东南大学 考博 信号与信息处理 《现代数字信号处理》第 章习题答案
Δω
=
0.89
⎛ ⎜⎝
2π 10000
⎞ ⎟⎠
。
5.2 一个连续时间信号 xa (t) 的带宽只有 5KHz,即 xa (t) 的谱 X a ( f ) 在|f|>5KHz 时为零。设 只记录了 10 秒的信号值可用于处理,我们要用这些数据和基 2-FFT 算法估计 xa (t) 的
功率谱,并要求谱估计的分辨率至少为 10Hz,假设采用的是 Bartlett 周期图平均法。 (a) 若数据按 Nyquist 速率采样,为获得所需的分辨率,分段时的最小段长是多少? (b) 对 10 秒的数据,若用(a)中确定的最小段长,则有多少个数据段可用于平均? (c) 选择不同的采样速率将如何影响谱估计的分辨率?若高于 Nyquist 速率采样,是否会有
×
1
1+ a2 + (0.98)2 − 3.96a cosω +1.96 cos 2ω 1+ a2 + (0.99)2 − 3.98a cosω +1.98cos 2ω
它们在 ω1 , ω2 和 ω0 处的值分别为:
( ) ( )( ) Px e jω1
=
1 4.0 ×10−4 −1.0 ×10−4 a2 1.0 ×10−4 + 4.0204a2
的1024
点的
DFT
得
Xl
(k
)
,再将各
Xl
(k
)
与相应的因子
exp
⎛ ⎜⎝
−
jl
2π k 10240
⎞ ⎠⎟
相乘后进行线
性组合即得 X (k ) ,即
∑ X (k ) =
( ) 9 − jl 2π k
e
X 10240 l
k
k = 0,1,"",10239 ,
l=0
最 后 计 算 1 X (k ) 2 k = 0,1,"",10239 , 即 得 到 x (n) 的 周 期 图 , 其 分 辨 率 为
为了以 N=10000 个数据值获得最大的分辨率,必须计算 x(n)的周期图(若将 x(n)分段,
将降低分辨率)。因此问题是如何用1024 点的 DFT 来计算 x(n)的周期图。回忆 FFT 的工作
原理,注意有:
( ) ∑ ( ) ∑ ∑ ( ) ∑ ∑ ( ) 9999
999 9
9
999
X e jω = x n e− jnω =
(c) 若用周期图平滑法,为获得与(b)中的 Bartlett 法差不多的分辨率,要用多少时滞的自相 关值?若要求估计的方差与四分段的 Bartlett 估计的方差不相上下,需要多长的数据?
《现代数字信号处理》习题参考答案
解:(a)
级联的系统函数是:
H
(
Z
)
=
1
+
aZ
−1
1 +
0.99Z
−2
×
1
−
∫ = 1
2π
π
−π Px
e jω WB
e j(ω−θ ) dθ ,其中WB
e jω
=
1 L
⎡ ⎢ ⎢ ⎢⎣
sin sin
ωL 2
ω 2
⎤2 ⎥。 ⎥ ⎥⎦
( ) 由于已选择 L 使得两个峰值可以被分辨,因此不妨假设WB
e jω
只在区间 − Δω ≤ ω ≤ Δω
2
2
( ) 上非零。进一步,由于WB e jω 窗函数的主瓣宽度远大于谱峰的宽度,因此可假设在区间
(a) 若希望达到 Δf = 0.005 的分辨率,最少段长 L 是多少?
(b) 试解释为什么增加 L 使其超过(a)中确定的最小值,不会有什么好处。
(c) 谱估计的品质因子是定义为其可变度的倒数: Q = 1/V。若采用 Bartlett 法,则为达到
Δf = 0.005 的分辨率,且品质因子至少 5 倍于周期图法的结果,则所需的数据样本点
( ) ( ) ( ) 若取 a = 0.1,则有 Px e jω1 ≈ 6.203×104 , Px e jω2 ≈ 2.4876 ×105 , Px e jω0 ≈ 9.5203×103
若用 dB 来表示,则为:
( ) ( ) ( ) 10 log Px e jω1 ≈ 47.926dB , 10 log Px e jω2 ≈ 53.958dB , 10 log Px e jω0 ≈ 39.786dB 。
数 N 至少应多大?
