08级数字信号处理第6章作业解答
数字信号处理教程课后习题及答案

分析:已知边界条件,如果没有限定序列类型(例如因果序列、反因果序列等), 则递推求解必须向两个方向进行(n ≥ 0 及 n < 0)。
解 : (1) y1 (0) = 0 时, (a) 设 x1 (n) = δ (n) ,
按 y1 (n) = ay1 (n − 1) + x1 (n) i) 向 n > 0 处递推,
10
T [ax1(n)+ bx2 (n)] =
n
∑
[ax1
(n
)
+
bx2
(n
)]
m = −∞
T[ax1(n) + bx2(n)] = ay1(n) + by2(n)
∴ 系统是线性系统
解:(2) y(n) =
[x(n )] 2
y1(n)
= T [x1(n)] = [x1(n)] 2
y2 (n) = T [x2 (n)] = [x2 (n)] 2
β α
n +1
β α β =
n +1− N −n0
N−
N
α −β
y(n) = Nα n−n0 ,
(α = β )
, (α ≠ β )
如此题所示,因而要分段求解。
2 .已知线性移不变系统的输入为 x( n ) ,系统的单位抽样响应
为 h( n ) ,试求系统的输出 y( n ) ,并画图。
(1)x(n) = δ (n)
当n ≤ −1时 当n > −1时
∑ y(n) = n a −m = a −n
m=−∞
1− a
∑ y(n) =
−1
a−m =
《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_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 。
第六章 快速傅里叶变换 数字信号处理习题答案

第六章 快速傅里叶变换(FFT)1. 如果一台通用计算机的速度为平均每次复乘需100μs,每次复加需20μs,今用来计算N=1024点的DFT[x(n)],问用直接运算需要多少时间,用FFT 运算需要多少时间。
解:ss FFT ss FFT N N a N N N m ss DFT s DFT DFT N a m FFT FFT DFT DFT μμμμμμμ23221027682666221020482010241051210512010240log ),10242(,5120log 210820104,10410104,104104102444⨯=⨯⨯=⨯======⨯=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯===作复加所需时间作复乘所需时间作复加所需时间作复乘所需时间作复乘 2. 用图6.8所示流程图验证图6.7所示的8点变址运算。
证明:由图6.8知取A=x(0),B=x(4)N=8X(k)=12/,,1,0),()(21-=+N k k X W k X k NX(N/2+k)=12/,,1,0),()(21-=-N k k X W k X k N5.试证实以下流图是一个N=8的FFT 流图.其输入是自然顺序的,而输出是码位倒置顺序的,试问这个流图是属与时间抽取法还是频率抽取法?并比较与书中哪一个流图等效。
解:这个流图属于频率抽取法。
6.试设计一个频率抽取的8点FFT 流图,需要输入是按码位倒置顺序而输出是按自然顺序的。
解:设计的流图为第五题的流图左右翻转180度。
∑∑-=-==+=1202/21202/1)()12()()2(N k kr N N k kr N W k x r X W k x r X7.试用图6.14(a)中的蝶形运算设计一个频率抽取的8点IFFT 流图。
解:X(0) 1/2 x(0) X(4) x(1)X(2) x(2)X(6) x(3)X(1) x(4)X(5) x(5)X(3) x(6)X(7) x(7)9.试作一个N=12点的FFT 流图,请按N=2,2,3分解,并问可能有几种形式?解:可能有三种先分成2组,每组有6各点,后每组内再分成两组322⨯⨯=N时间顺序为x(0),x(4),x(8),x(2),x(6),x(10),x(1),x(5),x(9),x(7),x(11)频域顺序为X(0),X(1),X(2),X(3),X(4),X(5),X(6),X(7),X(8),X(9),X(10),X(11)流图如图6.18解:由题可得∑∑-=-=-=-=∴-⋅⋅⋅====102210)(|)(1,,1,0,)()(N n kn Nj z z k N j k N n ne n x z X N k e z z z n x z X k ππ由于(a)将M 点序列分成若干段N 点序列,设段数为k 即N k M kN )1(-≥>并令kn N j N n k i i z z k en y z X N n N k M N k M n N k n x n y N n x n y n x n y k π21010110)]([[|)(11)1(,01)1(0],)1([)()()()()(--=-==-∑∑=⎩⎨⎧-≤<------≤≤-+=+==若用N 点FFT 计算)(k z X 先由x(n)形成)(n y i ,再计算∑-=10)(k i i n y 的N 点FFT 即可(b)先将序列添加一点等于零的点,使得⎩⎨⎧-≤≤-≤≤=1,010),()(0N n M M n n x n x再计算)(0n x 的N 点FFT 即10,)(|)(20-≤≤=∑-=N k e n x z X kn N j z z k π即可13.已知X(K),Y(K)是两个N 点实序列x(n),y(n)的DFT 值,今需要从X(K),Y(K)求x(n),y(n)值,为了提高运算效率试设计用一个N 点IFFT 运算一次完成。
数字信号处理课后答案+第6章(高西全丁美玉第三版)

