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数字信号处理课后习题答案-第六章习题与答案

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数字信号处理教程课后习题及答案

数字信号处理教程课后习题及答案
试判断系统是否是线性的?是否是移不变的?
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(吴镇扬)课后习题答案(比较详细的解答过程)chap6

数字信号处理(吴镇扬)课后习题答案(比较详细的解答过程)chap6
第六章 多采样率信号处理
至今， 至今，我们讨论的信号处理的各种理论与算法 视为恒定值， 都是把抽样频率 f s 视为恒定值，即在一个数字系 统中只有一个采样率。 统中只有一个采样率。 在实际数字信号处理系统中， 在实际数字信号处理系统中，经常会遇到采样 率转换问题。 率转换问题 。 或者要求一个数字系统能工作在 多采样率”状态， “多采样率”状态，或者要求其将采样信号转换 为新的采样率下工作。 为新的采样率下工作。
6.2 信号的插值
如果将 x(n) 的抽样频率 f s 增加 L 倍， w(n), w(n) 即 得 的插值，用符号↑ 表示。插值的方法很多， 是对 x(n) 的插值，用符号↑L 表示。插值的方法很多， 一个简单的方法就是信号抽取的逆处理过程。 一个简单的方法就是信号抽取的逆处理过程。 回想信号抽取前后的傅立叶变换关系
而 X 1 (e ) =
jω n = −∞
∞
∑ x ( n ) p ( n)e
− jωn
1 M −1 j 2πnk / M − jωn = ∑ [ x ( n) ]e ∑e n = −∞ M k =0 1 M −1 = X (e j (ω − 2πk / M ) ) (6.3b (6.3b) ∑ M k =0
信号抽取示意图，M=3， 图6.1.1 信号抽取示意图，M=3，横坐标为抽样点数 原信号； 中间信号； （a）原信号；（b）中间信号；（c）抽取后的信号
显然
X ′(e ) = ∑ x′(n)e
jω n = −∞ ∞ n = −∞ ∞
∞
− j ωn
= ∑ x( Mn)e
n = −∞
∞
− j ωn
= ∑ x1 ( Mn)e − jωn = X 1 (e jω / M ) (6.3a) (6.3a

数字信号处理第三版 教材第六章习题解答

数字信号处理第三版 教材第六章习题解答

6.2 教材第六章习题解答1. 设计一个巴特沃斯低通滤波器，要求通带截止频率6p f kHz =，通带最大衰减3p a dB =，阻带截止频率12s f kHz =，阻带最小衰减3s a dB =。

求出滤波器归一化传输函数()a H p 以及实际的()a H s 。

解：（1）求阶数N 。

lg lg sp spk N λ=-0.10.30.1 2.51011010.0562101101p s asp a k --==≈--332121022610s sp p πλπΩ⨯⨯===Ω⨯⨯将sp k 和sp λ值代入N 的计算公式得lg 0.05624.15lg 2N =-=所以取N=5（实际应用中，根据具体要求，也可能取N=4，指标稍微差一点，但阶数低一阶，使系统实现电路得到简化。

） （2）求归一化系统函数()a H p ，由阶数N=5直接查表得到5阶巴特沃斯归一化低通滤波器系统函数()a H p 为54321() 3.2361 5.2361 5.2361 3.23611a H p p p p p p =+++++或 221()(0.6181)( 1.6181)(1)a H p p p p p p =+++++ 当然，也可以按（6.12）式计算出极点:121()22,0,1,2,3,4k j Nk p ek π++==按（6.11）式写出()a H p 表达式41()()a k k H p p p ==-代入k p 值并进行分母展开得到与查表相同的结果。

（3）去归一化（即LP-LP 频率变换），由归一化系统函数()a H p 得到实际滤波器系统函数()a H s 。

由于本题中3p a dB =，即32610/c p rad s πΩ=Ω=⨯⨯，因此()()a a cH s H p s p ==Ω5542332453.2361 5.2361 5.2361 3.2361c c c cc cs s ss s Ω=+Ω+Ω+Ω+Ω+Ω对分母因式形式，则有()()a a cH s H p s p ==Ω52222(0.6180)( 1.6180)()c c c c cc s s s s s Ω=+Ω-Ω+Ω-Ω+Ω如上结果中，c Ω的值未代入相乘，这样使读者能清楚地看到去归一化后，3dB 截止频率对归一化系统函数的改变作用。

