LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

Like dokumenter
EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

STE 6219 Digital signalbehandling Løsningsforslag

STE 6219 Digital signalbehandling Løsning til kontinuasjonseksamen

STE 6146 Digital signalbehandling. Løsningsforslag til eksamen avholdt

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

LØSNINGSFORSLAG TIL KONTINUASJONSEKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

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

Uke 4: z-transformasjonen

Uke 4: z-transformasjonen

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Uke 4: z-transformasjonen

UNIVERSITETET I OSLO

Repetisjon: LTI-systemer

Tidsdomene analyse (kap 3 del 2)

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

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

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

pdf

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Uke 4: z-transformasjonen

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

Uke 4: z-transformasjonen

Uke 12: FIR-filter design

Uke 5: Analyse i z- og frekvensdomenet

UNIVERSITETET I OSLO

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

LØSNINGSFORSLAG TIL SIGNALBEHANDLING 1 JUNI 2010

STE6146 Signalbehandling =-WUDQVIRUPHQ

Tidsdomene analyse (kap 3 del 2)

Uke 9: Diskret Fourier Transform, I

Uke 6: Analyse i frekvensdomenet

HØGSKOLEN - I - STAVANGER. Institutt for elektroteknikk og databehandling

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

Løsningsforslag til hjemmeeksamen i INF3440 / INF4440

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

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

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

3UDNWLVN DQYHQGHOVH DY ')7


UNIVERSITETET I OSLO

Uke 12: FIR-filter design

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

y(t) t

Fasit til midtveiseksamen

Uke 6: Analyse i frekvensdomenet

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

Viktig informasjon. 1.1 Taylorrekker. Hva er Taylor-polynomet av grad om for funksjonen? Velg ett alternativ

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

Basisbilder - cosinus. Alternativ basis. Repetisjon Basis-bilder. INF april 2010 Fouriertransform del II. cos( )

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

Utregning av en konvolusjonssum

Eksempel: Ideelt lavpassfilter

Løsningsforslag til prøveeksamen i fag SIG50 Signalbehandling

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

Uke 10: Diskret Fourier Transform, II

Sampling ved Nyquist-raten

IIR filterdesign Sverre Holm

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 5

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

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

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

6WUXNWXUHU IRU GLVNUHWH V\VWHPHU

UNIVERSITETET I OSLO

Repetisjon: Spektrum for en sum av sinusoider

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN Styring av romfartøy Fagkode: STE 6122

UNIVERSITETET I OSLO

Viktig informasjon. Taylorrekker

Kontrollspørsmål fra pensum

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

LØSNING TIL KONTINUASJONSEKSAMEN STE 6251 Styring av romfartøy

TMA Matlab Oppgavesett 2

STE6146 Signalbehandling .RQWLQXHUOLJH ILOWUH

EKSAMEN STE 6159 Styring av romfartøy

UNIVERSITETET I OSLO

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Uke 6: Analyse i frekvensdomenet

Transkript:

Side 1 av 4 HØGSKOLEN I NARVIK Institutt for data-, elektro-, og romteknologi MSc-studiet EL/RT LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling Tid: Fredag 11.03.2005, kl: 09:00-12:00 Tillatte hjelpemidler: Godkjent programmerbar kalkulator, med tomt minne. Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Eksamen består av 4 sider (derav 1 side med formler) og 12 oppgaver. Faglærer: Førsteamanuensis, Dr.ing. Per J. Nicklasson, Tlf. 76 96 64 01 Hver deloppgave som er nummerert med tall eller bokstav gir 5 poeng.