解:(a)由于 Δf = 0.89 1 ,因此 L = 0.89 = 0.89 = 178 。
L
Δf 0.005
(b)增加 L 将增加分辨率,但同时也使可用于平均的数据段数减少,从而增加谱估计的方
差。
(c)对周期图,品质因子是 Qper =
1 Vper
= 1 ,而
Bartlett
x 10n + l e− j(10n+l)ω = e− jlω x 10n + l e− jnω
n=0
n=0 l=0
l=0
n=0
因此,计算步骤是先将 x (n) 补零到长度 N = 10240 ,然后将 x (n) 抽取为 10 个长度
M = 1024 的子序列 xl (n) xl (n) = x (10n + l ) n = 0,1,"",1023 ,然后计算这些子序列
,为使两者相同,必须:
2M = 1 3N 4
现在 M = 40 , 分辨率相同, 因此所需的数据长度为: N = 8 M = 8 × 40 = 107 . 33
5.5 许多商业的频谱分析仪中都对输入信号 x(n) 的分段数据的周期图作如下的指数平均连
续修正来获得其功率谱的估计:
∑ Pˆi
(e
jω
)
=
aZ
−1
1 +
0.98Z
−2
由于输入到该滤波器的是单位方差白噪声,因此输出 x (n) 的功率谱是:
H
(
z
)
=
1+
az −1
1 +
0.99 z −2
×
1−
az −1
1 +
0.98 z −2
×
1+
az
1 + 0.99z2
×
1−
az
1 + 0.98z2
显然,Px ( z ) 有 8 个极点,其中 4 个在单位圆内,4 个在圆外。由于每个极点都接近单位圆,
什么好处?
解:(a)若按 Nyquist 速率采样应取 fs = 10kHz ,模拟频域的分辨率 Δf = 10Hz 意味着
数字频域的分辨率为: Δω = 2π Δf = 2π ×10−3 ;对 Bartlett 法,分辨率与段长 L 的关系 fs
《现代数字信号处理》习题参考答案
是: Δω = 0.89 2π ,所以有: L ≥ 0.89 2π = 890 个样点。
( ) −
Δω 2
≤
ω
≤
Δω 2
上WB
e jω
≈ L ,因此有如下的近似公式:
{ ( )} ∫ ( )
E PB e jω
=L 2π
Δω
P 2
−Δω 2 x
e j(ω−θ ) dθ
{ ( )} 因此, E PˆB e jω 在ω1 和ω2 处的值分别正比于两个谱峰下的积分面积。
(c ) 对周期图平滑,并采用 Bartlett 窗,其分辨率为: Δω = 0.64 2π M
( ) 显然, Px e jω 在 ω1 处的峰值比 ω2 处的峰值低了约 6dB ,ω0 处的波谷比 ω2 处的峰值低了
《现代数字信号处理》习题参考答案
约14dB 。
(b)要分辨出相差 Δω 的两个峰值,要求 0.89 2π
L
<
Δω ,故 L
>
0.89
2π Δω
。
对 Δω = 0.51600π ,必须 L > 0.89 2π = 56 。 0.5160π
2
−a 0.99
。
例如,若取 a
=
−0.1 ,则 ω1
=
0.51600π
; ω2
=
0.48392π
,都接近 ω0
=
π 2
。
相距间隔为
Δω
= ω2 − ω1
≈ 0.03208π
或 Δf
=
Δω 2π
= 0.01604 (归一化)
ω0
=
π 2
在两个峰值之间是功率谱的一个波谷。由于:
( ) Px
e jω
=
1
掉前面的周期图。在α = 0 的极端情况下, Pˆi (e jω ) 就是最新的 N 个数据的周期图。在(b)
中将看到,该谱分析以计算出的 Pˆi (e jω ) 实际上是前面所有已计算的周期图的指数加权平均。
( ) ∑ ( ) (b)若定义: Qi
e jω
=
1 N
N −1
Xi
n=0
2
n e− jnω , 则第 i 个谱估计 Pˆi (e jω ) 可表达为:
其中 A1 (z) = 1 + az−1 + 0.99z−2 ; A2 (z) = 1 − az−1 + 0.98z−2 。 (a) 若假设 a 较小,例如 0<a<0.1,试画出 x(n) 的功率谱的草图。要注意两个谱峰的位置
和幅度,以及ω = π / 2 处的 Px (e jω ) 值。 (b) 若 a=0.1,并拟用 Bartlett 法分辨出 Px (e jω ) 的两个谱峰,试确定所需的段长 L。
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 =
现代数字信号处理课后习题解答
现代数字信号处理课后习题解答习题二1、求证:,()(,)x i j x i j xi xj R t t C t t m m =+。
