Σήµατα και συστήµατα διακριτού χρόνου

Σχετικά έγγραφα
Σήματα- συμβολισμοί. x(n)={x(n)}={,x(-1),x(0), x(1),.} x(n)={0,-2,-3, -1, 0, 1, 2, 3, 4,0 }

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Ηλεκτρονικη και 1/60 Πληροφορίας

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Ηλεκτρονικη και 1/62 Πληροφορίας

Μετασχηµατισµός FOURIER ιακριτού χρόνου DTFT

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

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Σ. Φωτόπουλος -1- ΨΕΣ- AΣΚΗΣΕΙΣ-ΛΥΣΕΙΣ- Κεφάλαιο 2 ο

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας. Ακαδημαϊκό Έτος Παρουσίαση Νο. 2. Δισδιάστατα Σήματα και Συστήματα #1

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας. Ακαδημαϊκό Έτος Παρουσίαση Νο. 2. Δισδιάστατα Σήματα και Συστήματα #1

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

ΛΥΣΕΙΣ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ + 1+ = =

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

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

ΨΕΣ DTFT. DFT-pairs: DFT-properties :

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

DFT ιακριτός µετ/σµός Fourier Discrete Fourier Transform

Συνέλιξη Κρουστική απόκριση

Όταν θα έχουµε τελειώσει το Κεφάλαιο αυτό θα µπορούµε να:

z έχει µετασχ-z : X(z)= 2z 2

Συστήματα Διακριτού Χρόνου (Discrete-Time Systems) Κυριακίδης Ιωάννης 2011

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο. Μετασχηματισμός FOURIER Διακριτού Χρόνου DTFT

Ανάλυση ΓΧΑ Συστημάτων

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 2 η : Δισδιάστατα Σήματα & Συστήματα Μέρος 1

ΤΕΙ ΗΠΕΙΡΟΥ ΣΧΟΛΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΤΗΛΕΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ

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

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

6-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Μετασχηματισμός z

Εξεταστική Ιανουαρίου 2007 Μάθηµα: «Σήµατα και Συστήµατα»

Μετασχηµατισµός FOURIER ιακριτού Χρόνου - DTFT. Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 1

Εισαγωγή. Διάλεξη 1. Εισαγωγή Σήματα και Συστήματα Διακριτού Χρόνου. Τι είναι σήμα; Παραδείγματα

S D. y[n] x [n] y. s D2. Microphone feedback into amplifier

y[n] ay[n 1] = x[n] + βx[n 1] (6)

ΨΕΣ. Ψηφιακή Επεξεργασία Σήματος. Σημειώσεις από τις παραδόσεις*

Επαναληπτικές Ασκήσεις για το µάθηµα Ψηφιακή Επεξεργασία Σηµάτων

Σήματα και Συστήματα ΙΙ

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

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

Περιγραφή Συστηµάτων. στο Επίπεδο z. Πόλοι και Μηδενισµοί Συνάρτησης Μεταφοράς. Νοέµβριος 2005 ΨΕΣ 1

Μετασχηµατισµός Ζ (z-tranform)

Εισαγωγή στα Σήματα. Κυριακίδης Ιωάννης 2011

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

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο. Μετασχηματισμός FOURIER Διακριτού Χρόνου DTFT

Αντίστροφος Μετασχηματισμός Ζ. Υλοποίηση συστημάτων Διακριτού Χρόνου. Σχεδίαση φίλτρων

Ο Μετασχηματισμός Ζ. Ανάλυση συστημάτων με το μετασχηματισμό Ζ

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Συστήµατα τα οποία χαρακτηρίζονται από γραµµικές εξισώσεις διαφορών µε σταθερούς συντελεστές

Σχήµα 1: Χρήση ψηφιακών φίλτρων για επεξεργασία σηµάτων συνεχούς χρόνου

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΓΕΝΙΚΟ ΤΜΗΜΑ

ΨΕΣ. Ψηφιακή Επεξεργασία Σήματος. Σημειώσεις από τις παραδόσεις*

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ. ΘΕΩΡΙΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ και ΣΗΜΑΤΩΝ Σ.Δ. Φωτόπουλος 1/22

