HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Like dokumenter
HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

LØSNINGSFORSLAG TIL SIGNALBEHANDLING 1 JUNI 2010

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Løsningsforslag til Eksamen i TELE2003 Signalbehandling 6. mai 2015

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

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

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Eksamensoppgave i TELE2001 Reguleringsteknikk

UNIVERSITETET I OSLO

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Sampling ved Nyquist-raten

EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

UNIVERSITETET I OSLO

pdf

Repetisjon: LTI-systemer

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

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

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

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."

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

UNIVERSITETET I OSLO

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN - I - STAVANGER. Institutt for elektroteknikk og databehandling

UNIVERSITETET I OSLO

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

Repetisjon: Spektrum for en sum av sinusoider


LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Eksempel 1. Frekvensene i DFT. Forelesning 13. mai På samme måte har vi at. I et eksempel fra forrige uke brukte vi sekvensen

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

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

STE 6146 Digital signalbehandling. Løsningsforslag til eksamen avholdt

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

UNIVERSITETET I OSLO

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

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 5

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi LØSNINGSFORSLAG EDT208T-A. Programmerbare logiske styringer

STE 6219 Digital signalbehandling Løsning til kontinuasjonseksamen

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for lærer- og tolkeutdanning

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

c;'1 høgskolen i oslo

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

Repetisjon: Sampling. Repetisjon: Diskretisering. Repetisjon: Diskret vs kontinuerlig. Forelesning, 12.februar 2004

Forelesning, 23.februar INF2400 Sampling II. Øyvind Ryan. Februar 2006

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

Forelesning, 17.februar INF2400 Sampling II. Øyvind Ryan. Februar 2005

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

Forkunnskapskrav. Hva handler kurset om. Kontaktinformasjon. Kurset er beregnet på en student som kan

Uke 6: Analyse i frekvensdomenet

Uke 9: Diskret Fourier Transform, I

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

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

TTT4110 Informasjons- og signalteori Løsningsforslag eksamen 9. august 2004

NTNU Fakultet for lærer- og tolkeutdanning

Case: Analyse av passive elektriske filtre

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

LØSNINGSFORSLAG TIL KONTINUASJONSEKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

UNIVERSITETET I OSLO

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

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


Uke 6: Analyse i frekvensdomenet

KYBERNETIKKLABORATORIET. FAG: Dynamiske systemer DATO: OPPG.NR.: DS4 FREKVENS OG SPRANGRESPONSANALYSE

Uke 10: Diskret Fourier Transform, II

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

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG

UNIVERSITETET I OSLO

STE 6219 Digital signalbehandling Løsningsforslag

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Tidsdomene analyse (kap 3 del 2)

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

Forelesening INF / Spektre - Fourier analyse

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for informatikk og e-læring

Fourier-analyse. Hittil har vi begrenset oss til å se på bølger som kan beskrives ved sinus- eller cosinusfunksjoner

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag

Transkript:

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Målform: Bokmål Eksamensdato: 6.mai 215 Varighet/eksamenstid: 5 timer Emnekode: TELE 23 Emnenavn: Signalbehandling Klasse(r): 2EI 2EE Studiepoeng: 1 Faglærer(e): (navn og telefonnr på eksamensdagen) Håkon Grønning tlf. 979548 Ingrid Kvakland tlf. 73559596 Kontaktperson(adm.) (fylles ut ved behov kun ved kursemner) Hjelpemidler: Kalkulator Citizen SR27X, Casio fx-82es, Casio fx-82es plus Oppgavesettet består av: (antall oppgaver og antall sider inkl. forside) Vedlegg består av: (antall sider) 4 oppgaver over 8 sider inkludert forside 4 sider formler. Merknad: Oppgaveteksten kan beholdes av studenter som sitter eksamenstiden ut. NB! Les gjennom hele oppgavesettet før du begynner arbeidet, og disponer tiden. Dersom noe virker uklart i oppgavesettet, skal du gjøre dine egne antagelser og forklare dette i besvarelsen. Lykke til!

