数字信号处理(程佩青)课后习题解答(7)
数字信号处理课后习题答案(全)1-7章
（5）y(n)=x2(n)
（6）y(n)=x(n2)
（7）y(n)=
n
（8）y(n)=x(n)sin(ωxn(m) )
m0
解： （1） 令输入为
输出为
x(n－n0)
y′(n)=x(n－n0)+2x(n－n0－1)+3x(n－n0－2) y(n－n0)=x(n－n0)+2x(n—n0—1)+3(n－n0－2)
所以 T［ax1(n)+bx2(n)］=aT［x1(n)］+bT［x2(n)］
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
（2） 令输入为
输出为
x(n－n0)
y′(n)=2x(n－n0)+3 y(n－n0)=2x(n－n0)+3=y′(n) 故该系统是非时变的。 由于
T［ax1(n)+bx2(n)］=2ax1(n)+2bx2(n)+3 T［ax1(n)］=2ax1(n)+3 T［bx2(n)］=2bx2(n)+3 T［ax1(n)+bx2(n)］≠aT［x1(n)］+bT［x2(n)］ 故该系统是非线性系统。
=2x(n)+x(n－1)+ x(n－2)
将x(n)的表示式代入上式， 得到 1 y(n)=－2δ(n+2)－δ(n+1)－0.5δ(2n)+2δ(n－1)+δ(n－2)
+4.5δ(n－3)+2δ(n－4)+δ(n－5)
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
8. 设线性时不变系统的单位脉冲响应h(n)和输入x(n)分别有以下三种情况，
（3） 如果|x(n)|≤M， 则|y(n)|≤ nn0|x(k)|≤|2n0+1|M， 因 k nn0
《数字信号处理教程》程佩青(第三版)清华大学出版社课后答案
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，
（4）相加，求得一个 n 的 y(n) 值 ，如此可求得所有 n 值的 y(n) ;
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
(3) y(n) = δ (n − 2) * 0.5n R3(n) = 0.5n−2 R3(n − 2) (4) x(n) = 2n u(−n −1) h(n) = 0.5n u(n)
当n ≥ 0 当n ≤ −1
∑ y(n) = −1 0.5n−m 2m = 1 ⋅ 2−n
m = −∞
3
y(n) = ∑n 0.5n−m 2m = 4 ⋅ 2n
+ 1)
−
x1 (n
+ 1)]
=
−a n
综上 i) , ii) 可知： y1 (n) = −a nu(−n − 1)
(b) 设 x(n) = δ (n − 1)
i)向 n > 0 处递推 ，
程佩青《数字信号处理教程》(第4版)(课后习题详解 无限长单位冲激响应(IIR))
7.2 课后习题详解7-1 用冲激响应不变法将以下Ha （s ）变换为H （z ），抽样周期为T 。
（1）H a （s ）＝（s ＋a ）/[（s ＋a ）2＋b 2]；（2）H a （s ）＝A/（s －s 0）n0，n 0为任意正整数。
解：（1）冲激响应不变法满足h （n ）＝h a （t ）|t ＝nT ＝h a （nT ），T 为抽样间隔。
这种变换法必须让H a （s ）先用部分分式展开。
由推出由冲激响应不变法可得（2）先引用拉氏变换的结论，可得按且可得可以递推求得7-2 设计一个模拟低通滤波器，要求其通带截止频率f p＝20Hz，其通带最大衰减为R p＝2dB，阻带截止频率为f st＝40Hz，阻带最小衰减为A s＝20dB，采用巴特沃思滤波器，画出滤波器的幅度响应。
解：巴特沃思模拟低通滤波器设计流程为：①利用教程（7-5-24）式求解滤波器阶次N；②利用教程（7-5-27a）式求解3dB截止频率Ωc；③查教程表7-2或表7-4获得归一化巴特沃思低通滤波器的系统函数H an（s）；④将H an（s）根据Ωc的值去归一化求得所需的系统函数H a（s）。
已知Ωp＝2π×20rad/s，Ωst＝2π×40rad/s，R p＝2dB，A s＝20dB。
（1）按给定的参数由教程（7-5-24）式可求得取N＝4。
（2）按教程（7-5-27a）式可求得巴特沃思滤波器3dB处的通带截止频率Ωc为（3）查教程表7-2可得N＝4时归一化巴特沃思低通滤波器H an（s）（4）去归一化，求得所需的H a（s）为滤波器的幅度响应如图7-1所示。
图7-17-3 设计一个模拟高通滤波器，要求其阻带截止频率f st＝30Hz，阻带最小衰减为A s＝25dB，通带截止频率为f p＝50Hz，通带最大衰减为R p＝1dB。
（1）采用巴特沃思滤波器；（2）采用切比雪夫滤波器；（3）利用MATLAB工具箱函数设计椭圆函数滤波器。
《数字信号处理》作业程佩青(第2版)清华大学出版社课后答案
0.588
0.5
0
0
0
0
-0.5 -0.588
-1 -0.951
-0.588
-0.951
-1.5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
绘图程序如下： n = 0:10; % 定义时间长度 xa = cos(40*pi*n*0.02 + pi/2); stem(n,xa,'filled'),title('cos(40*\pi*n*0.02 + \pi/2)') axis([-1,n(end)+1,-1.5,1.5]) for i = 1:11
N −1
∑ X (k) = −
[ x(( N
−1−
n))N
RN
(n)WN−
k
(
N
W −1−n) k N