数字信号处理_刘顺兰 第6章 完整版习题解答

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

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 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课件

数字信号处理课后答案课件
傅里叶变换具有线性、对称性、时移性、频移性等性质，这些性质 在信号处理中具有重要应用。
傅里叶变换的性质
线性性质
若离散信号x(n)和y(n)的 傅里叶变换分别为 X(e^jωn)和Y(e^jωn)， 则对于任意实数a和b，有 aX(e^jωn) + bY(e^jωn) 的傅里叶变换等于 aX(e^jωn)和bY(e^jωn) 的傅里叶变换之和。
从而实现信号的分离、抑制或提 取。
滤波器分类
根据不同的特性，滤波器可分为 低通、高通、带通和带阻滤波器，
每种滤波器都有各自的应用场景 和特点。
滤波器原理
滤波器的原理是基于频率响应， 即不同频率的信号经过滤波器后， 其幅度和相位会发生不同的变化。
IIR滤波器设计
IIR滤波器概述
IIR滤波器设计方法
IIR滤波器稳定性
在设计IIR滤波器时，需要考虑其稳定 性。如果系统函数的极点位于单位圆 外，则系统不稳定，可能会导致无穷 大的输出。因此，在设计过程中需要 进行稳定性分析。
FIR滤波器设计
FIR滤波器概述
FIR（Finite Impulse Response）滤 波器是一种具有有限冲击响应的数字 滤波器，其系统函数可以表示为有限 项之和。
插值法
对于非周期性的连续时间信号，可以通过插值法得到离散时间信号。常用的插值方法包括 线性插值、多项式插值、样条插值等。
傅里叶变换法
对于任何连续时间信号，可以通过傅里叶变换将其转换为频域表示形式，然后对频域表示 形式进行采样，得到离散时间信号。再通过逆傅里叶变换将其转换回时域表示形式。
05 第五章 信号的分 析与合成
抽样定理的充分性
对于任何连续时间信号，如果其最高频率分量小于等于fmax，则可 以通过其抽样信号无失真地重建出原信号。

数字信号处理课后答案+第6章(高西全丁美玉第三版)

数字信号处理课后答案+第6章(高西全丁美玉第三版)
式中 Ωc=2πfc=2π×20×103=4π×104 rad/s
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

数字信号处理第六章 习题及参考答案

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。

数字信号处理 刘顺兰 第 章 完整版习题解答

数字信号处理 刘顺兰 第 章 完整版习题解答

故此时由 P125 表 3-1 可知，要设计的滤波器属第一类线性相位滤波器， H (w) 关于
0, , 2 偶对称，故 H d (e jw ) 可扩展为：
Hd
(e j )

e

j
(
0
) , ,

c 0

c c, c



2
则
N2n1)}RN
(n)
6.6 用矩形窗设计一个线性相位高通滤波器
H
d
(e
j
)

e
j (
0
) , ,
c 0 c
(1) 求出 h(n) 的表达式，确定 与 N 的关系。
6
(2) 问有几种类型，分别是属于哪一种线性相位滤波器。
(3) 若改用升余弦窗（汉宁窗）设计，求出 h(n) 的表达式。
6.2
设系统的单位脉冲响应为
h(n)

1, 0,
0n2
，计算并画出其频率响应。
其它
2
解 h(n) 为偶对称且长度 N 3 ，因此，这是第一种类型的线性相位 FIR 数字滤波器。
其系统的频率响应为

H (e j ) h(n)e jn
n
2
e jn
n0

1 e j3 1 e j
n0
6.4 一个具有广义线性相位的 FIR 滤波器具有如下性质：
（1） h(n) 是实的，且 n 0 和 n 5 时 h(n) =0 。
4
5
（2） (1)n h(n) 0 。 n0
（3）在 z 0.7e j / 4 处 H (z) 等于零。

