Uke 6: Analyse i frekvensdomenet

Like dokumenter
Uke 6: Analyse i frekvensdomenet

Uke 6: Analyse i frekvensdomenet

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

Uke 5: Analyse i z- og frekvensdomenet

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

Uke 9: Diskret Fourier Transform, I

UNIVERSITETET I OSLO

Uke 4: z-transformasjonen

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

Uke 4: z-transformasjonen

UNIVERSITETET I OSLO

pdf

UNIVERSITETET I OSLO

Repetisjon: LTI-systemer

UNIVERSITETET I OSLO

Uke 4: z-transformasjonen

UNIVERSITETET I OSLO


LØSNINGSFORSLAG TIL SIGNALBEHANDLING 1 JUNI 2010

UNIVERSITETET I OSLO

Uke 4: z-transformasjonen

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Uke 4: z-transformasjonen

Sampling ved Nyquist-raten

EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

Fasit til midtveiseksamen

Uke 10: Diskret Fourier Transform, II

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

TTT4110 Informasjons- og signalteori Løsningsforslag eksamen 9. august 2004

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

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

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

Repetisjon: Spektrum for en sum av sinusoider

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 5

STE6146 Signalbehandling =-WUDQVIRUPHQ

UNIVERSITETET I OSLO

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

Fourier-Transformasjoner IV

UNIVERSITETET I OSLO

Uke 12: FIR-filter design

STE 6146 Digital signalbehandling. Løsningsforslag til eksamen avholdt

STE 6219 Digital signalbehandling Løsning til kontinuasjonseksamen

STE 6219 Digital signalbehandling Løsningsforslag

Løsningsforslag til hjemmeeksamen i INF3440 / INF4440

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

Uke 12: FIR-filter design

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

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

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Kompleks eksponentialform. Eulers inverse formler. Eulers formel. Polar til kartesisk. Kartesisk til polar. Det komplekse signalet

Introduksjon. «Diskret» sinus/cosinus i 1D. Funksjonen sin(θ) INF april 2010 Fourier -- En annen vinkling på stoffet i kapittel 4

HØGSKOLEN - I - STAVANGER. Institutt for elektroteknikk og databehandling

LØSNINGSFORSLAG TIL KONTINUASJONSEKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

TTT4110 Informasjons- og signalteori Sortering av tidligere eksamensoppgaver

Forelesning nr.13 INF 1410

Forelesening INF / Spektre - Fourier analyse

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

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


f(t) F( ) f(t) F( ) f(t) F( )

Løsningsforslag til prøveeksamen i fag SIG50 Signalbehandling

UNIVERSITETET I OSLO

INF mars 2017 Fourier I -- En litt annen vinkling på stoffet i kapittel 4

sin(2 ui/n) starter på 0 og repeteres u ganger per N samples. cos(2 ui/n) starter på 1 og repeteres u ganger per N samples

5.8 Iterative estimater på egenverdier

Forelesning nr.14 INF 1410

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

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

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

UNIVERSITETET I OSLO

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

Fourier-Transformasjoner II

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

Fourier-Transformasjoner

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

Forelesning nr.12 INF 1410

EKSAMEN I FAG TTT4110 Informasjons- og signalteori. Norsk tekst på oddetalls-sider. ( English text on even numbered pages.)

Dagens mål. Det matematiske fundamentet til den diskrete Fourier-transformen Supplement til forelesning 8 INF Digital bildebehandling

Institutt for elektroteknikk og databehandling

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

Kapittel 2. Fourier analyse. 2.1 Fourier transform*

2 n+2 er konvergent eller divergent. Observer først at; 2n+2 2 n+2 = n=1. n=1. 2 n > for alle n N. Denne summen er.

A.3.e: Ortogonale egenfunksjonssett

KONTINUASONSEKSAMEN I FAG SIE2010 Informasjons- og signalteori

Ghost amplitude spectrum. d=6 m V=1500 m/s c= 1

Tidsdomene analyse (kap 3 del 2)

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2019

Transkript:

Uke 6: Analyse i frekvensdomenet Jo Inge Buskenes Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo INF3470/4470, høst 2011

2/26 Dagens temaer Fra forrige gang Frekvensrespons funksjonen Fourier rekker og transformer

3/26 Tema Fra forrige gang

4/26 z-transformasjonen. Definisjon; formel + ROC Egenskaper Drøfte systemer vha z-transformen Invers z-transformasjon Poler og nullpunkter...