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)

Γραμμικά Χρονικά Αμετάβλητα Συστήματα. Ψ.Ε.Σ.Ε. Σ. Θεοδωρίδης 1

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

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

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)

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

10-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Παραθύρωση Ψηφιακά φίλτρα

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

Πανεπιστήµιο Κύπρου Πολυτεχνική Σχολή

Στοχαστικές Ανελίξεις (1) Αγγελική Αλεξίου

ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο Μετασχηματισμός Z

ΘΕΜΑ 2 1. Υπολογίστε την σχέση των δύο αντιστάσεων, ώστε η συνάρτηση V

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

Θέματα Εξετάσεων Ιουνίου 2003 στο μάθημα Σήματα και Συστήματα και Λύσεις

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Διάλεξη 2. Συστήματα Εξισώσεων Διαφορών ΔιακριτάΣήματαστοΧώροτης Συχνότητας

Α. Αιτιολογήστε αν είναι γραμμικά ή όχι και χρονικά αμετάβλητα ή όχι.

FFT. εκέµβριος 2005 ΨΕΣ 1

Συστήµατα τα οποία χαρακτηρίζονται από γραµµικές εξισώσεις διαφορών µε σταθερούς συντελεστές

x(t) ax 1 (t) y(t) = 1 ax 1 (t) = (1/a)y 1(t) x(t t 0 ) y(t t 0 ) =

Προηγµένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών

Ψηφιακή Επεξεργασία Σήματος

Συστήµατα τα οποία χαρακτηρίζονται από γραµµικές εξισώσεις διαφορών µε σταθερούς συντελεστές

13-Φεβ-2009 ΗΜΥ Γραμμικά συστήματα και Συνέλιξη

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ ΑΣΚΗΣΗ 5

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Ο μετασχηματισμός z αντιστοιχεί στην ακολουθία συνάρτηση: Xz ()

x(n) h(n) = h(n) x(n)

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα 2: ΠΕΡΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Ο ΑΜΦΙΠΛΕΥΡΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Z

Ψηφιακά Φίλτρα. Κυριακίδης Ιωάννης 2011

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

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 1: Σήματα Συνεχούς Χρόνου. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Ο ΑΜΦΙΠΛΕΥΡΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Z

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

ΘΕΩΡΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ. Κεφάλαιο 7-8 : Συστήματα Δειγματοληψία Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Μετασχηµατισµός z Oρισµός Ο δίπλευρος µετασχηµατισµός z, X(z) µίας ψηφιακής ακολουθίας x(n) ορίζεται ως εξής:

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

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΔΙΑΚΡΙΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

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

= t2 t T 2T 3t + 9T, για t < 3T και t 2T 2T t < 3T (Σχήµα

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ MATLAB... 13

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

ΛΥΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟ ΟΥ ΙΟΥΝΙΟΥ 2004., η οποία όµως µπορεί να γραφεί µε την παρακάτω µορφή: 1 e

Συστήματα Επικοινωνιών Ι

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Z. χρόνου και εξηγήσουµε έννοιες όπως περιοχή σύγκλισης, πόλος και µηδενικό.