数字信号处理课后答案第6章

数字信号处理课后答案第6章

A2 s1
比较分子各项系数可知， A1、 A2应满足方程：
A1A1s2A2
1 A2 s1
a
解之得， A1=1/2， A2=1/2， 所以
Ha
(s)
s
1/ 2 (a
jb)
s
1/ 2 (a
jb)
套用教材（6.3.4）式， 得到
H (z)
2
Ak
k 1 1 es k T z 1
1/ 2 1 e(a jb)T z 1
2． 设计一个切比雪夫低通滤波器， 要求通带截止频率 fp=3 kHz，通带最大衰减αp=0.2 dB，阻带截止频率fs=12 kHz, 阻带最小衰减αs=50 dB。 求出滤波器归一化系统函数G(p)和实 际的Ha(s)。
解: （1） 确定滤波器技术指标。 αp=0.2 dB, Ωp=2πfp=6π×103 rad/s αs=50 dB, Ωs=2πfs=24π×103 rad/s
fp=20 kHz， 阻带截止频率fs=10 kHz， fp处最大衰减为3 dB，
阻带最小衰减as=15 dB。 求出该高通滤波器的系统函数Ha(s)。
解: (1) 确定高通滤波器技术指标要求：
p=20 kHz, ap=3 dB fs=10 kHz, as=15 dB
(2) 求相应的归一化低通滤波器技术指标要求： 套用图 5.1.5中高通到低通频率转换公式②， λp=1, λs=Ωp/Ωs， 得到
sp
s p
2π 12103 2π 6103
2
将ksp和λsp值代入N的计算公式, 得
N lg17.794 4.15 lg 2
所以取N=5（实际应用中， 根据具体要求， 也可能取N=4， 指标稍微差一点， 但阶数低一阶， 使系统实现电路得到 简化）。

《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。

数字信号处理第六章 习题答案

数字信号处理第六章 习题答案

( )
H ( e jω ) = Ha ( jΩ)
又由 Ω =
ω
T
，则有
5 2 π ΩT + 3, − 2 ΩT + 5 , = π 3 0 2π π − ≤Ω≤ − 3T 3T π 2π ≤ Ω≤ 3T 3T 其他Ω
Ha ( jΩ) = H ( e jω )
ω=ΩT
Ha ( jΩ) = H ( e jω )
各极点满足下式ຫໍສະໝຸດ 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 2 3 2 =− +j 2 2 3 2 3 2 =− −j 2 2
2
=
1−1.1683z−1 + 0.4241z−2
0.064(1+ 2z−1 + z−2 )
5．试导出二阶巴特沃思低通滤波器的系统函数。 设 Ωc = 3rad s 解：由幅度平方函数： H ( jΩ) =
2
1 1+ ( Ω Ωc )
4
令 Ω2 = −s2，则有
Ha ( s) Ha ( −s) =
∴H ( z ) = Ha ( s) s=1−z−1
1+ z−1
=
1 1− z 1− z 1+ z−1 + 1+ z−1 +1
−1 2 −1
(1+ z ) =
3 + z−2
−1 2

数字信号处理课后习题答案-第六章习题与答案

数字信号处理课后习题答案-第六章习题与答案

1．、2． 用冲激响应不变法将以下 )(s H a变换为变换为 )(z H ，抽样周期为T 。

为任意正整数 ,)()( )2()()()1(022n s s As H b a s as s H na a -=+++=分析：①冲激响应不变法满足)()()(nT h t h n h a nTt a===，T 为抽样间隔。

这种变换法必须)(s H a 先用部分分式展开。

②第（②第（22）小题要复习拉普拉斯变换公式1!][+=n n S n t L ,na n t s a S S As H t u n t Ae t h )()()()!1()(010-=⇔-=-，可求出可求出 )()()(kT Th t Th k h a kTt a===，|又 dz z dX z k kx )()(-⇔，则可递推求解。

