《数字信号处理》课程教学大纲 一、课程编号：1100020 二、课程名称：数字信号处理 ( 64学时) Digital Signal Processing 三、课程教学目的 数字信号处理是现代信息处理和传输的基础课程之一，已经成为信号和信息处理、通信和电子、计算机科学和技术等专业的学生需要学习和掌握的基本知识。 本课程以离散时间信号与系统作为对象，在介绍经典理论的基础上，适当引入了现代信号处理的理论与方法以及Matlab仿真分析软件。通过本课程的学习，使得学生能够掌握确定性离散时间信号的频谱分析原理及快速实现方法，数字滤波器的设计及实现方法。使学生能够利用计算机技术来进行数字信号的处理，并根据实际需要分析、设计数字滤波系统。 本课程是进一步学习数字通信、图像处理、随机数字信号处理、无线通信、多媒体通信等专业课程的先修课程。 四、课程教学基本要求 1．掌握离散时间信号和系统的基本标识方法 2．掌握离散时间系统的基本特性、Z变换以及离散时间信号的傅立叶变换（DTFT） 3．掌握离散傅立叶变换（DFT）以及离散傅立叶变换的快速算法（FFT） 4．掌握数字滤波器的设计方法和结构 5．了解多速率信号处理的基本内容 五、教学内容及学时分配（含实验） 理论教学（56学时） 1．绪论2学时数字信号处理的特点、实现和应用 Matlab简介 2．离散时间系统的基本特性及流图10学时抽样与重建 离散系统及其普遍关系 信号流图及Mason公式 离散时间信号的傅立叶变换 Z变换及Z反变换（留数法）
Z变换与拉普拉斯、傅立叶变换的关系 离散系统的频域分析 3．离散傅立叶变换及其快速实现14学时DFS的定义及性质 DFT的定义、性质及应用 基2时间抽选法FFT 基2频率抽选法FFT 基4时间抽选法FFT IDFT的快速算法 FFT应用（线性卷积的快速计算、CZT变换） 4．IIR数字滤波器的设计和实现12学时滤波器概述 模拟滤波器的设计 模拟滤波器的数字仿真 冲激响应不变法和双线性变换法的设计 IIR滤波器的频率变换设计 IIR数字滤波器的计算机辅助设计 IIR 滤波器的实现结构 5．FIR数字滤波器的设计10学时线性相位FIR滤波器的条件和特性概述 窗函数法 频率取样法 FIR数字滤波器的优化设计 FIR数字滤波器的实现结构 6．多速率信号的处理基础8学时抽取和内插的时域和变换域描述 抽取滤波器和内插滤波器 多相分解 正交镜像滤波器组 双通道滤波器组 实验教学（8学时）
数字信号处理第三章实验程序 3.1计算离散时间傅里叶变换 % Program P3_1 % Evaluation of the DTFT clf; % Compute the frequency samples of the DTFT w = -4*pi:8*pi/511:4*pi; num = [2 1];den = [1 -0.6]; h = freqz(num, den, w); % Plot the DTFT subplot(2,1,1) plot(w/pi,real(h));grid title('Real part of H(e^{j\omega})') xlabel('\omega /\pi'); ylabel('Amplitude'); subplot(2,1,2) plot(w/pi,imag(h));grid title('Imaginary part of H(e^{j\omega})') xlabel('\omega /\pi'); ylabel('Amplitude'); pause subplot(2,1,1) plot(w/pi,abs(h));grid title('Magnitude Spectrum |H(e^{j\omega})|') xlabel('\omega /\pi'); ylabel('Amplitude'); subplot(2,1,2) plot(w/pi,angle(h));grid title('Phase Spectrum arg[H(e^{j\omega})]') xlabel('\omega /\pi'); ylabel('Phase in radians'); Q3.1离散时间傅里叶变换的原始序列是H(e^jw)=(2+z^-1)/(1-0.6z^-1)。Pause的作用是暂停等待用户输入任意键后接着执行以下命令。 Q3.2
北京邮电大学随机信号分析与处理综合练习题 一、判断题： 1. 设()X t 和()Y t 是相互独立的平稳随机过程，则它们的乘积也是平稳的。 2.()X t 为一个随机过程，对于任意一个固定的时刻i t ，()i X t 是一个确定值。 3.设X 和Y 是两个随机变量，X 和Y 不相关且不独立，有()()()D X Y D X D Y +=+。 4.一般来说，平稳正态随机过程与确定性信号之和仍然为平稳的正态过程。 5.设()X t 是不含周期分量的零均值平稳随机过程，其自相关函数为()X R τ，从物 理概念上理解，有lim ()0X R ττ→∞ =。 6. 对于线性系统，假设输入为非平稳随机过程，则不能用频谱法来分析系统输出随机过程的统计特性。 7. 若随机过程X (t )满足，与t 无关，则X (t )是广义平稳（宽平稳）过程。 8. 随机过程的方差表示消耗在单位电阻上瞬时功率的统计平均值。 9. 广义循环平稳的随机过程本身也是一种广义平稳的随机过程。 10. 高斯白噪声经过匹配滤波器后仍然为高斯白噪声。 二．选择填空 1．对于联合平稳随机过程()X t 和()Y t 的互相关函数()XY R τ，以下关系正确的是 （1）。 （1）A ．()()XY XY R R ττ-= B.()-()XY YX R R ττ-=
