jω ) = H(e jω 1, ω < π/ ) = (8) 0, π/ < ω π Η έξοδος y[n] θα ισούται με { y[n] = ( 1) n w[n] + w[n] = [( 1) n 0, n περιττά + 1]w[n] = w[n], n άρτια (9) Αρκεί να βρούμε το w[n]. Θα είναι w[n] = 1 π/ 1e jωn dω = 1 1 π/ π π/ π jn ejωn (30) π/ 1 = jπn (ejπn/ e jπn/ ) = 1 j sin(πn/) (31) jπn = 1 sin(πn/) = 1 ( n ) πn/ sinc (3) Ομως, παρατηρώντας τις τιμές του w[n], βλέπουμε ότι 1, n = 0 w[n] = ( 1) n /(πn), n περιττά 0, n άρτια (33) 5

Άρα συνολικά θα είναι { 0, n περιττά y[n] = w[n], n άρτια 1, n = 0 = 0, n άρτια, n 0 0, n περιττά (34) που ουσιαστικά είναι ο ορισμός της δ[n], άρα τελικά y[n] = δ[n]. Ενας άλλος τρόπος λύσης θα ήταν στο χώρο της συχνότητας. Μπορούμε να πούμε ότι ( 1) n w[n] = e jπn w[n] (35) το οποίο έχει μετασχ. Fourier W (ω π). Άρα η συνολική έξοδος y[n] γράφεται y[n] = e jπn w[n] + w[n] Y (e jω ) = W (ω π) + W (ω) = H(ω π) + H(e jω ) (36) Ομως εύκολα βλέπουμε ότι H(ω π) = και { 1, ω π < π/ 0, π/ < ω π π = οπότε το άθροισμά τους θα είναι H(e jω ) = { { 1, π/ < ω < 3π/ 1, π/ < ω < π 0, 3π/ < ω π = 0, ω π/ { 1, ω < π/ 0, π/ < ω π (37) (38) για κάθε ω. Άρα y[n] = F 1 {1} = δ[n]. Y (e jω ) = H(ω π) + H(e jω ) = 1 (39) 7. Θεωρήστε το ΓΧΑ σύστημα με απόκριση συχνότητας H(e jω ) = e jω/, ω < π (40) Αποφανθείτε αν το σύστημα είναι αιτιατό ή όχι. Δικαιολογήστε την απόφασή σας. Ενα σύστημα είναι αιτιατό όταν για είσοδο x[n] = 0, n < n 0 τότε και η έξοδος είναι y[n] = 0, n < n 0. Άρα για μια είσοδο x[n] = δ[n 1] θα πρέπει η έξοδος να είναι y[n] = 0, n < 1. Ξέρουμε ότι x[n] = δ[n 1] X(e jω ) = e jω, άρα y[0] = 1 π = 1 π π π π π Y (e jω )dω = π π e jω e jω/ dω = 1 π που είναι 0, οπότε το σύστημα είναι ΜΗ αιτιατό. H(e jω )X(e jω )dω (41) 3 ej3ω/ π π = 3π (4) 8. Μια συχνά χρησιμοποιούμενη αριθμητική πράξη είναι η λεγόμενη πρώτη διαφόριση, και ουσιαστικά είναι η διακριτή έκδοση της παραγώγισης. Η πράξη αυτή ορίζεται ως y[n] = (x[n]) = x[n] x[n 1] (43) όπου το x[n] ειναι η είσοδος και y[n] είναι η έξοδος του συστήματος. 6