解: (1)22111()()2a s a H s s a b s a jb s a jb ⎡⎤+==+⎢⎥+++++-⎣⎦[])( 21)()()(t u e e t h tjb a t jb a a --+-+= 由冲激响应不变法可得：由冲激响应不变法可得：由冲激响应不变法可得：[]()()()() ()2a jb nT a jb nT a T h n Th nT e e u n -+--==+ 11011() () 211naT jbT aT jbT n T H z h n z e e z e e z ∞------=⎡⎤==+⎢⎥--⎣⎦∑ 2211cos 21cos 1 ------+--⋅=z e bT z e bT z e T aT aT aT(2) 先引用拉氏变换的结论[]1!+=n n s n t L 可得：可得： n a s s As H )()(0-=))()!1()(10t u n t Ae t h n t s a -=-则 )()!1()()()(10k u n kT Ae T Tk Th k h n kT s a -⋅==- dzz dX zk kx az k u a ZZk )()( , 11)( 1-−→←-−→←-且按)11()()!1( )()!1( )()(111111000--∞=---∞=----=-==∑∑ze dz d z n AT e z k n T TA z k h z H T s n n kkT s n n k k可得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-=-=•••---,3,2)1(1,1)(111000n z e z e AT n z e ATz H n T s T S n T s ，可以递推求得：2. 已知模拟二阶巴特沃思低通滤波器的归一化系统函数为：2'4142136.111)(s s s H a ++=而而3dB 截止频率为50Hz 的模拟滤波器，需将归一化的)('s H a 中的s 变量用502⨯πs 来代替424'108696044.928830.444108696044.9)100()(⨯++⨯==s s s H s H a a π：设系统抽样频率为设系统抽样频率为Hz f s 500=，要求从这一低通模拟滤波器设计一个低通数字滤波器，采用阶跃响应不变法。

数字信号处理第6章_习题解答

数字信号处理第6章_习题解答

第六章 习题解答(部分)［1］解：对采样数字系统，数字频率ω与模拟角频率Ω之间满足线性关系T Ω=ω。

因此，当时，ms T 01.0=TT cc 8πω==Ω，Hz T f c c 6251612==Ω=π 当s T µ5=时， TT c c 8πω==Ω，Hz T f c c 125001612==Ω=π［2］解：的极点为：，)(s H a jb a s +−=1jb a s −−=1将部分分式展开： )(s H a )(21)(21)(jb a s j jb a s js H a +−−−+−−−=所以有1)(1)(121121)(−+−−−−−−+−=z e j z e j z H T jb a T jb a通分并化简整理得：TT T e z bT e z bTe z z H ααα2211cos 21sin )(−−−−−−+−=［3］解：归一化原型低通滤波器与带通滤波器之间的频率变换关系为：B⋅ΩΩ−Ω=Ω22s rad p p /1002210×=ΩΩ=Ωπ，s rad B /2002×=π，dB p 2=δs rad s /80021×=Ωπ，s rad s /124022×=Ωπ，dB s 15=δ因此，归一化原型低通滤波器的通带频率p Ω取1，通带处最小衰减为2dB 。

同理可得归一化原型低通滤波器的阻带频率分别为：9375.31221=ΩΩ−Ω=ΩΩ=Ωs Bs ， 1597.62222=ΩΩ−Ω=ΩΩ=Ωs Bs因此，归一化原型低通滤波器的阻带频率9375.3),min(21=ΩΩ=Ωs s s ，这是因为取较小的频率值，则较大的频率处一定满足衰减要求，阻带处最大衰减为15dB 。

利用巴特沃斯低通滤波器设计归一化原型低通滤波器)(s H 利用归一化原型低通滤波器的指标，得巴特沃斯低通滤波器阶数N444.19372.31lg 2110110lg 5.12.0=⎟⎠⎞⎜⎝⎛⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−≥N 取，查表的归一化巴特沃斯原型低通滤波器的系统函数 2=N 14142.11)(2++=s s s H LP由归一化原型低通滤波器变换到实际模拟带通滤波器22202220222)(4142.1)()()(202B s sB s s B s s H s H Bs s s LP BP +Ω++Ω+==⋅Ω+= ［4］解：（1）用冲激响应不变法① 确定数字滤波器指标rad p 3/πω=，dB p 3=δ rad s 5/4πω=，dB s 15=δ② 将数字滤波器指标转换为相应的模拟滤波器指标。