C.)()(ττYX XY R R =- D.)()(ττXY XY R R -=- 2.随机过程X(t)的自相关函数满足1212(,)()()0X X X R t t m t m t =≠，则可以断定1()X t 和2()X t 之间的关系是（2）。 （2）A.相互独立B.相关C.不相关D.正交 3．两个不相关的高斯随机过程)(t X 和)(t Y ，均值分别为X m 和Y m ，方差分别为2X σ和2Y σ，则) (t X 和)(t Y 的联合概率密度为（3）。 （3）A ．2222()()(,)22X Y X Y x m y m f x y σσ????--??=-+?????????? B.2222()()1 (,)exp 222X Y X Y X Y x m y m f x y πσσσσ????--??=-+?????????? C.2222()()(,)2()X Y X Y x m y m f x y σσ??-+-=-??+?? D.2222()()1 (,)exp 22()X Y X Y X Y x m y m f x y πσσσσ??-+-=-??+?? 4.设()sin()()c X t A t n t ω=+，其中()()cos()()sin()c c s c n t n t t n t t ωω=-是零均值平稳窄带高斯噪声，A 是不等于0的常数，则()X t 的包络服从（4），()X t 的复包络服从（5）。 （4）A.莱斯分布B.瑞利分布C.高斯分布D.均匀分布 （5）A.莱斯分布B.瑞利分布C.高斯分布D.均匀分布 5.设()N t 是平稳随机过程，其功率谱密度为()N G ω，定义()0()()sin X t N t t ωθ=+，θ在0到2π之间均匀分布，则()X t 的平均功率谱密度为（6）。
数字信号处理软件实验 MATLAB 仿真 2015年12月16日
实验一：数字信号的 FFT 分析 ● 实验目的 通过本次实验，应该掌握： (a) 用傅立叶变换进行信号分析时基本参数的选择。 (b) 经过离散时间傅立叶变换（DTFT ）和有限长度离散傅立叶变换（DFT ）后信号频谱上的区别，前者 DTFT 时间域是离散信号，频率域还是连续的，而 DFT 在两个域中都是离散的。 (c) 离散傅立叶变换的基本原理、特性，以及经典的快速算法（基2时间抽选法），体会快速算法的效率。 (d) 获得一个高密度频谱和高分辨率频谱的概念和方法，建立频率分辨率和时间分辨率的概念，为将来进一步进行时频分析（例如小波）的学习和研究打下基础。 (e) 建立 DFT 从整体上可看成是由窄带相邻滤波器组成的滤波器组的概念，此概念的一个典型应用是数字音频压缩中的分析滤波器，例如 DVD AC3 和MPEG Audio 。 ● 实验内容及要求 ? 离散信号的频谱分析 设信号 此信号的0.3pi 和 0.302pi 两根谱线相距很近，谱线 0.45pi 的幅度很小，请选择合适的序列长度 N 和窗函数，用 DFT 分析其频谱，要求得到清楚的三根谱线。 ? DTMF 信号频谱分析 用计算机声卡采用一段通信系统中电话双音多频（DTMF ）拨号数字 0～9的数据，采用快速傅立叶变换（FFT ）分析这10个号码DTMF 拨号时的频谱。 00010450303024().*cos(.)sin(.)cos(.)x n n n n ππππ=+--
●MATLAB代码及结果 ?离散信号的频谱分析 clf; close all; N=1000; n=1:1:N; x=0.001*cos(0.45*n*pi)+sin(0.3*n*pi)-cos(0.302*n*pi-pi/4); y=fft(x,N); mag=abs(y); w=2*pi/N*[0:1:N-1]; stem(w/pi,mag); axis([0.25 0.5 0 2]); xlabel('频率'); ylabel('X(k)'); grid on;
