广东海洋大学数字信号处理第6章习题
《数字信号处理》(2-7章)习题解答
第二章习题解答1、求下列序列的z 变换()X z ，并标明收敛域，绘出()X z 的零极点图。
(1) 1()()2nu n (2) 1()()4nu n - (3) (0.5)(1)nu n --- (4) (1)n δ+(5) 1()[()(10)]2nu n u n -- (6) ,01na a <<解：(1) 00.5()0.50.5nn n n zZ u n z z ∞-=⎡⎤==⎣⎦-∑，收敛域为0.5z >，零极点图如题1解图(1)。
(2) ()()014()1414n nn n z Z u n z z ∞-=⎡⎤-=-=⎣⎦+∑，收敛域为14z >，零极点图如题1解图(2)。
(3) ()1(0.5)(1)0.50.5nnn n zZ u n z z --=-∞-⎡⎤---=-=⎣⎦+∑，收敛域为0.5z <，零极点图如题1解图(3)。
(4) [](1Z n z δ+=，收敛域为z <∞，零极点图如题1解图(4)。
(5) 由题可知，101010910109(0.5)[()(10)](0.5)()(0.5)(10)0.50.50.50.50.50.5(0.5)n n nZ u n u n Z u n Z u n z z z z z z z z z z z --⎡⎤⎡⎤⎡⎤--=--⎣⎦⎣⎦⎣⎦⋅=-----==--收敛域为0z >，零极点图如题1解图(5)。
(6) 由于()(1)nn n a a u n a u n -=+--那么，111()(1)()()()nn n Z a Z a u n Z a u n z z z a z a z a a z a z a ----⎡⎤⎡⎤⎡⎤=---⎣⎦⎣⎦⎣⎦=----=-- 收敛域为1a z a <<，零极点图如题1解图(6)。
(1) (2) (3)(4) (5) (6)题1解图2、求下列)(z X 的反变换。
数字信号处理教程课后习题及答案
6.试判断:
是否是线性系统?并判断(2),(3)是否是移不变系统?
分析：利用定义来证明线性：满足可加性和比例性， T [a1 x1 (n ) + a 2 x2 (n )] = a1T [ x1 (n )] + a2T [ x2 (n )] 移不变性：输入与输出的移位应相同 T[x(n-m)]=y(n-m)。
,
(2)x(n) = R3(n)
,
(3)x(n) = δ (n − 2) ,
(4)x(n) = 2n u(−n − 1) ,
h(n) = R5(n) h(n) = R4 (n) h(n) = 0.5n R3(n) h(n) = 0.5n u(n)
分析：
①如果是因果序列 y (n ) 可表示成 y (n ) ={ y (0) ， y(1) ， y(2) ……}，例如小题（2）为
y1 (1) = ay1 (0) + x1 (1) = 0 y1 (2) = ay1 (1) + x1 (2) = 0
┇
8
y1(n) = ay1(n − 1) + x1(n) = 0 ∴ y1 (n) = 0 , n ≥ 0 ii) 向 n < 0 处递推，将原方程加以变换
y1(n + 1) = ay1(n) + x1(n + 1)
结果 y (n ) 中变量是 n ,
∞
∞
∑ ∑ y (n ) =
x ( m )h (n − m ) =
h(m)x(n − m) ;
m = −∞
m = −∞
②分为四步 （1）翻褶（ -m ），（2）移位（ n ）,（3）相乘，
数字信号处理第六章 习题答案
394784.18 Ha ( s) = 2 s + 888.58s + 394784.18
经双线性变换得数字滤波器的系统函数：
H ( z ) = Ha ( s) s= 2⋅1−z
=
−1
−1
T 1+z−1
T = 1/ fs = 1/103 (s)
394784.18
−1 3 1− z 3 1− z 2 ×10 ⋅ 1+ z−1 + 888.58× 2 ×10 ⋅ 1+ z−1 + 394784.18
解：由图可得
2 5 ω+ 3 π 5 2 jω H ( e ) = − ω + 3 π 0
2π π − ≤ω ≤ − 3 3 2π π ≤ω ≤ 3 3
[ −π ,π ]的其他ω
（1）冲激响应不变法 因为ω 大于折叠频率 π 时 H e jω 为零， 故用此法无失真。
各极点满足下式
1 1+ ( s Ωc )
4
sk = Ωce
π 2k −1 j + π 2 4
k = 12，4 ，3 ，
则 k = 1,2时，所得的 sk 即为 Ha ( s) 的极点
s1 = Ωce s2 = Ωce
3 j π 4
3 3 2 =− −j 2 2
2
（ ） 激 应 变 求 2 冲 响 不 法 H(z) 40 136 1 −32(s − ) 3 + 3 2 Ha (s)= = (s + 2)(s + 8) s+2 s +8 40 136 T T 3 3 H ( z) = + 1− e−2T z−1 1− e−8T z−1 （ ） 线 变 法 H(z) 3 双 性 换 求 2 1− z−1 s= , −1 T 1+ z 2 1− z−1 1 −32( − ) −1 T 1+ z 2 Ha (s)= 2 1− z−1 2 1− z−1 ( + 2)( + 8) −1 −1 T 1+ z T 1+ z