姚天任现代数字信号处理习题解答第六章

姚天任现代数字信号处理习题解答第六章

习题六1． 解：设最小相位信号为)1)(1()(121101----=z z z z a z A ，其中1||1<z ，1||2<z 。

为简化起见，简记)1)(1()(12111----=z z z z z A ，则最大相位信号为：))(()(1*21*12----=z z z z z A ；混合相位信号为：))(1()(1*2113----=z z z z z A ； )1)(()(121*14----=z z z z z A 。

证明： ■2． 证明：)]()()([),(2121m x x m n x n x E m m R x ++=),()]()()([1212m m R m x x m n x n x E x =++=)]()()(['12'1'1'n x m m n x m n x E m n n -+-=+=),()]()()([12112'1''m m m R m m n x m n x n x E x --=-+-= ),()]()()([1121'12''m m m R m n x m m n x n x E x --=--+=)]()()([2''''21''2121'''m n x n x m m n x E m m n n --+=-+=),()]()()([21221''2''''m m m R m m n x m n x n x E x --=-+-= ),()]()()([2212''21''''m m m R m n x m m n x n x E x --=--+=■3． 证明：)()()(),(21*21w w Y w Y w Y w w B y +=)()()()()()(21*21*2211w w H w w X w H w X w H w X ++= )()()()()()(21*2121*21w w H w H w H w w X w X w X ++= ),(),(w w B w w B h x =由傅立叶变换的性质，将上述双谱的等式进行傅立叶反变换，可导出三阶相关的关系式，即有：),(),(),(212121m m R m m R m m R h x y *=■4． 证明：)]()()([),(2121m x y m n y n y E m m R y ++=)]()()([2'1'''a m n x a m n y a n y E an n -+-+-=-=)]()()([2'1''m n x m n x n x E ++= ),(21m m R x =所以，)(n x 和)(n y 具有相同的谱。

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1．、2．用冲激响应不变法将以下 )(s H a 变换为 )(z H ，抽样周期为T。

为任意正整数 ,)()( )2()()( )1(022n s s As H b a s a s s H na a -=+++=分析：①冲激响应不变法满足)()()(nT h t h n h a nT t a ===，T 为抽样间隔。

这种变换法必须)(s H a 先用部分分式展开。

②第（2）小题要复习拉普拉斯变换公式1!][+=n n S n t L ,n a n t s a S S As H t u n t Ae t h )()()()!1()(010-=⇔-=-，可求出)()()(kT Th t Th k h a kT t a ===，|又dz z dX zk kx )()(-⇔，则可递推求解。

解: (1)22111()()2a s a H s s a b s a jb s a jb ⎡⎤+==+⎢⎥+++++-⎣⎦[])( 21)()()(t u e e t h tjb a t jb a a --+-+=由冲激响应不变法可得：[]()()()() ()2a jb nTa jb nT a T h n Th nT e e u n -+--==+11011() () 211naT jbT aT jbT n T H z h n z e e z e e z ∞------=⎡⎤==+⎢⎥--⎣⎦∑2211cos 21cos 1 ------+--⋅=ze bT z e bT z e T aT aT aT(2) 先引用拉氏变换的结论[]1!+=n n s n t L 可得： na s s As H )()(0-=))()!1()(10t u n t Ae t h n t s a -=-则)()!1()()()(10k u n kT Ae T Tk Th k h n kT s a -⋅==-dzz dX zk kx az k u a ZZk )()(, 11)( 1-−→←-−→←-且按)11()()!1( )()!1( )()(111111000--∞=---∞=----=-==∑∑ze dz d z n AT e z k n T TA z k h z H T s n n k kT s n n k k可得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-=-=•••---,3,2)1(1,1)(111000n z e z e AT n z e AT z H n T s T S n T s ，可以递推求得：2. 已知模拟二阶巴特沃思低通滤波器的归一化系统函数为：2'4142136.111)(s s s H a ++=而3dB 截止频率为50Hz 的模拟滤波器，需将归一化的)('s H a 中的s 变量用502⨯πs来代替424'108696044.928830.444108696044.9)100()(⨯++⨯==s s s H s H a a π ：设系统抽样频率为Hz f s 500=，要求从这一低通模拟滤波器设计一个低通数字滤波器，采用阶跃响应不变法。