Transcript:

Σήµατα και συστήµατα διακριτού χρόνου

Βασικές ψηφιακές πράξεις Πρόσθεση {x 1 (n)}+{x 2 (n)}={x 1 (n)+x 2 (n)} Πολλαπλασιασµός Κλιµάκωση Μετατόπιση Αναδίπλωση {x 1 (n)}.{x 2 (n)}={x 1 (n).x 2 (n)} a{x(n)} = {ax(n)}, y (n)= {x(n-k)} y(n) = {x(-n)} Iσχύς σήµατος E x =Σx(n)x * (n)=σ x(n) 2 Συσχέτιση - DFT Συνέλιξη φιλτράρισµα Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 2

Συσχέτιση Η ετεροσυσχέτιση r xy (k) των ακoλουθιών x(n) και y(n) είναι µια ακολουθία που ορίζεται ως εξής: Εάν y(n)=x(n) ησυσχέτισηr xx ονοµάζεται αυτοσυσχέτιση συντελεστής συσχέτισης ρ xy (k) είναι η τιµή της συσχέτισης κανονικοποιηµένη ως προς τις τιµές r xx (0) και r yy (0) µέγιστες τιµές των r xx (k) και r yy (k): r xy (k) = x(n)y(n + k) n= ρ xy ( k) = που είναι και οι Συνήθεις εφαρµογές: αποκάλυψη της περιοδικότητας σε σήµατα µε [r θόρυβο, εύρεση της καθυστέρησης σε δύο όµοια σήµατα (πχ. Radar) xx r xy (0) r (k) yy (0)] 1 / 2 Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 3

Συσχέτιση -παράδειγµα 1 0.5 0-0.5-1 0 5 10 15 2 1 0 x(n) y(n)+noise -1 0 5 10 15 1 0.5 0-0.5-1 0 5 10 15 0.6 0.4 0.2 0 r xy (2) y(n) correlation -0.2 0 5 10 15 Φαίνονται τα σήµατα x(n), y(n), y(n)+noise. Στο τελευταίο σχήµα δεικνύεται η συσχέτιση r xy (n) των x(n) και y(n)+noise. Όπως φαίνεται το µέγιστο είναι στο r xy (2). ηλ το σήµα y(n) έχει 2 χρονικές στιγµές καθυστέρησης σχετικά µε το x(n) Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 4

Correlation function r xy (k) = x(n)y(n + k) n= Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 5

the concept Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 6

Autocorrelation function n= r ( k) = x( n) x( n + k) xx Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 7

Applications of correlation (radar) Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 8

Applications of correlation (sonar) Signal identification using a Library of known signals Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 9

Συvέλιξη Η συνέλιξη Conv xy (n) των ακoλουθιών x(n) και y(n) είναι µια ακολουθία που ορίζεται ως εξής: Conv xy ( n) = x( n) y( n) = k = x( k) y( n k) Αποτελεί σηµαντικότατη έννοια στη µελέτη και εφαρµογή φίλτρων. Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 10

Correlation with a flipped signal k = x ( n) y( n) = x( k) y( n k) Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 11

Βασικά ψηφιακά σήµατα Ένα σήµα διακριτού χρόνου x(n) είναι µία ακολουθία αριθµών και παριστάνεται ως : x(n)={x(n)}={,x(-1),x(0), x(1),.} ={-3,-2, -1, 0, 1, 2, 3, 4 } δ(n) Μοναδιαία κρούση (ώθηση) u(n) Μοναδιαία βαθµίδα Εκθετική ακολουθία πραγµατικών x(n)=a n ή µιγαδικών x(n)=e (σ+jω)n τιµών Ηµιτονικό σήµα Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 12

δ(n) Μοναδιαία κρούση (ώθηση) δ(n-n o )= 1 0 n = n n n o o δ(n) n=n o n Μία οποιαδήποτε ακολουθία x(n) µπορεί να παρασταθεί σαν ένα άθροισµα συναρτήσεων δ(n) µε βάροςκαι µε σχετικές καθυστερήσεις: x(n) = x(k) δ(n k) k= Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 13

Μοναδιαία βαθµίδα u(n) u(n-n o )= 1 n 0 n < n n o o u(n) n=n o n Σχέση u(n) και δ(n) n) : u(n)= n m= δ(m) και: δ(n)=u(n)-u(n-1) Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 14

1 Εκθετική συνάρτηση (ακολουθία) Πραγµατικών x(n)=α n Ή µιγαδικών τιµών x(n)=α (σ+jω)n 0.8 0.6 x=0.5 n 0.4 0.2 0 0 20 40 60 80 100 120 Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 15