(
N
−1)
]
n=0
N −1
∑ = − [x(n)N WN−kn ]WNk (N −1) n=0
N −1
∑ = − [x(n)N WN(−k )n ] •WNk (N −1) n=0
N −1
∑ = − [x(n)N WN(−k )n ] •WNk (N −1) n=0
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2.8 P140 题 10
12 3 4 0 00 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 2 3 40 00 1 2 3 4 00 0 -1 -2 -3 -4 0 0 0 -1 -2 -3 -4 0 0 0 -1 -2 -3 -4 0 0 0 -1 -2 -3 -4 0 0 0 -1 -2 -3 -4 0 0 0 -1 -3 -6 -10 -10 -8 -4 1 7 4 0 0 0 -1 -3 -6 -10 -10 -8 -4 17 40 0 0 0 4 -2 -10 -10 -8 -4
数字信号处理课后习题答案(全)1-7章
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
（6） y(n)=x(n2)
令输入为
输出为
x(n－n0)
y′(n)=x((n－n0)2) y(n－n0)=x((n－n0)2)=y′(n) 故系统是非时变系统。 由于
T［ax1(n)+bx2(n)］=ax1(n2)+bx2(n2) =aT［x1(n)］+bT［x2(n)］
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
题4解图（一）
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
题4解图（二）
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
题4解图（三）
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
(4) 很容易证明： x(n)=x1(n)=xe(n)+xo(n)
上面等式说明实序列可以分解成偶对称序列和奇对称序列。 偶对称序列可 以用题中(2)的公式计算， 奇对称序列可以用题中(3)的公式计算。
（2） y(n)=x(n)+x(nN+1)k 0
（3） y(n)= x(k)
（4） y(n)=x(n－nn0)n0
（5） y(n)=ex(n)
k nn0
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
解：（1）只要N≥1， 该系统就是因果系统， 因为输出 只与n时刻的和n时刻以前的输入有关。
如果|x(n)|≤M， 则|y(n)|≤M， （2） 该系统是非因果系统， 因为n时间的输出还和n时间以 后（（n+1）时间）的输入有关。如果|x(n)|≤M, 则 |y(n)|≤|x(n)|+|x(n+1)|≤2M,
=2x(n)+x(n－1)+ x(n－2)
将x(n)的表示式代入上式， 得到 1 y(n)=－2δ(n+2)－δ(n+1)－0.5δ(2n)+2δ(n－1)+δ(n－2)
数字信号处理课后习题答案(全)1-7章
将x(n)的表示式代入上式， 得到 1 y(n)=－2δ(n+2)－δ(n+1)－0.5δ(2n)+2δ(n－1)+δ(n－2)
+4.5δ(n－3)+2δ(n－4)+δ(n－5)
第 1 章 时域离系统的单位脉冲响应h(n)和输入x(n)分别有以下三种情况，
+6δ(n－1)+6δ(n－2)+6δ(n－3)+6δ(n－4)
1
4
(2m 5) (n m) 6 (n m)
m4
m0
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
（3） x1(n)的波形是x(n)的波形右移2位， 再乘以2， 画出图形如题2解图 （二）所示。
(4) x2(n)的波形是x(n)的波形左移2位， 再乘以2， 画出图形如题2解图（三） 所示。
（5）y(n)=x2(n)
（6）y(n)=x(n2)
（7）y(n)=
n
（8）y(n)=x(n)sin(ωxn(m) )
m0
解： （1） 令输入为
输出为
x(n－n0)
y′(n)=x(n－n0)+2x(n－n0－1)+3x(n－n0－2) y(n－n0)=x(n－n0)+2x(n—n0—1)+3(n－n0－2)
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
题2解图（四）
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
3． 判断下面的序列是否是周期的; 若是周期的， 确定其周期。
(1) x(n) Acos 3 πn A是常数
7 8
(2)
j( 1 n )
x(n) e 8
数字信号处理课后习题答案(全)1-7章
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
(3) 这是一个延时器， 延时器是线性非时变系统， 下面证明。 令输入为
输出为
x(n－n1)
y′(n)=x(n－n1－n0) y(n－n1)=x(n－n1－n0)=y′(n) 故延时器是非时变系统。 由于
T［ax1(n)+bx2(n)］=ax1(n－n0)+bx2(n－n0) =aT［x1(n)］+bT［x2(n)］
（5）y(n)=x2(n)
（6）y(n)=x(n2)
（7）y(n)=
n
（8）y(n)=x(n)sin(ωxn(m) )