第三章习题答案 3.1 （1）非周期 （2）N=1 （3）N=10 （4）N=4 （5）N=20 3.2 02s f f ωπ =，1s s f T = （1）0153,2f ωπ== ；0.3s T =，05 f π = （2）010,25f ωπ==；0.3s T =，050 3 f = （3）0,0.55f πω==；0.3s T =，01 3 f = （4）03.5,8.75f ωπ==；0.3s T =，035 6 f = （5） ()() ()(){ } 0.20.2 1 0.20.2 0.20.2(0.2)(0.2) 1 c o s (0.2)() 2130.6c o s (0.2)() 1.8()0.6() 211.8 0.6()0. 6() 2110.910.610.6j n j n n n j n j n n n j n j n j j n e e F n u n F e e u n F e u n F e u n e e ππππππωπωπππ-+-----+=+?? ??-=-?+-??? ?? ? ????=-?-+-? ??? ?? =-+ ?++?? 3.3 function [X]=myDTFT(x, n, w) % 计算DTFT % [X]=myDTFT(x, n, w) %X=输出的DTFT 数组 %x=输入的有限长序列 %n=样本位置行向量 %w=频率点位置行向量 X=x*exp(-j*n ’*w) 3.4 (1) 7 ()10.3j j X e e ω ω -= - （2）20.51 ()(10.5)10.5j j j j e X e e e ωω ωω ---=--- （3）2()0.80.1610.4j j j e X e e ω ω ω --=??-
∞ ∑ 3.3 x %1(n) = x (n + 8r) 说明x%1(n)的周期是8 r=?∞ 2π ? j π kn N ?1 7 7 ? j kn = e ∴X% 1(k) = x %1(n)W Nkn = e ∑ ∑ ∑ 8 4 n=0 n=0 n=0 ? j π 0×n 7 X 1(0) = e ∑ 4 = 3 n=0 ? j π n 7 X 1(1) = e ∑ 4 = (1+ 2 / 2) (1? j ) n=0 ? j π 2n ? j π 3n 7 X 1(2) = e 7 = ? j ;X 1(3) = e ∑ ∑ 4 4 = (1? 2 / 2) (1+ j ) n=0 n=0 ? j π 4n ? j π 5n 7 X 1(4) = e 7 =1;X 1(5) = e ∑ ∑ 4 4 =(1? 2 / 2) (1? j ) = (1+ 2 / 2) (1+ j ) n=0 n=0 ? j π 6n ? j π 7n 7 X 1(6) = e 7 = j ;X 1(7) = e ∑ ∑ 4 4 n=0 n=0
3.6 解：(1)x(n) =δ(n ) N ?1 根据定义有：X(k) = x (n)W = δ(n )W Nkn =1 N ?1 ∑ ∑ kn N n=0 n=0 (2)x (n) =δ(n ?n 0),0 < n 0 < N N ?1 X (k ) = x (n)W = δ (n ? n 0)W N kn =W N kn N ?1 ∑ ∑ kn 0< n 0 < N 0 N n=0 n=0 (3)x (n) = a n 0 < n < N ?1 1?(a W N k )N 1?a N 1?(a W N k ) 1?aW N k N ?1 X (k ) = x (n)W N kn = ∑ = n=0
2011级数字信号处理实验报告 实验名称：实验一数字信号的产生和基本运算 1．实验要求 因为现实世界里存在的是模拟信号，因此数字信号处理的第一个问题是将信号离散化，得到一个数字信号，然后再进行数字处理。 (1) 常用数字信号序列的产生： 熟悉Matlab 产生数字信号的基本命令，加深对数字信号概念的理解，并能够用Matlab 产生和绘制出一些常用离散信号序列。请用Matlab 画出下列序列的波形（-10 数字信号处理期末复习题 一、填空题 1.数字频率ω与模拟角频率Ω之间的关系为 。 2.理想采样信号的频谱是原模拟信号的频率沿频率轴，每间隔 重复出现一次，并叠加形成的周期函数。 3.序列)(n x 的共轭对称部分)(n x e 对应着)(ωj e X 的 部分。 4.长度为N 的有限长序列)(n x 的M 点离散傅里叶变换的周期为 。 5.对实信号进行谱分析，要求谱分辨率Hz F 10≤，信号最高频率kHz f c 5.2=，则最小记录时间=min p T ，最少的采样点数=min N 。 6.在DIT-FFT 算法分解过程中，有16点的复数序列，可进行4级蝶形运算，则4级运算总的复数乘法次数为 。 7.如果序列)(n x 的长度为M ，则只有当频率采样点数N 满足 条件时，才可有频率采样)(k X 恢复原序列)(n x ，否则产生时域混叠现象。 8.设)(*n x 是)(n x 的复共轭序列，长度为N ，N n x DFT k X )]([)(=，则=N n x D F T )]([* 。 9.线性相位FIR 滤波器，若)1()(---=n N h n h ，N 为奇数的情况下，只能实现 滤波器。 10.给定序列()14j n x n e π??- ???=，试判断此序列是否为周期序列 ；若为周期序列，请给出此序列的最小正周期 ，若为非周期序列，请列写判别原 因 。（后面两个填空只需填一个）。 11.已知调幅信号的载波频率为1kHz ，调制信号频率100m f Hz =，则最小记录时间为 ，最低采样频率 。 12.