5/26 Egenfunksjoner til et LTI system La Da er x[n] = e ȷnΩ, < n <, Ω [ π, π]. y[n] = h[n] x[n] = = k= k= h[k]x[n k] h[k]e ȷΩ(n k) = e ȷnΩ = H(Ω)e ȷnΩ = H(Ω)x[n]. dvs at egenfunksjonen til et LTI system er k= h[k]e ȷkΩ x[n] = e ȷnΩ, < n <, Ω [ π, π]. og egenverdien, benevnt H(Ω), er = k= h[k]e ȷkΩ.

6/26 Diskret tid Fourier transform; DTFT Notasjon: Analyse : X(Ω) F {x[n]} = Alternativt: X(F) = n= n= x[n]e ȷ2πFn. x[n]e ȷΩn. Syntese : x[n] F 1 {X(Ω)} = 1 2π 2π X(Ω)e ȷΩn dω. Alternativt: x[n] = x[n] F X(Ω). 1/2 1/2 0 X(F)e ȷ2πFn df.

7/26 Tema Frekvensrespons funksjonen

8/26 H(Ω): Frekvensresponsen H(Ω) = k= h[k]e ȷkΩ. H(Ω) er en funksjon av frekvensvariabelen Ω. H(Ω) er, generelt, en kompleks størrelse, og kan skrives som: Reell og imaginær del: H(Ω) = HR (Ω) + ȷH I (Ω) eller Magnitude og fase: H(Ω) = H(Ω) e ȷΘ(Ω), hvor H(Ω) 2 = H(Ω)H (Ω) = H 2 R(Ω) + H 2 I (Ω) og Θ(Ω) = tan 1 H I (Ω) H R (Ω). Gruppeforsinkelsen (eller envelopeforsinkelsen) til H: τ g (Ω) = dθ(ω) dω. http://en.wikipedia.org/wiki/group_velocity Periodisitet: Siden x[n] = e ȷnΩ 0 = e ȷn(Ω 0+2π), må vi ha at H(Ω 0 ) = H(Ω 0 + 2π).

9/26 H(Ω): Frekvensresponsen Hva er H(F 0 ), H(2F 0 ) og H(3F 0 )?

10/26 H(Ω): Frekvensresponsen Hva er Θ H (F 0 ), Θ H (2F 0 ) og Θ H (3F 0 )?

11/26 H(Ω): Frekvensresponsen Konstant tidsskift: Når fasen er proporsjonal med. frekvensen... (lineær)...

12/26 Eksempel Vi har gitt et LTI-system med impulsrespons h[n] = α n u[n], α R, α < 1. Frekvensresponsen er da H(Ω) = h[n]e ȷnΩ = α n e ȷnΩ = k= (αe ȷΩ ) n = k=0 k=0 1 1 αe ȷΩ. Amplituderespons: H(Ω) = 1 1 αe ȷΩ 1 1 αe ȷΩ = 1 1+α 2 2α cos Ω Faserespons: Θ(Ω) = tan 1 H I (Ω) H R (Ω) = tan 1 Gruppeforsinkelse: τ g (Ω) = α2 α cos Ω 1+α 2 2α cos Ω. α sin Ω 1 α cos Ω.

13/26 Tema Fourier rekker og transformer Kontinuerlig tid Fourier rekke og transform Frekvens analyse av diskret tid periodiske signaler

14/26 Fourier rekker og transformer Mål: Utvikle et matematisk verktøy (et prisme ) som dekomponerer signaler ( lys ) inn forskjellige frekvenskomponenter ( farger ). Videre: Utvilke verktøyet ( det inverse prismet ) som syntetiserer tilbake det hvite lyset fra frekvenskomponentene.

15/26 De fire Fourier rekkene/transformasjonene

16/26 Kontinuerlig tid: Fourier rekke og transform Fourier rekker: Dekomposisjon av signaler til sum av sinus/cosinus ledd (eller komplekse eksponensialer) frekvens domenet. De aller fleste signaler av prakisk interesse kan dekomponeres i en sum av sinus/cosinus ledd. Periodiske signaler: Fourier rekker (Fourier series). Endelig energi signaler: Fourier transform. Viktig i analyse av LTI systemer: Et LTI systems respons til en sinus/cosinus er en tilsvarende sinus/cosinus, men med en (kompleks) skalering. Et LTI systems respons til en lineær sum av sinus/cosinus ledd er en tilsvarende sum av sinus/cosinus ledd med kun en mulig kompleks skalering av hvert ledd.