广东海洋大学数字信号处理第6章习题
1 z 1
1 z 1 1 z 1 ( 2)( 3) 1 1 1 z 1 z
4(1 z 1 ) (3 z 1 )(4 2 z 1 )
脉冲响应不变法由于混叠效应，使得过渡带和阻带的衰减特性 变差，并且不存在传输零点。双线性变换法在z=-1即ω=π或 f=2000Hz处有一个三阶传输零点，这个三阶零点正是模拟滤波 器在Ω=∞处的三阶传输零点通过映射形成的。
4
参来了非线性的频 率失真。在零频附近，Ω与ω之间的变换关系近似 于线性，随着Ω的增加，表现出严重的非线性。
2
1 1 sa sa 2 2 H a ( s) ( s a) 2 b 2 ( s a jb)( s a jb) ( s a jb) ( s a jb) 1 1 N Ai 2 2 H ( z) SiT 1 z 1 e ( a jb )T z 1 1 e ( a jb )T z 1 i 1 1 e
脉冲响应不变法
双线性变换法
说明
脉冲响应不变法设计数字滤波器的幅频响应与采样间 隔T有关，T越小，衰减越大，混叠越小。如果采 样频率很高，即T很小时，数字滤波器可能具有太 高的增益，这是不希望的。 当用脉冲响应不变法设计数字滤波器时，不可避免的 会产生混叠失真，这是因为从s平面到z平面不是一 一映射关系。
第六章 习题
1 已知模拟系统函数H a ( s) ( s 2)( s 3) 试用脉冲响应不变法和双线性变换法将以 上模拟系统函数转换成数字系统函数H ( z ), 采样周期T 0.5
脉冲响应不变法
1 1 s2 s3 N Ai 1 1 H ( z) SiT 1 2T 1 3T 1 1 e z 1 e z 1 e z i 1 H a ( s) 1 1 (e 1 e 1.5 ) z 1 1 1 1.5 1 1 e z 1 e z 1 (e 1 e 1.5 ) z 1 e 2 z 2
数字信号处理习题解答
第一章2、已知线性移不变系统的输入为()x n ，系统的单位抽样相应为()h n ，试求系统的输出()y n 。
（2）3()(),x n R n = 4()()h n R n =解：此题考察线性移不变系统的输出为激励与单位抽样相应的卷积，即：()()*(){1,2,3,3,2,1}y n x n h n == 4、判断下列每个序列的周期性，若是周期性的，试确定其周期。
3()cos()78x n A n ππ=-解：03 ()cos()78314 N=2/2/7314,3x n A n k k k k ππππωπ=-==∴=是周期的，周期是。
6、试判断系统的线性和移不变性。
()2(2) ()y n x n =⎡⎤⎣⎦ 解：()2()y n x n =⎡⎤⎣⎦()[]()[]2111)(n x n x T n y ==()()[]()[]2222n x n x T n y ==()()()[]()[]212121n bx n ax n by n ay +=+()()[]()()[]()[]()[]()()()()[]()()n by n ay n bx n ax T n x n abx n bx n ax n bx n ax n bx n ax T 2121212221221212 +≠+++=+=+即()[]()[]()()[]()[]()系统是移不变的即∴-=--=--=-m n y m n x T m n x m n y m n x m n x T 228、以下序列是系统的单位抽样响应()h n ，试说明系统的因果性和稳定性。
（4）3()nu n - 解：因果性：当0n <时，()0h n ≠，∴是非因果的；稳定性：0123|()|3332n h n •••∞--=-∞=+++=∑，∴是稳定的。
11、有一理想抽样系统，抽样角频率为6s πΩ=，抽样后经理想低通滤波器()a H j Ω还原，其中1,3()20,3a H j ππ⎧Ω<⎪Ω=⎨⎪Ω≥⎩今有两个输入，12()cos 2,()cos5a a x t t x t t ππ==。
现代数字信号处理1-6章习题答案
第一章），（服从正态分布，即之间的唯一性定理知：由特征函数与分布函数）（）（）（）（）（）（的特征函数则），，，（此外，）（的特征函数为：）（）（）（）（）。
概率密度函数为：，（服从正态分布，即、证明：∑∑∑∑∑∑∑=-=-===-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=-x T x x T T T x x TT T T T xT x N xT T x X xT x x xNx x B B B m N X B B B B m j B B B m j B f f t t t t t t t m j t f X m X m X x p m N X X~]21exp[]21exp[]21exp[21exp 21~1211212ξξμμμμμμμμξπξ[]相互独立。