系统差分方程为()()()21y n x n x n =++ ，其中()x n 和()y n 分别表示系统输入和输出，判断此系统（是，非）线性系统，（是，非）时不变系统，（是，非）因果系统，（是，不是）稳定系统。（划线部分是正确答案）。 13.周期信号()()0sin x n n ω= ，其中02π为有理数，其用欧拉公式展开后表达式为 ，其傅里叶变换为 。 14.序列()2n u n -的Z 变换表达式为 ，收敛域为 。 15.连续信号()a x t 是带限信号，最高截止频率为c f ，若采样角频率2s c f f < 会造成采样信号中的 现象。而序列()x n 的长度为M ，则只有当频域采样点数N M ≥时，才可由频域采样()X k 恢复原始序列，否则产生 现象。 16.对序列()()4x n R N =进行8点DFT （离散傅里叶变换）后，其幅度谱表达式为 ，相位谱表达式为 。 17.设()x n 是长度为N 的实偶对称序列，即()()x n x N n =-，则()X k 对称；如果()x n 是实奇对称序列，即()()x n x N n =--，则()X k 对称。 18.数字滤波器与模拟滤波器最大的区别为，频响函数()j H e ω是以 为周期的。对线性相位特性的滤波器，一般采用 数字滤波器设计实现。 19.已知FIR 滤波器的单位脉冲响应为：()h n 长度为6N =；()()05 1.5h h ==； 3.4系列的Z 变换与连续信号的拉普拉斯变 换、傅里叶变换的关系 序列的Z 变换与连续信号的拉普拉斯变换、傅里叶变换的关系 拉普拉斯变换 拉普拉斯逆变换 傅里叶变换 傅里叶逆变换 序列x(n)的Z 变换 逆Z 变换 抽样信号的拉普拉斯变换 []?∞ ∞--==dt e t x t x LT s X st a )()()([]? ∞ +∞ --==j j st a dt e t x s X LT t x σσ)()()(1 Ω +=j s σ[]?∞ ∞ -Ω-==Ωdt e t x t x FT j X t j )()()([]?∞ ∞-Ω-Ω Ω=Ω=d e j X j X FT t x t j )()()( 1Ω =j s ()()n n X z x n z ∞ -=-∞ =∑ ,2,1,0,)(21)(1 ±±==?-n dz z z X j n x c n π()()()()()∑∑? ?∑?∞ -∞ =-∞ -∞=∞ ∞ --∞ ∞--∞ -∞=∞∞ --∧ ∧∧ = -=-==??????=n nsT a n st a st n a st a a a e nT x dt e nT t nT x dt e nT t nT x dt e t x t x LT s X δδ)()()( 抽样序列的z 变换为 3.4.1拉氏变换与Z 变换变换的关系就是复变量s 平面到复变量z 平面的映射： 令 s=σ+j Ω, z=re j ω 得到： re j ω =e (σ+j Ω)T =e σT e j ΩT , 因而 r=e σT ， ω=ΩT 3.4.2 ω= ΩT Ω=0 、π/T 、3π/T 、 Ω0与ω的对应关系 Ω变化时与ω的对应关系 s 平面到z 平面的映射是多值映射。 （傅里叶变换是拉普拉斯变换在虚轴的特例，即s ＝j Ω，因而映射 到z 平面上为单位圆，代入 抽样序列的z 变换 sT e z =()[]()∑∞ -∞ =-= =n n z n x n x ZT z X ) (()e ?() (e )(2.89) sT sT a z X z X X s === 数字信号处理(方勇)第三章习题答案 3－1 画出) 5.01)(25.01() 264.524.14)(379.02()(2 1 1 211------+--+--=z z z z z z z H 级联型网络 结构。 解： 2 3－2 画出112112(23)(465) ()(17)(18) z z z H z z z z --------+= --+级联型网络结构。 解： () x n () y n 24 3－3 已知某三阶数字滤波器的系统函数为 12 11252333()111(1)(1) 322 z z H z z z z -----++= -++，试画出其并联型网 络结构。 解：将系统函数()H z 表达为实系数一阶，二阶子 系统之和，即： ()H z 1 1122111111322 z z z z ----+= +-++ 由上式可以画出并联型结构如题3-3图所示： ) 题3-3图 3－4 已知一FIR 滤波器的系统函数为 121()(10.70.5)(12) H z z z z ---=-++，画出该FIR 滤波器 的线性相位结构。 解： 因为1 21123()(10.70.5)(12)1 1.30.9H z z z z z z z ------=-++=+-+， 所 以由第二类线性相位结构画出该滤波器的线性相位结构，如题3-4图所示： () x n 1-1 -1 z - 题3-4图 3－5 已知一个FIR 系统的转移函数为： 12345()1 1.25 2.75 2.75 1.23H z z z z z z -----=+--++ 求用级联形式实现的结构流图并用 MATLAB 画出其零点分布及其频率响应曲线。 