STE 6219 Digital signalbehandling Løsning til kontinuasjonseksamen



Like dokumenter
STE 6219 Digital signalbehandling Løsningsforslag

EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

LØSNINGSFORSLAG TIL KONTINUASJONSEKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

STE 6146 Digital signalbehandling. Løsningsforslag til eksamen avholdt

Uke 4: z-transformasjonen

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Uke 4: z-transformasjonen

Repetisjon: LTI-systemer

Fasit, Eksamen. INF3440/4440 Signalbehandling 9. desember c 0 + c 1z 1 + c 2z 2. G(z) = 1/d 0 + d 1z 1 + d 2z 2

UNIVERSITETET I OSLO

Dagens temaer. Definisjon av z-transformasjonen. Tema. Time 5: z-transformasjon og frekvens transformasjon. Fra forrige gang

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

Fasit til midtveiseksamen

Uke 5: Analyse i z- og frekvensdomenet

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Dagens temaer. 3 domener. Tema. Time 4: z-transformasjonen. z-dometet; ett av tre domener. Andreas Austeng@ifi.uio.no, INF3470

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Uke 4: z-transformasjonen

Tidsdomene analyse (kap 3 del 2)

UNIVERSITETET I OSLO


HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Uke 4: z-transformasjonen

pdf

Uke 12: FIR-filter design

Transformanalyse. Jan Egil Kirkebø. Universitetet i Oslo 17./23. september 2019

HØGSKOLEN - I - STAVANGER. Institutt for elektroteknikk og databehandling

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Uke 6: Analyse i frekvensdomenet

Uke 4: z-transformasjonen

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

Tidsdomene analyse (kap 3 del 2)

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Utregning av en konvolusjonssum

y(t) t

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

LØSNINGSFORSLAG TIL SIGNALBEHANDLING 1 JUNI 2010

Repetisjon. Jo Inge Buskenes. INF3470/4470, høst Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo

Repetisjon. Jo Inge Buskenes. INF3470/4470, høst Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo

Repetisjon: Eksempel. Repetisjon: Aliasing. Oversikt, 26.februar Gitt. Alle signaler. Ettersom. vil alle kontinuerlig-tid signaler.

Hjelpemidler/hjelpemiddel: D - "Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Enkel kalkulator tillatt."

Uke 6: Analyse i frekvensdomenet

STE6146 Signalbehandling =-WUDQVIRUPHQ

Hjelpemidler: D Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Bestemt, enkel kalkulator tillatt.

Uke 12: FIR-filter design

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy


Dagens temaer. Tema. Time 6: Analyse i frekvensdomenet. z-transformasjonen. Fra forrige gang. Frekvensrespons funksjonen

Sampling ved Nyquist-raten

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Bedømmelse: Ved bedømmelse vektlegges oppgavene I, II og III likt.

Løsningsforslag til prøveeksamen i fag SIG50 Signalbehandling

Hjelpemidler: D Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Bestemt, enkel kalkulator tillatt.

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

303d Signalmodellering: Gated sinus a) Finn tidsfunksjonen y(t) b) Utfør en Laplace transformasjon og finn Y(s)

Uke 9: Diskret Fourier Transform, I

Tidsdiskrete systemer

Tidsdomene analyse (kap 3 del 1)

LØSNINGSFORSLAG for KONTINUASJONSEKSAMEN I FAG SIE2010 Informasjons- og signalteori, 29. juli y(n) = ay(n 1) + x(n k),

1 Tidsdiskret PID-regulering

IIR filterdesign Sverre Holm

STE6146 Signalbehandling .RQWLQXHUOLJH ILOWUH

Uke 6: Analyse i frekvensdomenet

Lineær analyse i SIMULINK

7HNQLNNHU IRU ILOWHUGHVLJQ

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 5

KONTINUASJONSEKSAMEN STE 6159 Styring av romfartøy

EKSAMEN Styring av romfartøy Fagkode: STE 6122

3UDNWLVN DQYHQGHOVH DY ')7

'HQ GLVNUHWH )RXULHU-WUDQVIRUPHQ (')7)

Dagens temaer. Endelig lengde data. Tema. Time 11: Diskret Fourier Transform, del 2. Spektral glatting pga endelig lengde data.

Løsning til eksamen i IA3112 Automatiseringsteknikk ved Høgskolen i Sørøst- Norge

6DPSOLQJ DY NRQWLQXHUOLJH VLJQDOHU

01 Laplace og Z-transformasjon av en forsinket firkant puls.

Kontrollspørsmål fra pensum

UNIVERSITETET I OSLO

Uke 10: Diskret Fourier Transform, II

STE6221 Sanntidssystemer Løsningsforslag kontinuasjonseksamen

STE6221 Sanntidssystemer LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN

INF3470/4470 Digital signalbehandling. Repetisjon

EKSAMEN STE 6159 Styring av romfartøy

INF3470 Digital signalbehandling Tidsdomene analyse (kap 3 del 1) Sverre Holm

7UDQVIRUPDQDO\VH DY OLQH UH WLGVLQYDULDQWH V\VWHPHU

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

Bruk av tidsvindu. Diskret Fourier-transform. Repetisjon: Fourier-transformene. Forelesning 6. mai 2004