m0
解： （1） 令输入为
输出为
x(n－n0)
y′(n)=x(n－n0)+2x(n－n0－1)+3x(n－n0－2) y(n－n0)=x(n－n0)+2x(n—n0—1)+3(n－n0－2)
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
题8解图（一）
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
(5) 画x3(n)时， 先画x(－n)的波形(即将x(n)的波形以纵轴为中心翻转180°)， 然后再右移2位， x3(n)波形如题2解图（四）所示。
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
题2解图（一）
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
题2解图（二）
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
题2解图（三）
分别求出输出y(n)。
（1） h(n)=R4(n), x(n)=R5(n) （2） h(n)=2R4(n), x(n)=δ(n)－δ(n－2) （3） h(n)=0.5nu(n), xn=R5(n)
解： （1） y(n)=x(n)*h(n)=
数字信号处理课后习题答案(全)1-7章
1
4
(2m 5) (n m) 6 (n m)
m4
m0
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
（3） x1(n)的波形是x(n)的波形右移2位， 再乘以2， 画出图形如题2解图 （二）所示。
(4) x2(n)的波形是x(n)的波形左移2位， 再乘以2， 画出图形如题2解图（三） 所示。
因此系统是非线性系统。
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
（6） y(n)=x(n2)
令输入为
输出为
x(n－n0)
y′(n)=x((n－n0)2) y(n－n0)=x((n－n0)2)=y′(n) 故系统是非时变系统。 由于
T［ax1(n)+bx2(n)］=ax1(n2)+bx2(n2) =aT［x1(n)］+bT［x2(n)］
0≤m≤3
－4≤m≤n
非零区间如下:
第 1 章求解： ① n<0时， y(n)=0
② 0≤n≤3时， y(n)= ③ 4≤n≤7时， y(n)= ④ n>7时， y(n)=0
1=n+1
n
1=8－m n0
3
mn4
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
x(m)h(n－m)
m
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
题7图
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
y(n)={－2,－1,－0.5, 2, 1, 4.5, 2, 1; n=－2, －1, 0, 1, 2, 3, 4, 5}
第 1 章 时域离散信号和时域离散系统
解法（二） 采用解析法。 按照题7图写出x(n)和h(n)的表达式分别为
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第七章 有限长单位冲激响应（FIR ）数字滤波器的设计方法1． 用矩形窗设计一个FIR 线性相位低通数字滤波器。
已知 21,5.0==N c πω。
求出)(n h 并画出)(log 20ωj e H 曲线。
分析：此题给定的是理想线性相位低通滤波器，故⎪⎩⎪⎨⎧<<<<≤≤=-。
-- , , 0- , )(c c c c ωωππωωωωωωαωj j d e eH解：ωπππωωd eeH n h nj j d d ⎰-=)(21)()()](sin[21αωαωπωωπωωωωα--==⎰--n n d eec c c nj j cc⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≤≤--====-=为其他故：其中n n n n n w n h n h N d c ,0200,)10(]2sin[)()()(5.0 102/)1( πππωα h( 0)= 9.7654073033E-4h( 1)= 3.5358760506E-2 h( 2)= -9.7657600418E-4 h( 3)= -4.5465879142E-2 h( 4)= 9.7651791293E-4 h( 5)= 6.3656955957E-2 h( 6)= -9.7658322193E-4 h( 7)= -1.0610036552E-1 h( 8)= 9.7643269692E-4 h( 9)= 3.1830877066E-1 h( 10)= 4.9902343750E-1 h( 11)= 3.1830900908E-1 h( 12)= 9.7669276875E-4 h( 13)= -1.0610023141E-1 h( 14)= -9.7654142883E-4 h( 15)= 6.3657015562E-2 h( 16)= 9.7660662141E-4 h( 17)= -4.5465819538E-2 h( 18)= -9.7654841375E-4 h( 19)= 3.5358794034E-2 h( 20)= 9.7658403683E-42．用三角形窗设计一个FIR 线性相位低通数字滤波器。
已知： πω5.0=c ，21=N 。