解： 由转移函数可知，6=N ，且)(n h 偶对称，故 为线性相位系统，共有5个零点，为5阶系统，因而必存在一个一阶系统，即1±=z 为系统的零点。而最高阶5 -z 的系数为+1，所 以1-=z 为其零点。)(z H 中包含1 1-+z 项。所以： 11()()(1)H z H z z -=+。 1() H z 为一四阶子系统，设 《数字信号处理》Matlab 实验 一．离散信号的 FFT 分析 知识点：利用FFT 对信号频谱进行分析，用DFT 进行信号分析时基本参数的选择，以及信号经过离散时间傅立叶变换（DTFT ）和有限长度离散傅立叶变换（DFT ）后信号频谱上的区别。 实验教学内容： 1.用Matlab 编程上机练习。已知： N=25。这里Q=0.9+j0.3。可以推导出 ， 首先根据这个式子计算X(k)的理论值，然后计算输入序列x(n)的32个值，再利用基2时间抽选的FFT 算法，计算x(n)的DFT X(k)，与X(k)的理论值比较（要求计算结果最少6位有效数字）。 解: format long Q=0.9+0.3i; WN=exp(-2*pi*1i/32); Xk=(1-Q^32)./(1-Q*WN.^[0:24]); xn=Q.^[0:24]; Xkfft=fft(xn,32); for (k0=1:1:25) difference=Xk(k0)-Xkfft(k0); end; subplot(3,1,1);stem(abs(Xk(1:1:24)),'.');title('DFT x(n)');xlabel('k');axis([0,35,0,15]); subplot(3,1,2);stem(abs(Xkfft(1:1:32)),'g.');title('FFT x(n)');xlabel('k');axis([0,35,0,15]); subplot(3,1,3);stem(abs(difference(1:1:25)),'r.');title('Xk-Xkfft');xlabel('k');axis([0,35,0,15]); 0n N-1 ()0 n 0, n N n Q x n ?≤≤=? <≥?11,011)()()(k k 1 nk 1 -=--===∑∑-=-=N k QW Q QW W n x k X N N n N N n N N n ， 第三章习题 1. Consider a Wiener filtering problem characterized by the following values for the correlation matrix R of the tap-input vector x (n) and cross-correlation vector p between x (n) and the desired response d(n): ?? ????=??????=25.05.015.05.01P R (a) Suggest a suitable value for the step-size parameter μ that would ensure convergence of the method of steepest descent, based on the given value for matrix R . (b) Using the value proposed in part (a), determine the recursions for computing the elements )(1n w and )(2n w of the tap-weight vector w (n). For this computation, you may assume the initial values 0)0()0(21==w w . (c) Investigate the effect of varying the step-size parameter μ on the trajectory of the tap-weight vector w (n) as a varies from zero to infinity. 2. The error performance of a real-valued filter, using a single tap weight w , is defined by ,))(0(20min w w r J J -+= where r(0) is the autocorrelation function of the tap input x (n) for zero lag, min J is the minimum mean-square error, and o w is the Wiener solution for the optimum value of the tap weight w . (a) Determine the bounds on the step-size parameter μof the steepest-descent algorithm used to recursively compute the optimum solution o w . (b) Plot the curve for cost function of the filter. 