(αʹ) Δείξτε ότι το σύστημα είναι γραμμικό και χρονικά αμετάβλητο. (βʹ) Βρείτε την κρουστική απόκριση του συστήματος. (γʹ) Βρείτε και σχεδιάστε την απόκριση σε συχνότητα (φάσμα πλάτους και φάσης). (δʹ) Δείξτε ότι αν τοτε όπου δηλώνει τη συνέλιξη. (αʹ) Για είσοδο ax 1 [n] η έξοδος είναι ενώ για είσοδο βx [n] η έξοδος είναι x[n] = f[n] g[n] (44) (x[n]) = (f[n] g[n]) = f[n] (g[n]) = f[n] g[n] (45) Για είσοδο ax 1 [n] + βx [n], η έξοδος θα είναι y 1 [n] = ax 1 [n] ax 1 [n 1] y [n] = βx [n] βx [n 1] y[n] = ax 1 [n] + βx [n] ax 1 [n 1] βx [n 1] που είναι το ίδιο με το άθροισμα των επιμέρους εξόδων, άρα το σύστημα είναι γραμμικό. Για είσοδο x[n n 0 ], η έξοδος είναι και η έξοδος άρα είναι χρονικά αμετάβλητο. y[n] = x[n n 0 ] x[n n 0 1] y[n n 0 ] = x[n n 0 ] x[n n 0 1] (βʹ) Προφανώς, η κρουστική απόκριση υπολογίζεται θέτοντας x[n] = δ[n], και άρα είναι y[n] = x[n] x[n 1] h[n] = δ[n] δ[n 1] (γʹ) Είναι το οποίο γράφεται ως Είναι H(e jω ) = 1 e jω (46) H(e jω ) = H(e jω ) e j tan 1 I{H(e jω )} R{H(e jω )} (47) H(e jω ) = 1 e jω = 1 cos( ω) j sin( ω) = (1 cos(ω)) + j sin(ω) (48) = 1 cos(ω) + cos (ω) + sin (ω) = cos(ω) (49) και H(e jω ) = arctan sin(ω) 1 cos(ω) των οποίων οι γραφικές παραστάσεις φαίνονται στο Σχήμα 6. (50) 7

Η(e jω ) π/ <Η(e jω ) -π -π 0 π ω 0 π ω -π/ Σχήμα 6: Σχήματα Άσκησης 9 (δʹ) Είδαμε ότι x[n] = x[n] h[n] = x[n] (δ[n] δ[n 1]) = x[n] x[n 1] (51) οπότε για x[n] = f[n] g[n] θα είναι f[n] g[n] = f[n] g[n] (δ[n] δ[n 1]) = f[n] (g[n] g[n 1]) = f[n] g[n] (5) ή και f[n] g[n] = f[n] g[n] (δ[n] δ[n 1]) = (f[n] f[n 1]) g[n] = f[n] g[n] (53) 9. α) Βρείτε την απόκριση συχνότητας H(e jω ) του ΓΧΑ του οποίου η είσοδος και η έξοδος ικανοποιούν την εξίσωση διαφορών y[n] 1 y[n 1] = x[n] + x[n 1] + x[n ] (54) β) Βρείε την εξίσωση διαφορών που χαρακτηρίζει το σύστημα με απόκριση σε συχνότητα α) Είναι β) Είναι H(e jω ) = 1 1 e jω + e j3ω 1 + 1 e jω + 3 4 e jω (55) y[n] 1 y[n 1] = x[n] + x[n 1] + x[n ] (56) Y (e jω ) 1 Y (ejω )e jω = X(e jω ) + X(e jω )e jω + X(e jω )e jω (57) Y (e jω )(1 1 e jω ) = X(e jω )(1 + e jω + e jω ) (58) Y (e jω ) X(e jω ) = H(ejω ) = 1 + e jω + e jω 1 1 (59) e jω H(e jω ) = Y (ejω ) X(e jω ) = 1 1 e jω + e j3ω 1 + 1 e jω + 3 4 e jω (60) Y (e jω )(1 + 1 e jω + 3 4 e jω ) = X(e jω )(1 1 e jω + e j3ω ) (61) Y (e jω ) + 1 e jω Y (e jω ) + 3 4 e jω Y (e jω ) = X(e jω ) 1 e jω X(e jω ) + e j3ω X(e jω ) (6) y[n] + 1 y[n 1] + 3 4 x[n ] = x[n] 1 x[n 1] + x[n 3] (63) 8