与）（）（）（）（），（的联合概率密度函数为，），（的协方差为，的协方差为设、证明：Y X Y p X p Y Y X X Y X R Y X R Y X p Y X Y X E R Y X Cov Y X T X T X Y X M N T XY TXY M N Y XY X T YXNN NN∴=⎭⎬⎫⎩⎨⎧--=⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=∴⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡===∑∑∑∑∑∑∑∑++⨯⨯2121exp 2121exp 2100][221212212ππ 。
且，则，，则要使））（（则，为常量。
，其中设、证明：∑==-==∴====+-=----==+=x Tx x xx ee x T ee TTx x xx T x x ee T x x x Cov m m R R m xa a a aa R aa m m R a m x a m x E R ee E a a m x),(ˆ00min ][][ˆ3φ∆=-=--T Hy)-)(E[( )]ˆ(ˆ[:6.1x Hy x x x x x E T）（、解][2][][T T T yy HE yx E xy E dHd +--=φ为随机误差。
数字信号处理_刘顺兰 第6章 完整版习题解答
其系统的频率响应为
H (e j )
n
h(n)e j n e j n
n 0 j n
2
1 e j 3 sin(3 / 2) e j j 1 e sin( / 2)
H (e )
j
n
h(n)e
2 n 0
e
j j
e j , c c , H d (e ) 0 , c , c
j
则
hd (n)
1 H d (e j )e jn d 2 1 c j jn e e d 2 c sin[ c (n )] (n )
n 0
2
j n
1 e j 3 sin(3 / 2) e j j 1 e sin( / 2)
或
H (e j ) e j n 1 e j e j 2 e j (e j 1 e j ) e j (1 2 cos )
1 0 n 6 ； 0 其它n
1 0 n 3 ； 0 其它n
（1） 分别判断是否为线性相位 FIR 滤波器？如是，请问是哪一类线性相位滤波器？ （2） 如果是线性相位滤波器，写出它们的相位函数，群延迟。 解：(a) h( n) ( n) ( n 3) 则
H ( z ) 1 z 3 H (e ) 1 e
4
（2）
(1)
n 0
5
n
h( n) 0
j / 4
。
（3）在 z 0.7e （4）
处 H ( z ) 等于零。 。
5
H (e
08级数字信号处理第6章作业解答
《数字信号处理》第6章课后作业答案6.1（1）已知IIR 数字滤波器的系统函数为 (1) 232164016()81061z H z z z z -+=-+- 试写出滤波器的差分方程，并分别画出直接I 型、直接Ⅱ型、转置直接Ⅱ型、级联型和并联型结构图。
解:经化解原式可得：123123252()5311448z z z H z z z z -------+=-+-直接I 型：直接Ⅱ型:级联型：注意，对于级联型，一定要化成负幂次，再写系数！经对原式进行分解得：11211221 2.5()110.2512z z z H z z z z-------+=⨯--+并联型： 注意：系数b,a 是()H z z的系数！ b=[0,0,16,-40,16]; a=[8,-10,6,-1,0]; [K,z,d]=residue(b,a) KK1=[K(1),K(2)]; zz1=[z(1),z(2)];[b2,a2]=residue(KK1,zz1,0) 经原式分解得:111211.2 4.8 5.6()1610.2510.5z H z z z z -----=-++--+6.1（2）略 6.4Matlab 程序： clear; fp=5000; wp=2*pi*fp; fs=10000; ws=2*pi*fs; ap=3; as=30;[N,wc]=cheb1ord(wp,ws,ap,as,'s'); [B,A]=cheby1(N,ap,wc,'s') freqs(B,A);系统函数：17439213171.220510()18271 1.153910 1.25510 1.72410H s s s s s ⨯=++⨯+⨯+⨯ 图：6.6试设计一个巴特沃斯型模拟带通滤波器，并用Matlab 验证结果，要求带宽为200Hz ，中心频率为1000Hz ，通带内衰减不大于3dB,在频率小于830Hz 或大于1200Hz 处的衰减不小于25dB. 