4. 已知模拟滤波器的系统函数Ha(s)如下: (1)
H a (s) =
s+a ( s + a) 2 + b 2
(2)
b H a (s) = (s + a)2 + b 2
式中a、 b为常数, 设Ha(s)因果稳定, 试采用脉冲响应不变 法将其转换成数字滤波器H(z)。
7.2687 ×10 16 H a (s ) = 2 ( s − 2 Re[ s1 ]s + | s1 |2 )( s 2 − 2 Re[ s2 ]s + | s2 |2 ) = 7.2687 ×1016 ( s 2 + 1.6731 ×10 4 s + 4.7791 ×10 8)( s 2 +4.0394 × 4 s +4.7790 × 8 10 10 )
1⎞ ⎛ 3 ⎞ ⎟ +⎜ ⎜ 2 ⎟ ⎟ 2⎠ ⎝ ⎠
Ak 1/ 2 1/ 2 H ( z) = ∑ = + s k T −1 ( − a + jb )T −1 1− e z 1− e z 1 − e ( −a − jb )T z −1 k =1
按照题目要求, 上面的H(z)表达式就可作为该题的答案。 但在工程实际中, 一般用无复数乘法器的二阶基本节结构 来实现。 由于两个极点共轭对称, 所以将H(z)的两项通分 并化简整理, 可得
1 G( p) = 2 ( p + 0.618 p + 1)( p2 + 1.618 p + 1)( p + 1)
当然, 也可以先按教材(6.2.13)式计算出极点:
pk = e
数字信号处理教程课后题答案

第一章 离散时间信号与系统2.任意序列x(n)与δ(n)线性卷积都等于序列本身x(n),与δ(n-n 0)卷积x(n- n 0),所以(1)结果为h(n) (3)结果h(n-2) (2(4)3 .已知 10,)1()(<<--=-a n u a n h n,通过直接计算卷积和的办法,试确定单位抽样响应为 )(n h 的线性移不变系统的阶跃响应。
4. 判断下列每个序列是否是周期性的,若是周期性的,试确定其周期:)6()( )( )n 313si n()( )()873cos()( )(ππππ-==-=n j e n x c A n x b n A n x a分析:序列为)cos()(0ψω+=n A n x 或)sin()(0ψω+=n A n x 时,不一定是周期序列,nmm m n n y n - - -∞ = - ⋅ = = ≥ ∑ 2 31 2 5 . 0 ) ( 01当 3 4n m nm m n n y n 2 2 5 . 0 ) ( 1⋅ = = - ≤ ∑ -∞ = - 当 aa a n y n a a an y n n h n x n y a n u a n h n u n x m m nnm mn -==->-==-≤=<<--==∑∑--∞=---∞=--1)(11)(1)(*)()(10,)1()()()(:1时当时当解①当=0/2ωπ整数,则周期为0/2ωπ;②;为为互素的整数)则周期、(有理数当 , 2 0Q Q P QP =ωπ ③当=0/2ωπ无理数 ,则)(n x 不是周期序列。
解:(1)0142/3πω=,周期为14 (2)062/13πω=,周期为6 (2)02/12πωπ=,不是周期的 7.(1)[][]12121212()()()()()()[()()]()()()()[()][()]T x n g n x n T ax n bx n g n ax n bx n g n ax n g n bx n aT x n bT x n =+=+=⨯+⨯=+所以是线性的T[x(n-m)]=g(n)x(n-m) y(n-m)=g(n-m)x(n-m) 两者不相等,所以是移变的y(n)=g(n)x(n) y 和x 括号内相等,所以是因果的。
数字信号处理第六章 习题及参考答案