Eksamensoppgave i TMA4320 Introduksjon til vitenskapelige beregninger

Løsning til eksamen i EE4107 Kybernetikk- videregående

Muntlig eksamenstrening

IIR filterdesign Sverre Holm

Transkript:

HØGSKOLEN I NARVIK Institutt for data-, elektro-, og romteknologi Masterstudiet EL/RT Side av 4 STE 629 Digital signalbehandling Løsning til kontinuasjonseksamen Tid: Fredag 03.08.2007, kl: 09:00-2:00 Tillatte hjelpemidler: Godkjent programmerbar kalkulator, med tomt minne. Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Eksamen består av 4 sider (derav side med formler) og oppgaver med totalt 20 deloppgaver. Faglærer: Professor Dr.ing. Per J. Nicklasson, Tlf. 76 96 64 0/48 29 72 37 Hver deloppgave gir 5 poeng.

Side 2 av 4 Oppgaver. Beregn konvolusjonen av følgene 2,8, 3,22 og,28,3,2. Begge følgene starter i tidsindeks n 0. Løsning: 2,8, 3,22, 28,3,2 2,48,27,390,75,222,264 2. Forklar kort følgende begreper med en kombinasjon av ord og formler, evt. kan du også angi karakteristiske egenskaper: a. Impulsrespons Responsen av et system når inngangen er en diskret impuls, dvs. hn yn når xn n, hvor n, n 0 0, ellers b. Frekvensrespons Responsen av et lineært tidsinvariant system for harmoniske (sinus, cosinus) inngangssignaler. Inngangen xn e jn gir utgangen yn He j e jn, der He j betegnes frekvensresponsen. Dette er generelt en kompleks størrelse med fase og amplitude. En sinus med en gitt frekvensfår endret amplitude (angis av He j ) og fase (angis avhe j ) når den passerer gjennom systemet. c. Minimumfase-system LTI-system med minst mulig negativ fase av alle systemer med samme amplitude av frekvensresponsen. Alle poler og nullpunkter av systemfunksjonen er innenfor enhetssirkelen i det komplekse plan. d. FIR-system Finite Impulse Response LTI system med impulsrespons som har endelig utstrekning i tid, dvs. at impulsresponsen kun har et endelig antall punkter ulik null, hn 0, n M 3. Gitt systemet med systemfunksjon: Hz 3 z 6 z2 z 3 a. Tegn signalflytgrafen som svarer til en implementasjon av systemet på direkte form. b. Tegn den transponerte av signalflytgrafen som svarer til en implementasjon på direkte form.

4. Gitt systemet med systemfunksjon: Hz 7 6 z 6 z2 z 2 z2 Tegn den transponerte av signalflytgrafen som svarer til en implementasjon av systemet på formen Direkte form II. Tegner først signalflytgrafen for systemet på Direkte form II : Den transponerte blir: 5. Forklar kort med ord og formler hva som menes med den bilineære transformasjonen, og hvordan dette begrepet kan inngå i en designprosess for diskrete systemer. Egner denne designprosessen seg for alle typer diskrete systemer? Forklar. Med den bilineære transformasjonen menes det at man i en transferfunksjon H c s for et kontinuerlig lineært system erstatter Laplace variabelen s med s 2 T d Man kan benytte dette til å designe diskrete systemer ved at en først designer et kontinuerlig system i z z henhold til gitte spesifikasjoner (som evt. kan være oversatt fra spesifikasjoner for et diskret system), og så finner systemfunksjonen for det diskrete systemet utfra Hz H c 2 z T d. Metoden egner seg ikke for z systemer der det er viktig at faseegenskapene bevares gjennom transformasjonen, fordi fasen vris på en ulineær måte når den bilineære transformasjonen benyttes. 6. Når inngangen til et kausalt LTI-system er gitt som xn 3 2 n un 4 3 2n un er den z-transformerte av utgangen Yz z z 2 z 2z a. Beregn z-transformen av xn.