解：（1） 模拟带通滤波器的技术指标要求为：BW Ω=400πrad/s; 0Ω=2210πrad/s; p α=3dB; s α=25dB; 因为：ph pl Ω-Ω=400π；ph pl Ω•Ω=4000000π2； 所以可得：ph Ω=2210πrad/s; pl Ω=1810πrad/s; sh Ω=2400πrad/s; pl Ω=ll1810πrad/s; (2) 归一化频率为： 2210 5.525;400ph ph BWηΩ===Ω 18104.525;400pl pl BW ηΩ===Ω 24006;400sh sh BW ηΩ===Ω 1660 4.15;400sl sl BW ηΩ===Ω 2025;sh sl ηηη==（3）归一化原型模拟低通滤波器()a G p 的技术指标要求为：1;p λ= 222200min sh sl s sh sl ηηηηληη⎡⎤--=⎢⎥⎣⎦， ；s λ=1.83；（4）设计归一化原型低通滤波器：()a G p0.10.110.12101lg 101 4.762;2lg (101) 1.029;p s ss Ns N αααλλλ-⎛⎫- ⎪-⎝⎭≥-==-=c 所以 N=5;（5）查表得： 23451()1 3.3261 5.236 5.2361 3.2361an G u u u u u u=+++++ （6）()()ca an pu G p G u λ==（7）2()()()ph pl ph pla s p s Ha s G p Ω-Ω=+ΩΩ=Matlab 程序：fp=[905,1105]; fs=[830,1200]; wp=2*pi*fp; ws=2*pi*fs; ap=3; as=25;[N,wc]=buttord(wp,ws,ap,as,'s'); %巴特沃斯型模拟带通滤波器 [B,A]=butter(N,wc,'s'); f=500:1500; w=2*pi*f;H=freqs(B,A,w); subplot(2,1,1);plot(f,20*log10(abs(H))); grid on;axis([500,1500,-80,5]); xlabel('f/Hz'); ylabel('幅度/dB'); subplot(2,1,2); plot(f,angle(H)); grid on;axis([500,1500,-5,5]); xlabel('f/Hz'); ylabel('相位/dB');6.7 解：0.1T s =;112()(2)(3)23a s H s s s s s +-==+++++;122;3;s s ∴=-=-23122131(),,2()11T T T T H z z e z e T TH z e Z e Z ------==-∴=+--所以相应的的极点为Matlab 程序： clear; b=[1,1]; a=[1,5,6]; Fs=10;[B,A]=impinvar(b,a,Fs); [H,w]=freqz(B,A,'whole'); plot(w/pi,20*log10(abs(H)));6．8试用双线性变换法设计一个巴特沃斯型低通数字滤波器，并用matlab ，验证结果，给定技术指标为100,300,3,20,p s p s f Hz f Hz dB dB αα====采样频率为1000Hz 。
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4
参看例6.4
不同频率下数字滤波器的幅频响波器幅频响应 (b) 数字滤波器幅频响应
双线性法
1 z 1 解：由变换公式 s c 1 z 1
2 1 z 1 T 2，可得 s 及c ， T 1 z 1
H z H a s s 1 z 1
4
1 z 1
1 z 1 1 z 1 ( 2)( 3) 1 1 1 z 1 z
4(1 z 1 ) (3 z 1 )(4 2 z 1 )
脉冲响应不变法由于混叠效应，使得过渡带和阻带的衰减特性 变差，并且不存在传输零点。双线性变换法在z=-1即ω=π或 f=2000Hz处有一个三阶传输零点，这个三阶零点正是模拟滤波 器在Ω=∞处的三阶传输零点通过映射形成的。
双线性变换法避免了混叠失真，却带来了非线性的频 率失真。在零频附近，Ω与ω之间的变换关系近似 于线性，随着Ω的增加，表现出严重的非线性。
2
1 1 sa sa 2 2 H a ( s) ( s a) 2 b 2 ( s a jb)( s a jb) ( s a jb) ( s a jb) 1 1 N Ai 2 2 H ( z) SiT 1 z 1 e ( a jb )T z 1 1 e ( a jb )T z 1 i 1 1 e
第六章 习题
1 已知模拟系统函数H a ( s) ( s 2)( s 3) 试用脉冲响应不变法和双线性变换法将以 上模拟系统函数转换成数字系统函数H ( z ), 采样周期T 0.5
脉冲响应不变法
1 1 s2 s3 N Ai 1 1 H ( z) SiT 1 2T 1 3T 1 1 e z 1 e z 1 e z i 1 H a ( s) 1 1 (e 1 e 1.5 ) z 1 1 1 1.5 1 1 e z 1 e z 1 (e 1 e 1.5 ) z 1 e 2 z 2
脉冲响应不变法
双线性变换法
说明
脉冲响应不变法设计数字滤波器的幅频响应与采样间 隔T有关，T越小，衰减越大，混叠越小。如果采 样频率很高，即T很小时，数字滤波器可能具有太 高的增益，这是不希望的。 当用脉冲响应不变法设计数字滤波器时，不可避免的 会产生混叠失真，这是因为从s平面到z平面不是一 一映射关系。