证明:(,)(,)(,,,)xi j i j i jijijijR t t E x x x x p x x t t dx dx==(,)[(),()](),()(,,,)()(,,,)(,)(,)i j i j j i i j i j j i i j i jx i j i x j x i x j x i j i j i ji j i x j x x x i j i j i j x i j x x x x x x x i j x x C t t E x m x m x m x m p x x t t dx dx x x x m x m m m p x x t t dx dx R t t m m m m m m R t t m m =--=--=--+=--+=- 2、令()x n 和()y n 不是相关的随机信号,试证:若()()()w n x n y n =+,则w x ym m m =+和222w x y σσσ=+。
证明:(1)[()][()()][()][()]x ym E n E x n y n E x n E y n m m ωω==+=+=+ (2)2222222222[(())]{[()()()]}[(())(())][(())][(())]2[(())(())]2[]x y x y x y x y x y x y x y x y x y x yE n m E x n y n m m E x n m y n m E x n m E y n m E x n m y n m m m m m m m m m ωωσωσσσσ=-=+-+=-+-=-+-+--=++--+=+即222x y ωσσσ=+3、试证明平稳随机信号自相关函数的极限性质,即证明:①当0τ=时,2(0),(0)x x x x R D C σ==;②当τ=∞时,2(),()0x x x R m C ∞=∞=。
数字信号处理习题及解答
只有在如上周期延拓序列中无混叠的点上, 才满足f(n)=fl(n),所以 f(n)=fl(n)=x(n)*y(n) 7≤n≤19
令
数字信号处理习题及解答
第二章Z变换及离散时间系统分析
3 解答
n≥0时, 因为c内无极点,x(n)=0; n≤-1时, c内有极点0 , 但z=0是一个n阶极点, 改为求
圆外极点留数, 圆外极点有z1=0.5, z2=2, 那么
数字信号处理习题及解答
第二章Z变换及离散时间系统分析 3 解答 (2) 收敛域0.5<|z|<2:
数字信号处理习题及解答
第三章信号的傅里叶变换 1 解答
(1) (2) (3)
数字信号处理习题及解答
第三章信号的傅里叶变换 2 试求如下序列的傅里叶变换:
(1) x1(n)=δ(n-3)
(2)
数字信号处理习题及解答
第三章信号的傅里叶变换 2 解答
(1) (2)
数字信号处理习题及解答
第三章信号的傅里叶变换
第一章离散时间信号与离散时间系统
4 解答
数字信号处理习题及解答
第二章Z变换及离散时间系统分析 1
数字信号处理习题及解答
第二章Z变换及离散时间系统分析 1 解答
数字信号处理习题及解答
第二章Z变换及离散时间系统分析 1 解答
数字信号处理习题及解答
第二章Z变换及离散时间系统分析 2
数字信号处理习题及解答
第二章Z变换及离散时间系统分析 2 解答
数字信号处理习题及解答
第二章Z变换及离散时间系统分析 2 解答
数字信号处理习题及解答
第二章Z变换及离散时间系统分析 3 已知
求出对应X(z)的各种可能的序列表达式。
数字信号处理习题集 附答案
1 [x(n) x (n)]e jwn 1 [ X (e jw ) X (e jw )]
n
2 n
2
(3)
nx(n)e jwn
1 dx(n)e jwn j d
x(n)e jwn
dX (e jw ) j
n
j n
dw
dw n
dw
4.序列 x(n) 的傅里叶发换为 X (e jw ) ,求下列各序列的傅里叶发换。
够小,足以防止混迭效应),把从 x(t)到y(t) 的整个系统等效为一个模拟滤波器。
(a)
如果 h(n)截止于 8rad ,1 T 10kHz ,求整个系统的截止频率。
(b)
对于1 T 20kHz ,重复(a)的计算。
xt
xn
yn
采样(T)
hn
D/A
yt
理想低通
c T
解 (a)因为当 8 rad时H (e j ) 0 ,在数 — 模发换中
5.令 x(n) 和 X (e jw ) 表示一个序列及其傅立叶发换,利用 X (e jw ) 表示下面各序列的傅立
叶发换。
(1) g(n) x(2n)
xn 2 n为偶数
(2) g(n)
0
n为奇数
解:(1) G(e jw ) g(n)e jnw x(2n)e jnw
jkw
x(k)e 2
(e
w j
2
)
(2) G(e jw ) g(n)e jnw g(2r)e j2rw x(r)e jr2w X (e j2w )
n
r
r
6.设序列 x(n) 傅立叶发换为 X (e jw ) ,求下列序列的傅立叶发换。
(1) x(n n0 )
东南大学 考博 信号与信息处理 《现代数字信号处理》第5章习题答案