Oppgave 1 (2%) Vi har gitt signalet x( t) = Acos(2 π ft + ϕ). a) Skisser x( t ). Konstantene A, f og ϕ skal merkes av direkte på figuren, eller avledes fra størrelser på figuren. b) Skriv opp et uttrykk for x( t ) ved hjelp av komplekse eksponentialfunksjonerer. c) Tegn frekvensspekteret til x( t ) som et linjespekter. Merk av de tre størrelsene A, f og ϕ på figuren. A j(2 π ft + ϕ ) d) Gitt det komplekse signalet z( t) = 2 e. Illustrer dette signalet som et viserdiagram. Tegn også signalet som et linjespekter i frekvensplanet. e) Anta at signalet x( t) = Acos(2 π ft + ϕ) punktprøves med en punktprøvefrekvens (samplingsfrekvens) fs = 4 f. Hva blir den diskrete normaliserte vinkelfrekvensen ˆω? Vi kaller det punktprøvde signalet for x[ n ]. Skisser begge signalene x( t ) og x[ n ] i en figur, og forklar hvordan du kan se (lese av) ˆω i figuren. 2

Oppgave 2 (32 %) a) π Gitt signalet x( t) = 1+ 1,15cos(2 π ft ) 2 Skisser x(t) og merk av de karakteristiske størrelsene på aksene. b) Tegn opp amplitudespekteret og fasespekteret til x(t) gitt i a) c) Gitt den periodiske, diskrete sekvensen x[n] i figur 2.1. Finn perioden til x[n]. 2 1.5 Diskret sekvens x[n]) x[n] 1.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 n Figur 2.1 Diskret sekvens x[n] d) Den diskrete sekvensen x[n] i figur 2.1 skal analyseres for å finne en spektrumsrepresentasjon av x[n]. Vis ved utledning at DFT-koeffisientene til x[n] er gitt ved 2π 3 X [ k] = 1+ 2e j k e) Sett inn for k, og finn DFT-koeffisientene. Tegn opp amplitudespekteret og fasespekteret. Merk av på k-aksen hvilken diskret vinkelfrekvens som kan knyttes til hver k-verdi. 3

f) Bruk resultatet i e) og finn et funksjonsuttrykk for x[n]. Sett inn verdier for n og vis at resultatet stemmer med figur 2.1. g) Anta at sekvensen x[n] har fremkommet med å punktprøve et analogt båndbegrenset signal med punksprøvingsfrekvens f s =3Hz. Anta ideell sampling. Finn et funksjonsuttrykk for det analoge signalet. 4

Oppgave 3 (24 %).8 ECG-signal.6 Absoluttverdi til DFT av ECG-signal.6.5.4.4 amplitude.2 amplitude.3 -.2.2 -.4.1 -.6.1.2.3.4.5.6.7.8.9 1 tid [s] 1 2 3 4 5 6 frekvens [Hz] Figur 3.1 ECG-signal uten støy. Til venstre: en periode av ECG-signalet i tidsplanet. Til høyre: DFTanalyse av ECG-signalet. (Vi har egentlig foretatt en 512-punkt DFT, men bare de 6 første verdiene er vist i plottet.).8 ECG-signal med søy.6 Absoluttverdi til DFT av ECG-signal.6.5.4.2.4 amplitude amplitude.3 -.2.2 -.4 -.6.1 -.8.1.2.3.4.5.6.7.8.9 1 tid [s] 1 2 3 4 5 6 frekvens [Hz] Figur 3.2 ECG-signal med støy. Til venstre: en periode av ECG-signalet med støy i tidsplanet. Til høyre: DFT-analyse av ECG-signalet med støy. (Vi har egentlig foretatt en 512-punkt DFT, men bare de 6 første verdiene er vist i plottet.) Figurene viser en periode av et punktprøvd ECG-signal. Signalet er punktprøvd med f s =512 punktprøver pr. sekund og det er nøyaktig 512 punktprøver i en periode av signalet. Vi ønsker å bruke et lineær fase FIR-filter for å forbedre signalet i Figur 3.2 slik at det blir mest mulig likt signalet i Figur 3.1. 5