分析：阶跃响应不变法，使离散系统的阶跃响应等于连续系统 阶跃响应的等间隔抽样，)()()(nT g t g n g a nT t a ===,由模拟系统函数)(s H a 变换成数字系统函数的关系式为：}]])([{[1)(1nT t a s s H L Z z z z H =--=，还要用到一些变换关系式。

解: 】根据书上公式可得模拟滤波器阶跃响应的拉普拉斯变换为：)(1)(s H s s G a a =)108696044.928830.444(108696044.9424⨯++⨯=s s s22)14415.222()14415.222(14415.222)14415.222(1++++-=s s s由于[]2200)()()(sin Ω++Ω=Ω-a s t u t e L at[]220)()()(cos Ω+++=Ω-a s as t u t e L at[]s t u L 1)(=*故[])()(1s G L t g a a -=u(t) )]} 14415.222cos( ) 14415.222[sin(1{ 14415.222t t e t +-=-则)()(nT g n g a =u(n) )]}T 14415.222cos( )T 14415.222[sin(1{nT 14415.222n n e +-=-利用以下z 变换关系：[])()(z X n x Z =[])()(z e X n x eZ aTnaT=-[]1cos 2sin )()(sin 2+-=aT z z aTz n u naT Z[]1cos 2cos )()(cos 22+--=aT z z aTz z n u naT Z /[]1)(-=z z n u Z且代入a=s f T s 310250011-⨯===可得阶跃响应的z 变换 [])()(n g Z z G =41124070.01580459.130339071.0122+----=z z zz z z)41124070.01580459.1)(1(10784999.014534481.022+--+=z z z z z $由此可得数字低通滤波器的系统函数为：)(1)(z G z z z H -=212141124070.01580459.1110784999.014534481.0----+-+=z z z z3．设有一模拟滤波器 11)(2++=s s s H a抽样周期 T = 2，试用双线性变换法将它转变为数字系统函数)(z H 。

分析：双线性变换法将模拟系统函数的S 平面和离散的系统函数的Z 平面之间是一一对应的关系，消除了频谱的混叠现象，变换关系为1111--+-=z z cs 。

解：由变换公式 1111--+-⋅=zz c s 及 Tc 2= 可得：T = 2时：1111--+-=z z s1111|)()(--+-==∴z z s a s H z H/11111111211+⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=----z z z z2213)1(--++=z z4．要求从二阶巴特沃思模拟滤波器用双线性变换导出一低通数字滤波器，已知3dB 截止频率为100Hz ，系统抽样频率为1kHz 。

解:归一化的二阶巴特沃思滤波器的系统函数为：21() 1.41421361a H s s s ==++ 则将cs s Ω=代入得出截止频率<为c Ω的模拟原型为 1)200(4142136.1)200(1)(2++=ππss s H a18.39478458.88818.3947842++=s s由双线性变换公式可得： 11112|)()(--+-⋅==z z T s a s H z H18.394784)11102(58.888)11102(18.3947841132113++-⋅⨯⨯++-⋅⨯=----z z z z21214241.01683.11)21(064.0----+-++=zz z z…5. 试导出二阶巴特沃思低通滤波器的系统函数（设 s rad c 1=Ω）。

解:幅度平方函数为：42)/(11|)(|c j H ΩΩΩ+=令22s -=Ω，则有4)/(11)()(c a a s s H s H Ω+=-各极点满足下式：：]4122[ππΩ-+=k j c k es ，k=1,2,3,4则k=1,2时，所得的k s 即为)(s H a 的极点：34122j c s ej π=Ω=--542j c s e jπ=Ω=- 由以上两个极点构成的系统函数为3233)( 3 , 1)( 0 323 ))(()( 2020210++====++=--=s s s H k s H s s s k s s s s k s H a a a 所以可得时代入>6. 试导出二阶切贝雪夫低通滤波器的系统函数。