3. Continuing with Problem 2, do the following: (a) Formulate the learning curve of the filter in the terms of its only 实验一：数字信号的产生和基本运算 (1) 常用数字信号序列的产生： 熟悉Matlab产生数字信号的基本命令，加深对数字信号概念的理解，并能够用Matlab 产生和绘制出一些常用离散信号序列。请用Matlab画出下列序列的波形（-10 b)利用.m文件 M文件代码： function[x,n]=u(n0,n1,n2) if((n0 1. 利用DFT 矩阵计算序列()(0,1,2,3)x n =的4点DFT 。 解：4111111111111j j W j j ???? --? ?=--????--?? 6111102211121111222113j j j j j j ???????????? -+--? ?????∴=---????????????----?????? 2. 利用上述序列4点DFT 结果和频域内插公式计算该序列在频点 28 π 处的DTFT 结果；直接利用DFT 计算上述序列在 28 π 处DTFT 结果。 解：121 ) 20 2sin ()1 2()()12sin ()2 N k N j j N k N k N X e X k e k N N πωω πωπω----=??- ? ??= ??- ? ??∑ 23223()8284 0338888 422sin ()1284()()1224sin ()28411111(0)(1)+(2)+(3) 334sin sin sin sin 88881)k j j k j j j j k X e X k e k X e X e X e X e j πππππππππππππππ--=--?? - ???∴=?? - ? ?? ?? ??=+???????????? ? ? ? ?????????????=∑ 另， 2217 8 8 80 ()(1)()n j j n X e X x n e ππ?-===∑ 3 424 8 (1)123 33 cos sin2cos sin3cos sin 442244 33 cos3cos sin2sin3sin 44424 1) j j j X e e e j j j j j πππ ππππππ πππππ --- ∴=?+?+? ?????? =-+-+- ? ? ? ?????? ???? =+-++ ? ? ???? = 3.以2400Hz为采样频率对一模拟信号进行采样，得到序列()(1,1,1,1,1,1) x n=；已知序列 DTFT结果在频点 2 π 5400Hz处的幅度；另，对序列作8点DFT，求(2) X。 解： 5400 5400 2 54009 2 24002 ()() Hz Hz j j T X e X e π ? ? ?ππ =Ω ∴== ∴= 所以，采样信号在5400Hz 另， 6 422 752 882 8 002 12 (2)()()1 1 1 j n n j j j j n n e X X e x n e e j j e π πππ- ? -- - == - ======- + - ∑∑ 4.一FIR数字滤波器，其传递函数为123 ()10.50.40.4 H z z z z --- =+++；利用DFT求该系统在0.8π处的频率响应。 解： 其单位冲激响应为： ()(1,0.5,0.4,0.4) h n=； 而 5 (2) X为所需结果，计算如下： 数字信号处理第三章作业 1．(第三章习题3)在图P3-2中表示了两个周期都为6的周期性序列，确定这个两个序列的周期卷积的结果3()x n ，并画出草图。 2．(第三章习题5)如果()x n 是一个具有周期为N 的周期性序列，它也是具有周期为2N 的周期性序列。令~1()X k 表示当()x n 看做是具有周期为N 的周期性序列的DFS 系数。而~2()X k 表示当()x n 看作是具有周期为2N 的周期性序列的DFS 系数。当然~1()X k 是具有周期为N 的周期性序列，而~2()X k 是具有周期为2N 的周期性序列，试根据~1()X k 确定~2()X k 。 3．(第三章习题6) （a ）试证明下面列出的周期性序列离散傅里叶级数的对称特性。在证明中，可以利用离散傅里叶级数的定义及任何前面的性质，例如在证明性质③时可以利用性质①和②。 