《现代数字信号处理》习题参考答案
解:(a)
级联的系统函数是:
H
(
Z
)
=
1
+
aZ
−1
1 +
0.99Z
−2
×
1
−
法的品质因子是 QB
=
1 VB
=
K
。
因此,若要 QB Qper ≥ 5 ,必须要求 K ≥ 5 。由于 M = 178 (对 Δf = 0.005 ),因此必须使 数点数满足: N = KM ≥ 5×178 = 890 点。
5.4 设随机过程 x(n) 是单位方差白噪声 w(n) 激励如下的系统而产生的。
《现代数字信号处理》习题参考答案
第五章习题参考答案
5.1 给定随机过程 x(n)的 N=10000 个样本点,要计算其周期图,但由于存储单元有限,你最 多只能计算 1024 点的 DFT,试说明如何利用这 10000 个样本值计算其周期图,并使其 分辨率为:
Δω = 0.89 2π 10000
解:(提示:试分析时间抽取 FFT 算法是如何工作的)
( ) [ ] 因此在 0,π 区间内,功率谱 Px e jω 每针对 Px ( z) 的一对共轭复极点及其镜像共轭对都有
一个峰值,位置对应于极点的相角。共有两个峰值,其频率满足:
2 cosω1 =
a 0.98
; 2 cosω2
=
−a 0.99
因此:
ω1 = cos−1 2
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。
《现代数字信号处理》第4章习题答案
(a)试求
AR(2)模型的系数 a2
=
⎡⎣1, a2 (1), a2 (2)T
⎤⎦
(表示为 w0 ,
σ
2 w
和
P
的函数形式。)
(b)求AR(2)模型对应的反射系数Γ1和Γ2。
(c)当 σ
2 w
→
0
时,AR(2)参数和反射系数的极限值是多少?
解:(a)
rx (0) =
P
+
σ
2 w
,
rx (1) =
P cosω0,
{ } E
ei− (n) x∗ (n − k )
=
E
⎧⎪⎡ ⎨⎢
x
(
n
− i) +
i
∑ ai∗
(
j)
x(n
−i
+
j)⎤⎥ ⋅
x∗
(n
−
k )⎫⎪⎬
⎪⎩⎣
j =1
⎦
⎪⎭
i
= rx (k − i) + ∑ ai∗ ( j) rx (k − i + j) j =1
=
⎡ ⎢rx
(i
−
k
)
+
i
∑ ai
(
j)
rx
1 6
2 3
⎤ ⎥ ⎦
,
且:
b
(0)
=
rx
(
0)
+
a
(1)
rx
(1)
+
a
(
2)
rx
(
2)
=
1
−
1 6
×
1 2
−
2 3
《数字信号处理》第三版课后习题答案
《数字信号处理》第三版课后习题答案数字信号处理课后答案1.2 教材第一章习题解答1. 用单位脉冲序列()n δ及其加权和表示题1图所示的序列。
解:()(4)2(2)(1)2()(1)2(2)4(3)0.5(4)2(6)x n n n n n n n n n n δδδδδδδδδ=+++-+++-+-+-+-+-2. 给定信号:25,41()6,040,n n x n n +-≤≤-??=≤≤其它(1)画出()x n 序列的波形,标上各序列的值;(2)试用延迟单位脉冲序列及其加权和表示()x n 序列;(3)令1()2(2)x n x n =-,试画出1()x n 波形;(4)令2()2(2)x n x n =+,试画出2()x n 波形;(5)令3()2(2)x n x n =-,试画出3()x n 波形。
解:(1)x(n)的波形如题2解图(一)所示。
(2)()3(4)(3)(2)3(1)6()6(1)6(2)6(3)6(4)x n n n n n n n n n n δδδδδδδδδ=-+-+++++++-+-+-+-(3)1()x n 的波形是x(n)的波形右移2位,在乘以2,画出图形如题2解图(二)所示。
(4)2()x n 的波形是x(n)的波形左移2位,在乘以2,画出图形如题2解图(三)所示。
(5)画3()x n 时,先画x(-n)的波形,然后再右移2位,3()x n 波形如题2解图(四)所示。
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)3()cos()78x n A n ππ=-,A 是常数;(2)1()8()j n x n e π-=。
解:(1)3214,73w w ππ==,这是有理数,因此是周期序列,周期是T=14;(2)12,168w wππ==,这是无理数,因此是非周期序列。
5. 设系统分别用下面的差分方程描述,()x n 与()y n 分别表示系统输入和输出,判断系统是否是线性非时变的。
现代数字信号处理课后习题解答
习题二1、求证:,()(,)x i j x i j xi xj R t t C t t m m =+。