Ηµιτονικό σήµα x(n)= )=Acos(ω ο n) Η ψηφιακή συχνότητα ω µετρείται σε rad/δείγµα Η αναλογική Ω µετρείται σε rad/sec ησχέσηµεταξύ ω και Ω είναι Ω=ω/Τ x(n)=acos(nω ο Τ) ή x(n)=acos(n2πf o /f) x(n) x(n) n n ΠΕΡΙΟ ΙΚΟΤΗΤΑ: Αe jnω =Αe j(n+n)ω e j(nω) =1=e j2πm Nω=2πm ω=2πm/n. Εάν ω/2π δεν είναι ρητός αριθµός η µεν περιβάλλουσα αντιστοιχεί στο ηµιτονικό σήµα, τα σηµεία όµως του ψηφιακού σήµατος δεν ταυτίζονται σε κάθε περίοδο. Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 16

Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 17

Ψηφιακά Συστήµατα (Επεξεργαστές) x(n) διέγερση L[. ] y(n) απόκριση Γραµµικά συστήµατα Αµετάβλητα µετοχρόνο Αιτιατά Ευσταθή Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 18

Γραµµικά (linear) συστήµατα Ορισµός: L[a 1 x 1 (n) + a 2 x 2 (n)] = a 1 L[x 1 (n)] + a 2 L[x 2 (n)] για κάθε a 1, a 2, x 1, x 2 Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 19

Παράδειγµα: Α) y(n) = 3x(n)-4x(n-1) είναι γραµµικό διότι y 1 (n)+y 2 (n) = [3x 1 (n)-4x 1 (n-1)] +[3x 2 (n)-4x 2 (n-1)] =3[x 1 (n)+x 2 (n)] 4 [x 1 (n-1)+x 2 (n-1)] Β) y(n)=[x(n)] 2 δεν είναι γραµµικό διότι y 1 (n)+y 2 (n)=[x 1 (n)] 2 +[x 2 (n)] 2 [x 1 (n)+ x 2 (n)] 2 ιατήρηση της συχνότητας (αντι)παράδειγµα: x(n)=sin(nω) y(n)= sin 2 (nω) = ½+½cos(2nω) Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 20

Συστήµατα αµετάβλητα µε το χρόνο (µετατόπιση)-time invariant Oρισµός: Εάν y(n)=l{x(n)} y(n-k)=l{x(n-k)} Σχηµατικά: Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 21

Περιγραφή LTI συστηµάτων Τα συστήµατα που θα περιγράψουµε θεωρούµε ότι είναι γραµµικά ανεξάρτητα της µετατόπισης (linear time invariant) LTI Περιγράφονται: Με την κρουστική απόκριση Με την εξίσωση διαφορών Με την συνάρτηση µεταφοράς (πεδίο z) Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 22

Κρουστική απόκριση h(n) Τι είναι κρουστική απόκριση δ(n) Σύστηµα h(n) Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 23

Υπολογισµός της h(n) από την εξίσωση διαφορών Παράδειγµα y(n)=1.5y(n-1)-0.85y(n-2)+x(n) Αρα για x(n)=δ(n) y(n)=h(n) h(0)=δ(0)=1 h(1)=1.5h(0)+0=1.5 h(2)=1.5 h(1)-0.85h(0)=. Παρατήρηση: =1.5 x 1.5-0.85 x 1=1.4 εν είναι υποχρεωτικό να εξάγεται η h(n) από την εξίσωση διαφορών. δ(n) h(n) n n Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 24

Συνέλιξη Για συστήµατα LTI η έξοδος βρίσκεται ως η συνέλιξη της εισόδου µε την κρουστική απόκριση y(n)=l[x(n)]= y(n) = x(n)*h(n) k = x ( k) h( n k) Η συνέλιξη = αντιστροφή και µετατόπιση Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 25