Side 2 av 4 Oppgaver 1. Anta at et system har følgende sammenheng mellom inngang xn og utgang yn : yn axn n d, a 0. Utled uttrykk for absoluttverdi og fase av systemet frekvensrespons He j. Løsningen kan finnes på to alternative måter, enten ved å la xn e jn være inngang til systemet, eller ved å benytte impulsresponsen hn n n d. Første alternativ gir yn ae jn nd ae jn d e jn,dvs.athe j ae jn d. Ved å benytte den andre fremgansmåten og definisjonen på frekvensresponsen He j hke jk, finner vi at He j an n d e jn ae jn d. Videre finner vi at He j a og He j n d n 2. Anta at vi har gitt følgende differensligning for et diskret system: yn ayn 1 xn, a 0. a. Vis at for xn Kn og y 1 c, vil utgangen for n 0 være gitt som yn a n1 c a n K Finner ved innsetting at y0 ac K, y1 ay0 a 2 c ak, y2 ay1 a 3 c a 2 K osv. Vi ser at y1 ay0 a 2 c ak b. Hva blir yn for n 0 og det totale uttrykket yn,- n? For å finne yn for n 0 løser vi ut yn 1 fra differensligningen, og får yn 1 1/ayn xn. Vi kan nå beregne y 1 c, y 2 1/ay 1 c/a, y 3 1/ay 2 c/a 2, y 4 1/ay 3 c/a 3 eller yn a n1 c, n 1 Ved å summere ligningen fra delspørsmålene a) og b), får vi yn a n1 c Ka n un 3. Beregn konvolusjonen av følgene 1,4,17,36 og 4,7, 5,15. Begge følgene starter i tidsindeks n 0. 1,4,17,36 4,7, 5,15 4,23,91,258,227,75,540 4. Anta at Xz log1 az 1, z a. Vis at xn 1 n 1 a n /nun 1. Hint: Se tabellen for z-transformerte. Vi benytter sammenhengen nxn z dxz. Først beregninger vi den deriverte av Xz mhp. z, dz dxz az 2.Vifår z dxz az 1,ogsiden az 1 az 1 1 a a n 1 un 1, dz 1az 1 dz 1az 1 1az 1 1 az 1 får vi nxn a a n 1 un 1 1 n 1 a n un 1. Ved å løse mhp. xn får vi xn 1 n 1 a n /nun 1. 5. Lag plot av poler og nullpunkter, og skisser konvergensområdet for følgende z-transformerte: 1 1/3z 1 a. Xz, xn kausal 11/2z 1 1 2/3z 1 Poler i -1/2 og 2/3. Nullpunkt i 1/3. Konvergensområdet må ligge utenfor ytterste pol, siden xn er kausal. Se figuren under k

b. Xz 1z 1 2z 2, xn absolutt summerbar 1 13/6z 1 z 2 Poler i 3/2 og 2/3. Nullpunkter i 1 og -2. Siden xn er absolutt summerbar, må enhetsirkelen være med i konvergensområdet, se figuren under. 6. Forklar kort hva som er hensikten med ulike strukturer i form av signalflygrafer for diskrete systemer. Stikkord: Beregningsbehov, numeriske betraktninger, lagringsbehov, parallellisering. 7. Gitt et signalflytgrafen for et system som vist i figuren under: a. Sett opp differensligninger for un, wn og yn. un Gxn wn 1 wn run 1 ryn 1 yn 1 run ryn 1 b. Utled Hz Yz/Xz for systemet. Z-transformerer differensligningene over: Uz GXz z 1 Wz Wz ruz 1 rz 1 Yz Yz 1 ruz rz 1 Yz Fra siste ligning får vi Uz 1 rz 1 /1 ryz og fra første og andre ligning får vi Uz GXz rz 1 Uz 1 rz 2 Yz, som gir Uz 1/1 rz 1 GXz 1 rz 2 Yz. Vi sammenligner de to ligningene for Uz,og får 1 rz 1 /1 ryz 1/1 rz 1 GXz 1 rz 2 Yz som gir 1 rz 1 /1 r 1/1 rz 1 1 rz 2 Yz G/1 rz 1 Xz. Fra denne ligningen finner vi Hz Yz/Xz G/1rz 1 1rz 1 /1r1/1rz 1 1 rz 2 G1r 1rz 1 2 1r1 rz 2 G1 r/1 2rz 1