已知通带波纹为2dB ，归一化截止频率为s rad c 1=Ω。

(试用不同于书本的解法解答）解:7647831.05848932.05848932.0 110110 2 2.010211==⇒=-=-==εεδδ则，由于dB因为截止频率为s rad c 2=Ω，则-0.804222)765.01(21)4sin()1(14sin 111=⋅⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⋅⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-=--sh sh sh N sh a c c πεπσΩΩ）（378.1 222)765.01(21)4cos()1(1)4cos(111=⋅⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⋅⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡==--sh ch sh N ch b c c πεπΩΩΩ~0116057.1 7943282.02735362.17943282.011)0( )0(0 22735362.1608.10116057.1 ))(()(378.1804.0 378.1804.02221121=⨯==+====++=--=--==+-=*A H s N s s s s s s As H j s s j s a a 可求得时，有故是偶数，因为则则εΩ7. 已知模拟滤波器有低通、高通、带通、带阻等类型，而实际应用中的数字滤波器有低通、高通、带通、带阻等类型。

则设计各类型数字滤波器可以有哪些方法试画出这些方法的结构表示图并注 明其变换方法。

模拟—模拟 频带变换 数字化 …(a) 先模拟频带变换，再数字化 ~(b) 把(a)的两步合成一步直接设计数字化 数字—数字 频带变换(c) 先数字化，再进行数字频带变换;模拟归一化原型 模拟低通、 高通、带通、带阻 ） 数字低通、 高通、带通、带阻 数字低通、高通、带通、带阻~ 数字低通 数字低通、 高通、带通、 带阻 模拟归一化原型 模拟归一化原型8. 某一低通滤波器的各种指标和参量要求如下：(1) 巴特沃思频率响应，采用双线性变换法设计； (2) 当Hz f 5.20≤≤时，衰减小于3dB ； (3) 当Hz f 50≥时，衰减大于或等于40dB ； (4) 抽样频率Hz f s 200=。

试确定系统函数)(z H ,并求每级阶数不超过二阶的级联系统函数。

解： 、3s105f 1T -⨯==2200150224020015.222πππωπππω=⨯⨯===⨯⨯==T f T f st st c c采用双线性变换法:)2(tg T 2ωΩ=由指标要求得：404tg 400j H 20380tg 400j H 20a 10a 10-≤-≥|)((|log |)((|log ππ又 N2c2a )(11)j (H ΩΩΩ+=故 >])([log |)(|log N2c10a 10110j H 20ΩΩΩ+-= 40)4(4001log 103)80(4001log 10 210210-≤⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛Ω+--≥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛Ω+-N c N c tg j tg j ππ因而取等号计算，则有：)2( (10)]/)4/(400[(1)1(............ 10]/)80/(400[1423.02=Ω+=Ω+Nc N c tg tg ππ得42.1)]80/(/1log[)]110/()110log[(213.04=--=πtg N~取N=2 , 代入(1)式使通带边沿满足要求，7.15 =Ωc 可得又二阶归一化巴特沃思滤波器为：1s 4142136.1s 1)s (H 2a ++= 代入 c /s s Ω= ：5.246s 2.22s 5.246)s (H 2a ++=;由双线性变换1111400|)()(--+-==z z s a s H z H2121221)1(5.246)1()1(4002.22)]1(400[5.246----+++⋅-⨯+-=z z z z )895.0889.11(11.6862110513665.1)21( 1019507.310691265.15.24621212521155--------+-++=⨯+++⋅⨯-⨯=z z z z z z z z或者也可将N=2代入(2)中使阻带边沿 满足要求，可得40c =Ω，这样可得： 1600s 240s 1600s H 2a ++=)( 14115z 198z 8686z z 21z H 1221..)(+-++=----看题目要求。