Γραφικός υπολογισµός συνέλιξης - παράδειγµα1 x(n)= 1 1 1 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 h(n)= 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 --- ----------------------------------------------------------------------------- x(k) = 1 1 1 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 h(-k) = 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 y(0) =1x0.3=0.3 h(1-k) = 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 y(1) =1x0.25+1x0.3=0.55 h(2-k) = 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 y(2) =1x0.2+1x0.25+1x0.3 y(3) =. 0.9 y(4) =..0.85 y(5) =..0.775 y(6) =..0.675 y(13) =0.05x0.5=0.025 Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 26

Υπολογισµός συνέλιξης µε πίνακα To άθροισµα σε κάθε λωρίδα αποτελεί τα σηµεία της h(n) y(0)=0.3, y(1)=0.25+0.3.. y(13)=0.025 Χ 1 1 1 1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 h 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.15 0.15 0.15 0.15 0.15 0.075 0.075 0.075 0.075 0.075 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 27

Παράδειγµα 2 ίνεται x(n)=u(n)-u(n-10) και h(n)=0.9 n u(n) Ζητείται η απόκριση y(n) Με συνέλιξη των δύο σηµάτων έχουµε 9 n k n y(n) = ( 1)( 0. 9) u(n k) = 0. 9 0. 9 k= 0 9 k= 0 k u(n k) ιακρίνουµε τρείς περιπτώσεις: α)n<0. Στην περίπτωση αυτή u(n-k)=0 για 0 κ 9 y(n)=0 β)0 n<9 Aρα Εχουµε u(n-k)=1 για 0 κ n 9 10 n 10 k n 1 0. 9 n 9 y(n) = 0. 9 0. 9 = 0. 9 = 10( 0. 9) ( 1 0. 9 1 1 0. 9 k= 0 ) για 0 n<9 γ) n 9 Στην περίπτωση αυτή u(n-k)=1 για 0 κ 9 n n k n y(n) = 0. 9 0. 9 = 0. 9 ( 0. 9 k= 0 n k= 0 1 k ) = 0. 9 n 1 0. 9 1 0. 9 (n+ 1) 1 = 101 n+ 1 [ 0. 9 ] για n 9 Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 28

Απόδειξη (ερµηνεία) της συνέλιξης Βασίζεται στα εξής: Α) Κάθε σήµα αναλύεται σε άθροισµα Β) Επειδή το σύστηµα είναι ανεξάρτητο του χρόνου για κάθε επιµέρους απόκριση ισχύει L[δ(n)]=h(n) x(n) = k= L[δ(n-k)]=h(n-k) x(k) δ(n k) x(k)δ(n-k) L[. ] x(k)h(n-k) Γ) Επειδή το σύστηµα είναι γραµµικό για το άθροισµα των όρων ισχύει y(n) = n= x(k)h(n k) Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 29

Ευστάθεια- Αιτιατότητα Ευστάθεια: φραγµένη είσοδος φραγµένη έξοδο BIBO stability αναγκαία και ικανή συνθήκη: h(n) < Αιτιατότητα : η έξοδος y(n o ) εξαρτάται µόνο από την είσοδο x(n), για n n o αναφέρεται στη δυνατότητα υλοποίησης του συστήµατος h(n)=0 για n<0 Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 30

Συνδυασµός Ψηφιακών Συστηµάτων Σε σειρά: y(n)= h 1 (n)* h 2 (n)*x(n)= h 2 (n)* h 1 (n)* x(n) (προσεταιριστική ιδιότητα) Παράλληλα: y(n)= [h 1 (n)+ h 2 (n)]*x(n)= h 1 (n)*x(n)+ h 2 (n)*x(n) (επιµεριστική ιδιότητα) Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 31