求出)(n h 并画出)(lg 20ωj e H 的曲线。
解：)()](sin[21 )(21)(αωαωπωωπωπωωωωαππωω--⋅===⎰⎰---n n d e ed eeHn h c c c nj j nj j dd ccπω5.0 , 102/1==-=c N ）（由题意可知：因为用三角形窗设计：)()()(n w n h n h d =∴⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧≤<--⋅-≤≤--⋅=为其他，n n n n n n n n n 02010 , )10(]2si n[)1012(100 , )10(]2si n[101ππππh( 0)= 0.0000000000E0h( 1)= 3.5358760506E-3 h( 2)= -1.9531520957E-4 h( 3)= -1.3639763929E-2 h( 4)= 3.9060716517E-4 h( 5)= 3.1828477979E-2 h( 6)= -5.8594997972E-4h( 7)= -7.4270255864E-2 h( 8)= 7.8114616917E-4 h( 9)= 2.8647789359E-1 h( 10)= 4.9902343750E-1 h( 11)= 2.8647810221E-1 h( 12)= 7.8135420335E-4 h( 13)= -7.4270159006E-2 h( 14)= -5.8592489222E-4 h( 15)= 3.1828507781E-2 h( 16)= 3.9064264274E-4 h( 17)= -1.3639746234E-2 h( 18)= -1.9530967984E-4 h( 19)= 3.5358795431E-3 h( 20)= 0.0000000000E03．用汉宁窗设计一个线性相位高通滤波器 cc j jd eeH ωπωπωωπαπωω-<≤≤≤-=--0,0,{)()(求出)(n h 的表达式，确定 α与N 的关系。
写出 )(n h 的值， 并画出)(lg 20ωj e H 曲线)51,5.0(==N c πω设。
分析：此题给定的只是)(ωj d e H 在0～π之间的表达式，但是在求解时，必须把它看成-π～π（或0～2π）之间的分布，不能只用0～π区域来求解。
⎰⎰+---==ccd eed ee H n h nj j nj j d d ωπωπωαπωπωωωπωπ)(2021)(21)(解：根据题意有：cc nc c c jn n j n j jn n j j n j j n n n n eeen j ee n j e d ee c c c cccωαωαωαωαπωαπαπωππαωαωπωπωπαωαπωπωπαωαπ)(])sin[()1()(])sin[(][)(2)(12121)()()()(---=--=--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==---+--+--⎰=)()()(n w n h n h d[]⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-≤≤--⨯-⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=为其他值n N n n n N n c n, 010 , )()(sin )1(12cos 121απαωπh( 0)= 0.0000000000E0 h( 1)= 3.8502421376E-6 h( 2)= 2.1703662060E-4 h( 3)= -3.4288590541E-5 h( 4)= -9.3614991056E-4 h( 5)= 9.3251539511E-5 h( 6)= 2.2677441593E-3 h( 7)= -1.7703868798E-4 h( 8)= -4.3416726403E-3 h( 9)= 2.8037585435E-4 h( 10)= 7.3263808154E-3 h( 11)= -3.9677796303E-4 h( 12)= -1.1467883363E-2 h( 13)= 5.1893695490E-4 h( 14)= 1.7173256725E-2 h( 15)= -6.3915370265E-4 h( 16)= -2.5206908584E-2 h( 17)= 7.4990402209E-4h( 18)= 3.7223428488E-2 h( 19)= -8.4418745246E-4 h( 20)= -5.7578284293E-2 h( 21)= 9.1610912932E-4 h( 22)= 1.023*******E-1 h( 23)= -9.6111540915E-4 h( 24)= -3.1705406308E-1 h( 25)= 5.0097656250E-1 h( 26)= -3.1705376506E-1 h( 27)= -9.6132780891E-4 h( 28)= 1.023*******E-1 h( 29)= 9.1622082982E-4 h( 30)= -5.7578280568E-2 h( 31)= -8.4425939713E-4 h( 32)= 3.7223447114E-2 h( 33)= 7.4992782902E-4 h( 34)= -2.5206902996E-2 h( 35)= -6.3918298110E-4 h( 36)= 1.7173264176E-2 h( 37)= 5.1894458011E-4 h( 38)= -1.1467874050E-2 h( 39)= -3.9679490146E-4 h( 40)= 7.3263822123E-3 h( 41)= 2.8038662276E-4 h( 42)= -4.3416772969E-3 h( 43)= -1.7703943013E-4 h( 44)= 2.2677420639E-3 h( 45)= 9.3255301181E-5 h( 46)= -9.3615107471E-4 h( 47)= -3.4289114410E-5 h( 48)= 2.1703691164E-4 h( 49)= 3.8502503230E-6 h( 50)= -3.6680953687E-174．