序列 离散傅里叶级数 ① *()x n ~*()X k - ②*()x n - ~*()X k ③Re ()x n ???? ~ e ()X k ④Im ()j x n ???? ~()o X k （b ）根据已在（a ）部分证明的性质，证明对于实数周期序列()x n ，离散傅里叶级数的下列对称性质成立。 ①~~Re ()Re ()X k X k ????=-???????? ②~~Im ()Im ()X k X k ????=--???????? ③~~()()X k X k =- ④~~arg ()arg ()X k X k ????=--???????? 4．(第三章习题7)求下列序列的DFT (a) {}11 1-，，，-1 (b) {}1 j 1j -，，，- (c) ()cn 0n 1x n N =≤≤-， (d) 2n ()sin 0n 1x n N N π??=≤≤- ??? ， 5．(第三章习题8)计算下列各有限长序列的离散傅立叶变换（假设长度为N ） 1 0)()(0) ()()() ()()(00-≤≤=<<-==N n a n x c N n n n n x b n n x a n δδ 6．(第三章习题9)在图P3-4中表示了一有限长序列)(n x ，画出序列)(1n x 和)(2n x 的草图。（注意：)(1n x 是)(n x 圆周移位两个点） )())(()() ())2(()(442441n R n x n x n R n x n x -=-= 3－1 画出) 5.01)(25.01() 264.524.14)(379.02()(2 1 1 211------+--+--=z z z z z z z H 级联型网络结构。 解： 24 3－2 画出112112(23)(465) ()(17)(18) z z z H z z z z --------+=--+级联型网络结构。 解： () x n () y n 24 3－3 已知某三阶数字滤波器的系统函数为12 11252333()111(1)(1) 322 z z H z z z z -----++=-++，试画出其并联型网络结构。 解：将系统函数()H z 表达为实系数一阶，二阶子系统之和，即： ()H z 1 1122111111322 z z z z ----+= +-++ 由上式可以画出并联型结构如题3-3图所示： ) 题3-3图 3－4 已知一FIR 滤波器的系统函数为1 21()(10.70.5)(12)H z z z z ---=-++，画出该FIR 滤波器的线性相位结构。 解： 因为1 21123()(10.70.5)(12)1 1.30.9H z z z z z z z ------=-++=+-+，所以由第二类 线性相位结构画出该滤波器的线性相位结构，如题3-4图所示： () x n 1-1 -1 z - 题3-4图 3－5 已知一个FIR 系统的转移函数为： 12345()1 1.25 2.75 2.75 1.23H z z z z z z -----=+--++ 求用级联形式实现的结构流图并用MATLAB 画出其零点分布及其频率响应曲线。 解： 由转移函数可知，6=N ，且)(n h 偶对称，故为线性相位系统，共有5个零点，为5 阶系统，因而必存在一个一阶系统，即1±=z 为系统的零点。而最高阶5 -z 的系数为 +1，所以1-=z 为其零点。)(z H 中包含1 1-+z 项。所以：11()()(1)H z H z z -=+。 1()H z 为一四阶子系统，设1 2341()1H z bz cz bz z ----=++++，代入等式，两边相 等求得1 2341()10.2530.25H z z z z z ----=+-++，得出系统全部零点，如图3-5（b ） 一、 信号的取样和内插 知识点： ● 连续时间信号离散后的频谱特点 ● Nyquist 取样定理的理解和掌握 ● 理想内插的时域和频域信号特点，了解非理想内插的几个函数 1)考虑两个正弦波信号: 1()cos(6)g t t p =和2()cos(14)g t t p =; 以 Ω= 20πrad/sec 对此信号进行离散化；然后使用截止频率为 ΩT = 10πrad/sec 的理想低通 滤波器恢复得到模拟信号如下 g 1(t), g 2(t)；请给出对应的模拟信号。 解： g 1(t) 满足 Nyquist 抽样定理，无信号的混叠。 g 2(t)不满足 Nyquist 抽样定理，发生 信号的混叠。恢复的模拟信号如下: 1122 ()cos(6)()cos(6)()cos(14)()cos(6)g t t g t t g t t g t t p p p p =-->==-->=%% 2）设有模拟信号)(1t x a =300)2000sin(t ?π，=)(2t x a 300)5000cos(t ?π，用抽样s f =3000样值/秒分别对其进行抽样，则)()(11s a nT x n x =，)()(22s a nT x n x =的周期分别为多少? 解：1N = 3 ，2N = 6 。 3）已知三角形脉冲的频谱见下图，大致画出三角形脉冲被冲激抽样后信号的频谱（抽样间隔为，令 分析： 频谱为的信号被冲激信号抽样后，所得的抽样信号的频谱 其中为抽样频率，为抽样时间间隔，,此题中，，则. 