Vi finner den z-transformerte direkte ved å benytte den vedlagte tabell, som gir Xz 3 2 z 4 3, 2 z 2z 2 3 2 3 z 4 3 2 3 z 2z 2 z 2z z 2. b. Hva blir konvergensområdet for Yz? Konvergensområdet består av snittet mellom konvergensområdet for Xz og Hz. Yz har poler i z, z 2, og z /2. Sammenligner vi dette med polene for Xz, som er i z /2 og z 2, ser vi at Hz må bidra med poler i z og z /2. Dessuten vet vi at systemet er kausalt, og konvergensområdet for Hz blir dermed fra ytterste pol og utover, dvs. z. Konvergensområdet for Yz blir dermed z 2. c. Beregn impulsresponsen til systemet. Vi finner Hz utfra Hz Yz Xz z z 2 z 2 z 2 z z z 2 z z z 2 z 2z 2/3 z 2 z 2z 2/3, z /2z Invers z-transform gir hn n 2/3un 2/3/2 n un. d. Er systemet stabilt? Begrunn svaret. En av polene til systemet ligger på enhetssirkelen, og systemet er ikke stabilt. 7. Bestem sprangresponsen til det kausale systemet som har følgende z-transformert av impulsresponsen: Hz z 3 / z 4 Hint: Benytt delbrøkoppspaltning og formler for sum av rekker, samt tabeller for å inverstransformere. Hz z3 z z3, z z 4 z 4 un z, z z z UzHz z z4, z z z4 Den første faktoren er grei å inverstransformere (finnes direkte fra tabell), mens den andre krever noe mere z z 4 z 4 z arbeid. Ved å benytte formelen for summasjon av rekker, kan vi imidlertid utlede at z 4 z 4 k som tilsvarer den z-transformerte avn 4k. I tillegg er dette leddet tidsforsinket k0 med 4 tidsenheter fordi z 4 faktoren står foran. Det følger nå at sprangresponsen er gitt som un hn un n44k 8. Gitt et system med en signalflytgraf som vist under. k0 k0 Er signalflytgrafen beregnbar? Begrunn svaret. Nei, den er ikke beregnbar fordi den inneholder en lukket sløyfe uten tidsforsinkelser.

9. Anta at du skal designe et FIR-filter vha. vindusmetoden, dvs. at du skal komme frem til et diskret system med frekvensrespons He j som er nærmest mulig en gitt ideell frekvensrespons H d e j. Forklar hvilken innvirkning formen på vindusfunksjonen wn har på formen av He j. Den Fourier-transformerte We j av vindusfunksjonen vil generelt ha et oscillatorisk utseende med en hovedlobe, og mange sidelober. Et rektangulært vindu har Fourier-transformert We j med en nokså smal hovedlobe, men med markante sidelober. He j er resultatet av en periodisk konvolusjon mellom We j og H d e j. En smal hovedlobe gir de skarpeste transisjoner for He j ved endringer i amplituden av H d e j, mens høye sidelober gir oscillasjoner i He j.de øvrige vindusfunksjonene representerer en avveining mellom bredden av hovedloben og høyden av sidelobene, dvs. en avveining mellom skarphet av transisjon og oscillatorisk oppførsel for He j. 0. Forklar hvorfor det kan være fordelaktig å bruke Kaiser-vindu ved design av FIR-filtre. Det kan være fordelaktig fordi en da kan bestemme formen av vindusfunksjonen utfra spesifikasjoner av tillatt rippel (approksimasjonsfeil) og ønsket bredde av transisjonssoner.. Sammenlign FIR-filtre og IIR-filtre mhp.: a. Oppnåelige amplitudekarakteristikker Enkle ett-trinns designmetoder for IIR-filtre kan stort sett bare anvendes for design av frekvensselektive filtre (lav-, høy-, båndpass) uten spesielle krav til fasen. Her er de nesten enerådende. Andre amplitudekrav medfører at algoritmiske (iterative) metoder må benyttes.ved å benytte designmetoder for FIR-filtre kan en ved hjelp av optimalitetskriterier også oppnå bedre kontroll over amplituderesponsen, enn ved å benytte designmetoder for IIR-filtre, ved at en f.eks. spesifiserer avvik. Dessuten kan en ved bruk av FIR-filtre og iterative optimale metoder oppnå mere spesielle amplitudekarakteristikker enn man kan ved å benytte IIR-filtre. b. Oppnåelige fasekarakteristikker Vanlige metoder for design av IIR-filtre gir ikke kontroll over fasen, kun amplituden (og da som forklart over). Ved å benytte FIR-filtre, får en kontroll over både fasen og amplituden (generalisert lineær fase). c. Antall iterasjoner i designprosedyren Metoder for design av IIR-filtre er som oftest ikke-iterative (ett-skritts) metoder, dvs. at man uten flere interasjoner kan designe filtre utfra spesifikasjoner ved en enkelt serie av beregninger. Typisk foregår dette ved at man setter spesifikasjonene inn i formler, noe som også kan gjøres uten hjelp av programvare. Metoder for design av FIR-filtre er som regel iterative, og utføres i de fleste tilfeller av programvare.

Laplace-transformasjonen Fourier-transformasjonen Sum av geometrisk rekker DFS Konvolusjon Den ensidige Z-transformasjon Den bilineære transformasjonen Begynnelsesverditeoremet Formelsamling L /s n t n /n!, (n, 2,3,... L /sa n t n e at /n!, n,2, 3,... L /s 2 2 / sint Xe j N n xne jn x k x N /x k0 x k / x, x k0 N X k xnw kn N, xn X kw kn N N,W N e j2/n n0 k0 xn yn xkyn k k Xz xnz n n0 Zun / z, z N Zun / z, z Zn m z m Za n un / az, z a Za n un / az, z a Zna n un az /az 2, z a Zna n un az /az 2, z a z T/2s/T/2s xn 0, n 0 x0 lim z Xz