用海明窗设计一个线性相位带通滤波器πωωωωωωωωωωωαω≤<+-<≤≤-≤-=-c c cc j j de e H 000 , 0,0,{)(求出)(n h 的表达式并画出)(lg 20ωj e H 曲线。
（设515.02.00===N c ，，πωπω） 解:可求得此滤波器的时域函数为：⎰⎰⎰+----++---+==ccc cd eed eed ee H n h jn j jn j nj j d d ωωωωωαωωωωωωαωππωωωπωπωπ0021 21)(21)(][ )(121)()()()()()()()(0000c c c c n j n j n j n j e eeen j ωωαωωαωωαωωααπ-------+--+-⋅-⋅=[][]000)(cos )(sin )(2)])(sin[( )])(sin[()(1ωαωααπαωωαωωαπ---=⎭⎬⎫⎩⎨⎧----+-=n n n n n n c c c采用海明窗设计时：[][]⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-≤≤--⨯-⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=为其他n N n n n n N n n h c , 010 ,)(cos )(sin )(212cos(46.054.0)(0ωαωααππ 2/)1( -=N α其中⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≤≤--⨯--===为其他值得代入，n n n n n n n h N 0500,]2)25cos[(]5)25sin[( )25(2)]25cos(46.054.0[)(2551ππππα h( 0)= -1.7792453066E-9 h( 1)= 1.2784593273E-3 h( 2)= 2.8278364095E-9 h( 3)= -3.1063116621E-3 h( 4)= -1.1197345273E-9 h( 5)= 6.5603257099E-5 h( 6)= -5.4661515314E-9 h( 7)= 8.2749519497E-3 h( 8)= 1.0554026986E-8 h( 9)= -8.1601543352E-3 h( 10)= -2.0916635091E-9 h( 11)= -1.1989242397E-2 h( 12)= -1.5438420320E-8 h( 13)= 2.8777478263E-2 h( 14)= 1.3683782996E-8 h( 15)= -2.6650217478E-4 h( 16)= 2.1395559102E-8 h( 17)= -5.9433232993E-2 h( 18)= -4.7929443525E-8 h( 19)= 5.4869838059E-2 h( 20)= -1.6576438000E-9 h( 21)= 8.7930023670E-2 h( 22)= 1.3147858624E-7 h( 23)= -2.9847630858E-1 h( 24)= -2.4842057655E-7 h( 25)= 4.0039062500E-1 h( 26)= 2.4884724326E-7 h( 27)= -2.9847630858E-1h( 28)= -1.3260110165E-7 h( 29)= 8.7929971516E-2 h( 30)= 3.0146882768E-9 h( 31)= 5.4869886488E-2 h( 32)=4.6942115972E-8h( 33)= -5.9433255345E-2 h( 34)= -2.1138220063E-8 h( 35)= -2.6650624932E-4 h( 36)= -1.3386657116E-8 h( 37)= 2.8777483851E-2 h( 38)= 1.5110085627E-8 h( 39)= -1.1989233084E-2 h( 40)= 2.0960144731E-9 h( 41)= -8.1601683050E-3 h( 42)= -1.0312461107E-8 h( 43)= 8.2749547437E-3 h( 44)= 5.2577551202E-9 h( 45)= 6.5610285674E-5 h( 46)= 1.1623461083E-9 h( 47)= -3.1063179485E-3 h( 48)= -2.7633737520E-9 h( 49)= 1.2784597930E-3 h( 50)= 1.6941573699E-95．用布拉克曼窗设计一个线性相位的理想带通滤波器 πωωωωπωωωωωωαω≤<+-<≤≤-≤-=-c c cc j jd je e H 00 , 0,,{)(求出)(n h 序列，并画出)(lg 20ωj e H 曲线。