解： 如图所示，三角脉冲信号的频谱 第一零点值 抽样信号的频谱大致如下图所示： 4）若连续信号的频谱是带状的（），如题图所示。利用卷积定理说明当 时，最低抽样率只要等于就可以使抽样信号不产生频谱混叠。 解： 对连续信号进行冲激抽样，所得的抽样信号 （T为抽样间隔） 由卷积定理 1、信号的取样和内插 知识点： 连续时间信号离散后的频谱特点 Nyquist取样定理的理解和掌握 理想内插的时域和频域信号特点，了解非理想内插的几个函数 1. 考虑两个余弦波信号: 和; 以分别对g1(t)、g2(t)采样，然后使用截止频率为的理想低通滤波器实施内插；给出内插后的模拟信号。 2．设有模拟信号=300，300，用抽样=3000样值/秒分别对其进行抽样，则，的周期分别为多少? 3．已知三角形脉冲的频谱见下图，大致画出三角形脉冲被冲激抽样后信号的频谱（抽样间隔为 ，令 4．若连续信号 的频谱 是带状的（ ），如题图所示。利用卷积定理说明当 时，最低抽样率只要等于 就可以使抽样信号不产生频谱混叠。 5．内插或以整数因子N增采样的过程可以看成两种运算的级联。第一个系统（系统A）相当于在x[n]的每个序列值之间插入（N-1）个零序列值，因而 对于准确的带限内插， 是一个理想的低通滤波器。 （1）确定系统A是否是线性的。 （2）确定系统A是否是时不变的。 （3）若 如图所示，且N=3，画出 。 二、离散系统及其普遍关系 知识点： 掌握离散系统的线性，时变，稳定和因果的判断方法； 理解单位脉冲响应对应的稳定和因果的判断方法； 掌握线性时不变系统的离散卷积计算方法。 6. 试判断下列系统是否线性？是否时不变？是否稳定？是否因果？ 7.试判断下列系统是否线性？是否时不变？是否稳定？是否因果？ 8.设某线性时不变系统，其单位抽样响应为 试讨论该系统的因果性和稳定性。 9.常系数线性差分方程为 边界条件为，试说明它是否是线性时不变系统。 10.设 试画出，其中。 三、离散时间信号的傅里叶变换及性质 知识点： 连续采样信号傅里叶变换与离散时域信号傅里叶变换的关系 利用DTFT的定义及性质求DTFT 离散时间信号截断后傅里叶变换 离散时间信号的内插与抽取 考察点：DTFT性质 11.设信号的傅里叶变换为，利用傅里叶变换的定义或性质，求下列序列的傅里叶变换 （1）（2）（3）（4）（5） （6） 12.如图所示序列，设其DTFT为，试利用DTFT的物理含义及性质，完成以下运算 （1）（2）（3） （4）确定并画出傅里叶变换为的时间序列 （5）（6） 3-2 (a) Sketch the naturally sampled PAM waveform that results from sampling a 1-kHz sine wave at a 4-kHz rate. (b) Repeat part (a) for the case of a flat-topped PAM waveform. Solution: 3-4 (a)Show that an analog output waveform (which is proportional to the original input analog waveform) may be recovered from a naturally sampled PAM waveform by using the demodulation technique showed in Fig.3-4. (b) Find the constant of proportionality C, that is obtained with this demodulation technique , where w(t) is the oriqinal waveform and Cw(t) is the recovered waveform. Note that C is a function of n ,where the oscillator frequency is nfs. Solution: ()()()()()()1 111sin sin 2cos sin 2cos cos sin [cos 2cos cos sin 2cos s s jk t s k k k jk t s k k s s k s s s s s k n k t kT s t c e k d k d d e d d k t k d k d k d w t w t d d k t k d v t w t n t k d w t d n t n d d d k t n t n k d d ωωτππωπππωπωππωππωω∞ ∞ -=-∞ =-∞ ∞ ∞ -=-∞ =∞ =∞ =≠-?? =∏=?? ??==+?? =+?? ?? ==++∑∑ ∑ ∑ ∑∑ 2 ] s n t ω数字信号处理期末复习题
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