证明:(,)(,)(,,,)x i j i j iji j i j i j R t t E x x x xp x x t t dx dx ==⎰⎰(,)[(),()](),()(,,,)()(,,,)(,)(,)i j i j j i i j i j j i i j i jx i j i x j x i x j x i j i j i ji j i x j x x x i j i j i j x i j x x x x x x x i j x x C t t E x m x m x m x m p x x t t dx dx x x x m x m m m p x x t t dx dx R t t m m m m m m R t t m m =--=--=--+=--+=-⎰⎰⎰⎰ 2、令()x n 和()y n 不是相关的随机信号,试证:若()()()w n x n y n =+,则w x y m m m=+和222w x y σσσ=+。
证明:(1)[()][()()][()][()]x ym E n E x n y n E x n E y n m m ωω==+=+=+ (2)2222222222[(())]{[()()()]}[(())(())][(())][(())]2[(())(())]2[]x y x y x y x y x y x y x y x y x y x yE n m E x n y n m m E x n m y n m E x n m E y n m E x n m y n m m m m m m m m m ωωσωσσσσ=-=+-+=-+-=-+-+--=++--+=+即222x y ωσσσ=+3、试证明平稳随机信号自相关函数的极限性质,即证明: ①当0τ=时,2(0),(0)x x x x R D C σ==; ②当τ=∞时,2(),()0x x x R m C ∞=∞=。
数字信号处理教程答案
数字信号处理教程 课后习题及答案目录第一章 离散时间信号与系统 第二章 Z 变换第三章 离散傅立叶变换 第四章 快速傅立叶变换 第五章 数字滤波器的基本结构第六章 无限长单位冲激响应(IIR )数字滤波器的设计方法 第七章 有限长单位冲激响应(FIR)数字滤波器的设计方法 第八章 数字信号处理中有限字长效应第一章 离散时间信号与系统1 。
直接计算下面两个序列的卷积和)n (h *)n (x )n (y =请用公式表示。
分析:①注意卷积和公式中求和式中是哑变量m ( n 看作参量),结果)(n y 中变量是 n ,; )()()()()(∑∑∞-∞=∞-∞=-=-=m m m n x m h m n h m x n y ②分为四步 (1)翻褶( -m ),(2)移位( n ),(3)相乘,00 , 01()0 , ,()0,n n n a n N h n n n n x n n n β-⎧≤≤-=⎨⎩⎧≤⎪=⎨<⎪⎩其他; )( )( 4n y n n y n 值的,如此可求得所有值的)相加,求得一个( ③ 围的不同的不同时间段上求和范一定要注意某些题中在 n 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)n (x ,系统的单位抽样响应 为)n (h ,试求系统的输出)n (y ,并画图)(5.0)(,)1(2 )()4()(5.0)(,)2( )()3()()(,)( )()2()()(,)( )()1(3435n u n h n u n x n R n h n n x n R n h n R n x n R n h n n x n n n =--==-=====δδ分析:①如果是因果序列)(n y 可表示成)(n y ={)0(y ,)1(y ,)2(y ……},例如小题(2)为()∑∑∑+-=+-=--+===-=-+≥nN n m mn n nN n m mn n m nn m m n h m x n y N n n 111N -00)()()( , 1)3(αββααβ全重叠时当()()()()βααβαβαβαββααβαβαβ==≠--=--=---+++--,)(,100111n n N N n N n n N n n nN n y ∑∞-∞=-==m m n h m x n h n x n y )()()(*)()(:解0)()1(0=<n y n n 时当, 1)2(00部分重叠时当-+≤≤N n n n ()∑∑∑==--===-=nn m mnn n n m mn n m nn m m n h m x n y 0)()()(αββααβ()()βαβαβαβααβαβαβ≠--=--=-+-++-,100111nn n n n n n n())(,1)(00βαα=-+=-n n n y n n)(n y ={1,2,3,3,2,1} ;②)()(*)( , )()(*)(m n x n x m n n x n x n -=-=δδ ;③卷积和求解时,n 的分段处理。