Figur 3.3 Del av filterdesignverktøyet «sptool» i Matlab. a) Gitt informasjon i Figur 3.1 og Figur 3.2. Det spesifiseres et filter med følgende parametere, se Figur 3.3: Passbåndfrekvens Fpass = 22Hz, stopbåndfrekvens Fstop = 3Hz, passbåndrippel Apass = 1dB og stoppbåndsdemping Astop = 4dB. Hvor mye vil da støykomponenten med frekvens 3Hz bli dempet? b) Hvordan påvirkes filterorden hvis vi reduserer kravet til stoppbåndsdemping, Astop, fra 4dB til 3dB mens de andre parameterne fortsatt er som gitt i punkt a). c) Anta at vi har valgt å bruke et lineær fase FIR-filter der orden er 6. Hvor mange koeffisienter (eller «tapper») er det i filteret? Hva blir tidsforsinkelsen i filtret når punktprøvingsfrekvensen fs = 512Hz? d) Hvilken betingelse må være oppfylt for at det skal være teoretisk mulig å fjerne all støy med ved hjelp av et filter slik at ECG-signalet gjenskapes perfekt? (med unntak av en eventuell forsinkelse av signalet) 6

e) Anta at vi øker DFT-lengden som gitt i Figur 3.1 og Figur 3.2 fra N=512 til N=124. Det vil si at vi da tar DFT over 2 hele perioder av signalet i stedet for over én periode av signalet. Hvor stort sprang i frekvens tilsvarer da avstanden mellom DFT-koeffisientene? f) Hvilke parametere er det som beregnes i filterdesignprogrammet «sptool» og som brukes i filteret (filterfunksjonen) for å utføre selve filtreringen g) Bruk informasjonen gitt Figur 3.2 og skriv opp et uttrykk for støysignalet s(t) i tidsplanet! (du kan anta at alle faseledd er lik null) 7

Oppgave 4 (24 %) Et LTI-system har impulsrespons h(t) som vist i figur 4.1. 1 Impulsrespons h(t).8.6.4.2.5 1 1.5 2 tid [s] Figur 4.1 Impulsrespons h(t) a) Er dette systemet kausalt? Svaret skal begrunnes. b) Er dette systemet stabilt? Svaret skal begrunnes. c) Systemet påtrykkes inngangssignalet x ( t) δ ( t) 1 =. Skisser inngangssignalet og utgangssignalet. d) Systemet påtrykkes inngangssignalet x ( t) δ ( t) δ ( t 1) 2 = +. Skisser inngangssignalet og utgangssignalet. e) Systemet påtrykkes inngangssignalet x ( t) = u( t). 3 Skisser inngangssignalet og finn verdien av utgangssignalet når t. Finn også et funksjonsuttrykk for utgangssignalet og skisser utgangssignalet for alle t. 8

Vedlegg 1 9

Vedlegg 2 Komplekse Fourierrekker: Analyse: T 1 j2π fkt ak = x( t) e d t T = k = j2π Syntese: x( t) ak e f kt Diskret tid Fouriertransformasjon (frekvensresponsen til FIR-filter): M M j ˆ ω j ˆ ωk j ˆ ωk = k = k= k= H(e ) b e h[ k]e Diskret Fouriertransformasjon: N 1 n= 2π k n -j N X[k] = x[n] e for k N 1 Invers diskret Fouriertransformasjon: k= 2π k n j N N 1 1 x[n] = X[k] e for n N 1 N 1

Vedlegg 3-11

Vedlegg 4 FOURIERTRANSFORMASJONEN FOR ANALOGE OG DISKRETE SYSTEMER: For analoge LTI-system gjelder: t= H( j ω) = h(t) e dt = H( j ω) e t= jωt j H( j ω) hvor H(jω) er systemets frekvensrespons og h(t) er systemets impulsrespons. S( j ω) = R( j ω) H( j ω) r(t) h(t) s(t) s(t) = r(t) h(t) = r( τ )h(t τ )dτ τ = R(jω) H(jω) S(jω) For sinusformede signal gjelder: r(t) = sin( ω t) s(t) = H( j ω ) sin( ω t + H( j ω )) For diskrete LTI-system gjelder: ( j ˆ ω j H e ) H e = h(n) e = H e e (DiskretTidFourierTransform) n= ( j ˆ ω ˆ ˆ ) j ω n ( j ω ) n= hvor H( e j ˆ ω ) er systemets frekvensrespons og h(n) er systemets enhetspulsrespons. j ˆ ω j ˆ ω j ˆ ω S(e ) = R(e ) H(e ) s(n) = r(n) h(n) = r(k)h(n k) k= r(n) h(n) s(n) For sinusformede sekvenser gjelder: r(n) = sin( ˆ ω n) s(n) = H(e ) sin( ˆ ω n + H(e )) j ˆ ω j ˆ ω 12