Kontinuerlig tid (CT) og periodiske signaler Fourier rekker Hvis x(t) er et periodisk signal som tilfredstiller Dirichlet krav, så er Syntese likn.: x(t) = c k e ȷ2πkf0t. k= Analyse likn.: ck = 1 T p x(t)e ȷ2πlf0t dt. T p Dirichlets krav: 1. Signalet x(t) har et endelig antall diskontinuiteter innenfor enhver periode. 2. Signalet x(t) innehar et endelig antall maks og min punkter innenfor enhver periode. 3. Signalet x(t) er absolutt integrerbar innefor enhver periode, dvs T p x(t) dt <. I praksis vil alle periodiske signaler av interesse tilfredstille disse kravene. Andre periodiske signaler kan også ha en Fourier rekke 17/26

18/26 Fourier transformasjonen til CT signaler Betrakt et aperiodisk signal x(t) med endelig lengde. Konstruer et periodisk signal x p (t) med periode T p. Da er x(t) = lim x p(t). T p

19/26 Fourier transformasjonen til CT signaler, fortsettelse Hvis x(t) er et aperiodisk signal som tilfredstiller the Dirichlet krav, så er Syntese likn,: x(t) = X(f)e ȷ2πft df. Analyse likn.: X(f) = x(t)e ȷ2πft dt. Dirichlets krav: 1. Signalet x(t) har et endelig antall diskontinuiteter. 2. Signal x(t) innehar et endelig antall maks og min punkter. 3. Signal x(t) er absolutt integrerbart, dvs x(t) dt <. Alle signaler av praktisk interesse tilfedstiller disse kravene.

20/26 Diskret tid Fourier rekker. Gitt et signal x[n] med periode N, dvs. x[n] = x[n + N] N. Da har vi: N 1 Syntese likn.: x[n] = c k e ȷ2πkn/N. Analyse likn.: cl = 1 N k=0 N 1 n=0 x[n]e ȷ2πln/N, l = 0, 1,..., N 1. {c k } representerer amplitude og fase til frekvenskoeffisienten s k [n] = e ȷ2πkn/N = e ȷΩ kn, Ω k = 2πk/N. {c k } er periodisk med periode N. Endelig mengde informasjon i både tid og frekvens. Dette kan datamaskiner håndtere!!!

21/26 Diskret tid Fourier rekker. Energitetthetsspekter av periodiske sekvenser: Gjennomsnittlig energi av et diskret tid periodisk signal: P x = 1 N 1 N x[n] 2 = N 1 c k 2. n=0 k=0 Dvs. energien må være lik i tid og frekvens Parseval s relasjon. Fourier rekker av reelle diskrete periodiske signaler: Hvis x[n] er reell (x [n] = x[n]), så er c k = c k, eller også Like symmetri: c k = c k, Ulike symmetri: c k = c k. Reelle signaler kan uttrykkes som x[n] = c 0 + 2 L k=1 c k cos( 2π N kn + θ k) = a 0 + L ( k=1 ak cos( 2π N kn) b k sin( 2π N kn), hvor a 0 = c 0, a k = 2 c k cos θ k, b k = 2 c k sin θ k, og L = N/2 hvis N like og L = (N 1)/2 hvis N ulike.

22/26 Fourier transformasjonen til diskrete ikke-periodiske signaler. X(Ω) = n= x[n]e ȷΩn. X(Ω) representerer frekvensinnholdet i signalet x[n], dvs. X(Ω) er en dekomposisjon av x[n] inn i sine frekvenskomponenter. Unik over frekvensintervallet ( π, π), eller ekvivalent (0, 2π). X(Ω) er periodisk med periode 2π. π x[n] = 1 X(Ω)e ȷΩn dω. 2π π

23/26 Fourier transformasjonen til diskrete ikke-periodiske signaler, fortsettelse Konvergerer: X N (Ω) = N n= N x[n]e ȷΩn konvergerer uniformt til X(Ω), dvs. lim {sup Ω X(Ω) X N (Ω) } = 0. N Garantert hvis x[n] er absolutt summerbar. Mulig med kvadratisk summerbare sekvenser hvis mean-square konvergenskriterium er oppfylt. Energitetthetsspekter E x = n= x[n] 2 = 1 2π π π X(Ω) 2 dω.

24/26 Diskret tid Fourier transform; DTFT Notasjon: Analyse : X(Ω) F {x[n]} = Alternativt: X(F) = n= n= x[n]e ȷ2πFn. Syntese : x[n] F 1 {X(Ω)} = 1 Alternativt: x[n] = x[n] F X(Ω). 1/2 1/2 2π X(F)e ȷ2πnF df. x[n]e ȷΩn. 2π X(Ω)eȷΩn dω.

25/26 Fra z-transf. til DTFT Finner X(Ω) ved å evaluere z-transformasjonen langs enhetssirkelen. X(z) Z{x[n]} = R=1 n= x[n]z n = n= x[n]e j2πfn

26/26 End of show...