που είναι και το ζητούμενο. 10. Θεωρήστε ένα σύστημα με είσοδο x[n] και έξοδο y[n] που ικανοποιούν την εξίσωση διαφορών y[n] = ny[n 1] + x[n] (64) Το σύστημα είναι αιτιατό και ικανοποιεί τις συνθήκες αρχικής ηρεμίας, δηλ. x[n] = 0, n < n 0, τότε y[n] = 0, n < n 0. (αʹ) Αν x[n] = δ[n], βρείτε το y[n] για κάθε n. (βʹ) Είναι το σύστημα γραμμικό; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. (γʹ) Είναι το σύστημα χρονικά αμετάβλητο; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. { 1, n = 0 (αʹ) Αν x[n] = δ[n] = 0, n 0 h[n] του συστήματος. Άρα τότε ξέρουμε ότι η έξοδος αποτελεί την κρουστική απόκριση y[n] = 0, n < 0 (65) y[0] = 0y[ 1] + 1 = 1 (66) y[1] = 1y[0] = 1 (67) y[] = y[1] = (68) y[3] = 3y[] = 6 (69) y[4] = 4y[3] = 4 (70) y[5] = 5y[4] = 10 (71) (βʹ) Εστω η είσοδος x[n] = aδ[n] + bδ[n], τότε θα έχουμε. y[n] = h[n] = n!u[n] (7) y[n] = 0, n < 0 (73) y[0] = a + b (74) y[1] = a + b (75) y[] = (a + b) (76) y[3] = 6(a + b) (77) y[4] = 4(a + b) (78). Επειδή η έξοδος του αθροίσματος των δυο σημάτων εισόδου είναι ίση με το άθροισμα των επιμέρους εξόδων, το σύστημα είναι γραμμικό. (γʹ) Εστω η είσοδος x[n] = δ[n 1], τότε η παραπάνω αναδρομή μας δίνει y[n] = 0, n < 0 (79) y[0] = 1 (80) y[1] = (81) y[] = 6 (8) y[3] = 4 (83). 9

Χρησιμοποιώντας την h[n] από το α) ερώτημα, έχουμε ότι η h[n 1] δίνει διαφορετική ακολουθία τιμών, άρα h[n 1] = (n 1)!u[n 1] y[n] x[n]=δ[n 1] (84) και άρα το σύστημα δεν είναι χρονικά αμετάβλητο. 11. Θεωρήστε την εξίσωση διαφορών ενός ΓΧΑ αιτιατού συστήματος y[n] 1 y[n 1] = x[n 1] (85) a (αʹ) Βρείτε την κρουστική απόκριση του συστήματος, h[n], ως συνάρτηση του a. (βʹ) Για ποιό εύρος τιμών του a είναι το σύστημα ευσταθές; (αʹ) Αφού το σύστημα είναι αιτιατό, τότε h[n] = 0, n < 0. Θεωρούμε την εξίσωση h[n] = 1 a h[n 1] + δ[n 1], και είναι h[0] = 0 (86) h[1] = 1 (87) h[] = 1 a (88) h[3] = 1 a (89) h[4] = 1 a 3 (90). h[n] = ( 1 a ) n 1u[n 1] (91) (βʹ) Προφανώς το h[n] πρέπει να είναι απολύτως αθροισιμο για να είναι ευσταθές, δηλ. h[n] < 1/a n 1 = 1/a n 1 = 1 1/a n= n=1 κι αυτό συμβαίνει μόνον όταν 1/a < 1 a > 1. n=0 (9) 1. Βρείτε τον αντίστροφο μετασχ. Fourier των παρακάτω σημάτων. ˆ j sin(ω) cos(5ω) ˆ cos (ω) + sin (3ω) ˆ 1 + 3e jω + e jω 4e j3ω + e j10ω ˆ Θα είναι ( 1 j sin(ω) cos(5ω) = j j ejω 1 j e jω)( 1 ej5ω + 1 e j5ω) ( 1 = ejω 1 e jω)( 1 ej5ω + 1 e j5ω) = 1 4 ej6ω + 1 4 e j4ω 1 4 ej4ω 1 4 e j6ω 1 4 δ[n + 6] + 1 4 δ[n 4] 1 4 δ[n + 4] 1 δ[n 6] (93) 4 10

ˆ Εχουμε ˆ Είναι cos (ω) + sin (3ω) = 1 + 1 cos(ω) + 1 1 cos(6ω) = 1 + 1 cos(ω) 1 cos(6ω) = 1 + 1 4 ejω + 1 4 e jω 1 4 ej6ω 1 4 e j6ω δ[n] + 1 4 δ[n + ] + 1 4 δ[n ] 1 4 δ[n + 6] 1 δ[n 6] (94) 4 1 + 3e jω + e jω 4e j3ω + e j10ω δ[n] + 3δ[n 1] 4δ[n 3] + δ[n 10] (95) 11