8. Gitt signalflytgrafen i figuren under. Tegn den transponerte av signalflytgrafen. xn skal være til venstre i figuren.

Side 3 av 4 9. Forklar kort prinsippene bak to forskjellige fremgangsmåter for design av diskrete IIR-filtre. Impulsinvariansmetoden, der impulsinvariansen til det diskrete systemet skal være lik impulsinvariansen til et analogt system i gitte tidspunkter. Vi designer det analoge systemet som tilfredsstiller gitte designkrav til frekvensresponsen (disse er igjen gjerne oversatt fra krav gitt mhp. frekvensrespons for diskrete systemer), tar ut punkter fra impulsresponsen hn Th c nt, og z-transformerer den følgen som da fremkommer for å finne Hz, som igjen gir grunnlag for en diskret implementasjon. Vi vet da at He j Hj/T,. Det analoge systemet må være båndbegrenset. Alternativt kan vi benytte den bilineære transformasjonen, der vi også designer et analogt system med transferfunksjon H c s først, og så setter vi inn s 2/T d 1 z 1 /1 z 1 for å finne Hz. 10. Forklar kort prinsippene bak to forskjellige fremgangsmåter for design av diskrete FIR-filtre. Ved bruk av vindusmetoden går vi ut fra et ideelt system med ønsket frekvensrespons H d e j h d ne jn som er i henhold til gitt designkrav. For å gjøre systemet realisertbart, n plukker vi så ut en del av den tilsvarende impulsreponsen ved å benytte en eller annen vindusfunksjon av begrenset lengde, dvs. hn h d nwn. I stedenfor den ideelle frekvensresponsen med loddrette flanker og null fase, får vi nå en frekvensrespons som ligner, men som har rippel, slakkere flanker og fase ulik null. Fasen gjøres vanligvis lineær, ved å forlange symmetrigenskaper av den ideelle frekvensresponsen og vindusfunksjonen. Den andre fremgangsmåten går ut på å benytte en metode som ved bruk av en iterativ algoritme kommer nærmest mulig en ideell spesifisert frekvensrespons. Et mål for nærheten er ofte angitt med maksimalt tillatt avvik fra den ideelle responsen. Dette kan også være vektet mhp. frekvens, dvs. at størrelsen av avviket er viktigere i enkelte frekvensområder enn i andre. Det er vanlig å forsøke å komme frem til en polynomisk funksjon som kommer nærmest mulig opp mot den ideelle frekvensresponsen. Man lager seg et polynom utfra en intiell kvalifisert gjetning, og endrer formen av dette for hver iterasjon. Når kravet til nærhet er oppnådd, stopper algoritmen, og koeffisientene til filterets impulsrespons fremkommer. 11. Forklar hva som menes med begrepet DFS, og hvordan en kan komme frem til DFT en for en diskret følge av endelig lengde fra DFS en til en assosiert følge. Sett opp formler for syntese- og analyse-ligningen for både DFS og DFT. Med DFS mener vi den diskrete Fourier-serien til en periodisk følge x n med periode N,dvs. x n x n N. Xk xnw kn N, xn 1 XkW kn N N, W N e j2/n n0 k0 x n 1 X kw kn N N,W N e j2/n k0 kn X k x nw N n0 (syntese-ligningen) (analyse-ligningen) X k kan enten tolkes som en en følge av endelig lengde, eller som en periodisk følge. Dersom vi har en følge xn av endelig lengde N, kan vi gjøre denne periodisk ved å repetere den langs tidsaksen. Dersom vi nå beregner DFS en til denne assosierte periodiske følgen, og plukker ut en periode av X k, får vi den diskrete Fourier-transformen eller DFT en til xn.vi Koeffisientene Xk kan vi assosiere med sampler av Fourier-transformen til xn, dvs. sampler av Xe j.

xn 1 XkW kn N N,W N e j2/n k0 kn Xk xnw N n0 (syntese-ligningen) (analyse-ligningen) 12. Forklar hvordan resultatet av en konvolusjon yn hn xn kan beregnes vha. FFT er. Anta at både xn og hn har endelige lengder. Forklar spesielt hvilke forutsetninger som må være oppfylt foratresultatetskalbliriktig. Vi benytter oss av at konvolusjon i tidsdomenet blir til multiplikasjon i frekvensplanet, slik at vi kan beregne yn fra yn IFFT{FFT{hn}FFT{xn}}. IFFT{} betegner den inverse N-punkts DFT en, dvs. synteseligningen, implementert vha. FFT. Vi må merke oss at i dette tilfellet når DFT er benyttes istedenfor Fourier-transformerte (f.eks. Xe j ), vil multiplikasjon av DFT er tilsvare sirkulær konvolusjon av tilsvarende tidsfunksjoner. For at sirkulær konvolusjon skal gi det samme resultatet som lineær konvolusjon må lengden av DFT ene, N, være slik at N L P 1, der L er lengden av xnog P er lengden av hn.