第六章 习题及参考答案一、习题1、已知一个由下列差分方程表示的系统,x(n)、y(n)分别表示该系统的输入、输出信号:)1(21)()2(61)1(65)(-+=-+--n x n x n y n y n y (1)画出该系统的直接型结构; (2)画出该系统的级联型结构; (3)画出该系统的并联型结构。
2、已知某系统的系统函数为:)6.09.01)(5.01()9.21)(1()(211211------++-+-+=z z z z z z z H 请画出该系统的级联型结构。
3、已知FIR 滤波器的单位脉冲响应为)(8.0)(5n R n h n =, (1)求该滤波器的系统函数; (2)画出该滤波器的直接型结构。
4、已知滤波器的系统函数为:3213218.09.09.018.04.16.01)(-------+-+--=zz z z z z z H 请画出该滤波器的直接型结构。
5、已知滤波器的系统函数为:)8.027.11)(5.01()44.11)(1(3)(211211------+--+--=z z z z z z z H 请画出该滤波器的级联型结构和并联型结构。
6、已知某因果系统的信号流图如下图所示:x(n)y(n)-25-3求该系统的系统函数和单位脉冲响应。
7、已知某系统的信号流图如下图所示:x(n)y(n)求该系统的系统函数和极点。
8、已知IIR 滤波器的系统函数为:4.035.04.046.16.14)(2323++++--=z z z z z z z H (1)画出级联型网络结构,要求利用MATLAB 分解H(z); (2)用MATLAB 验证所求的级联型结构是否正确。
9、已知IIR 滤波器的系统函数为:3213214.035.04.016.141.158.12.5)(-------++-++=zz z z z z z H (1)画出该系统的并联型网络结构,要求用MATLAB 分解; (2)用MATLAB 验证(1)中所求的并联型结构是否正确。
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《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()1448z 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 −−−−−=−++−−+6.4Matlab 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===Ω18104.525;400pl pl BWηΩ===Ω24006;400sh sh BW ηΩ===Ω16604.15;400sl sl BW ηΩ===Ω2025;sh sl ηηη==g (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 shsl ηηηηληη⎡⎤−−=⎢⎥⎣⎦,;s λ=1.83;(4)设计归一化原型低通滤波器:()a G p0.110.12101lg 101 4.762;2lg (101)1.029;p s ss Ns N ααλλλ−⎛⎞−⎜⎟−⎝⎠≥−==−=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 p u G p G u λ==(7)()()()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 。
解:(1)数字低通滤波器的技术指标要求为222006000.2/;0.6/;10001000ps p s TT f f w rad s w rad s f f ππππππ======3;20;1;p s dB dB T ms αα===采用双线性变换法,相应的模拟低通滤波器的技术指标为:20.2tan 21000tan 649.84/;2220.6tan 21000tan 2752.764/;223;20;p p s s p s w rad s T w rad s T dB dB ππααΩ==××=Ω==××===(2)设计对应摸拟滤波器并求其指标()0.10.110.12101lg 101 1.593;2lg 101872.69/;;p s sp s Ns N rad s ααα−⎛⎞−⎜⎟−⎝⎠≥=Ω⎛⎞⎜⎟Ω⎝⎠Ω=Ω−=c an 所以 N=2;1查表得 H (u)=1+1.4142u(3)()();ca an s u H s H u =Ω=(4)1211()()a z s T z H z H s −−=⋅+=Matlab 程序:clear;clc;Fs=1000;wp=2*pi*100/Fs;ws=2*pi*300/Fs;ap=3;as=20;Wap=2*Fs*tan(wp/2);Was=2*Fs*tan(ws/2);[N,wc]=buttord(Wap,Was,ap,as,'s')[b,a]=butter(N,wc,'s');[B,A]=bilinear(b,a,Fs);[H,w]=freqz(B,A);plot(w*Fs/2/pi,abs(H));6.9解:本题选用双线性变换法设计巴特沃斯型数字高通滤波器。
(1)数字高通滤波器的技术指标要求为0.8/;0.44/;p s w rad s w rad s ππ==3;20;1;p s dB dB T s αα===(2)采用双线性变换法,相应的模拟低通滤波器的技术指标为:20.8tan 2tan 6.16/;2220.44tan 2tan 1.65/;223;20;p p s s p s w rad s T w rad s T dB dB ππααΩ==×=Ω==×===(3)设计对应摸拟滤波器并求其指标:0.10.1101lg 10122lg p s p s N αα⎛⎞−⎜⎟−⎝⎠≥=Ω⎛⎞⎜⎟Ω⎝⎠;()10.121015.219/;sNs rad s α−Ω=Ω−=c an 21查表得 G (u)=;1+1.4142u+u (4)()();ca an P u G p G u λ==()();P a a P H s G P Ω==11211()()a z s T z H z H s −−−=⋅+=程序:Ap=3;As=20;Fs=1;Wp=0.8*pi;Ws=0.44*pi;Wap=2*Fs*tan(Wp/2);Was=2*Fs*tan(Ws/2);[N,Wac]=buttord(Wap,Was,Ap,As,'s')[b,a]=butter(N,Wac,'high','s');[B,A]=bilinear(b,a,Fs);freqz(B,A);。