Εξισώσεις ιαφορών (Ε ) Ένα LTI σύστηµα περιγράφεται από µία γενική εξίσωση διαφορών N M a k y(n k) = b mx(n m) k= 0 m= 0 Που µπορεί ισοδύναµα να γραφεί y(n) = M m= 0 b N m x(n m) aky(n k) k= 1 ητιµή Ν δεικνύει την τάξη του συστήµατος Η εξίσωση διαφορών δίνει την πλήρη περιγραφή του συστήµατος. Οι αρχικές συνθήκες y(-k) γενικά είναι µη µηδενικές Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 32

παράδειγµα y(n)-y(n-1)+0.5y(n-2)=x(n) διέγερση: x(n)=sin(2πn/6+π/6) u(n) αρχικές συνθήκες y(n-1)=y(n-2)=0 x(n) 2 1 0-1 (α) y(µερική) 2 1 0-1 (γ) -2-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 n--> -2-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 n--> y(n) 2 1 0-1 -2-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 n--> (β) y(οµογενής) 2 1 0-1 -2-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 n--> (δ) (α) το σήµα εισόδου x(n) είναι ένα ηµίτονο πλάτους 1 που εφαρµόζεται την στιγµή n=0 (β) η απόκριση y(n) (οι αρχικές συνθήκες είναι µηδενικές). (γ) η µερική λύση που είναι ένα ηµίτονο µε πλάτος=2 και (δ) η λύσητηςοµογενούς Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 33

Μεταβατικές αποκρίσεις Ηλύσητηςοµογενούς Ε. σχετίζεται µε ταφαινόµενα που εµφανίζονται στην αρχή (ή στο τέλος) ενός σήµατος Ουσιαστικά αυτή είναι η µεταβατική απόκριση και "επισκιάζει" την σταθερή απόκριση που συνήθως είναι και η επιθυµητή Το σήµα τουσχήµατος (α) είναι ένα συνηµίτονο µε 10 x(n) περιόδους (200 σηµεία) που εµφανίζεται την χρονική στιγµή n=21. Όπως φαίνεται στο (β) ηαπόκρισηείναι ουσιαστικά µόνο η y(n) µεταβατική απόκριση που εµφανίζεται στην αρχή και στο τέλος του σήµατος. Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 34

Εξισώσεις διαφορών και διαγράµµατα βαθµίδων Συνήθως µία εξίσωση διαφορών παριστάνεται και µε ένα διάγραµµα βαθµίδων όπου τα στοιχεία είναι αθροιστές, πολλαπλασιαστές και καθυστερήσεις. Έτσι ένα σύστηµα µε Ε. y(n)=0.8y(n-1)+x(n) παριστάνεται µε τοδιάγραµµα: x(n) y(n) 0.8 T Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 35

Κρουστική απόκριση και εξ.διαφορών Εάν δίνεται η h(n) µπορεί να βρεθεί η Ε.?? Παράδειγµα ίνεται η h(n)=a n u(n) h(n-1)=a n-1 u(n-1) ah(n-1)=a n u(n-1) h(n)-ah(n-1)=a n u(n)- a n u(n-1) y(n)-ay(n ay(n-1)= x(n) = a n [u(n)-u(n-1)] = a n δ(n) = δ(n) Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 36

Εξισώσεις διαφορών και διαφορικές εξισώσεις Oι Ε. µπορεί να θεωρηθεί ότι προέρχονται από διαφ. Εξισώσεις Όπως ένα ψηφιακό σύστηµα από ένα αναλογικό Παράδειγµα R Το RC κύκλωµα περιγράφεται από την dy(t) x(t) ιαφ. Εξίσωση: RC + y(t) = x(t) dt Προσέγγιση της παραγώγου δίνει: y(n) y(n 1) RC + y(n) = x(n) T Που µπορεί βέβαια να γραφεί σαν Ε ως εξής: y(n)=ay(n-1)+bx(n) C + y(t) _ Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 37

Φίλτρα FIR και IIR FIR (Finite Impulse Response) y(n) M = b m= 0 m x(n m) h(n) IIR (Infinite Impulse Response) y(n) = M m= 0 b N m x(n m) aky(n k) k= 1 h(n) Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 38

Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 39