Chương 22 Chương
BK TP.HCM
Tín hiệu và Hệ thống Tín hiệu và Hệ thống Rời Rạc Thời Gian Rời Rạc Thời Gian
T.S. Đinh Đức Anh Vũ
Faculty of Computer Science and Engineering HCMC University of Technology 268, av. Ly Thuong Kiet, District 10, HoChiMinh city (08) 864-7256 (ext. 5843) Telephone : Fax : (08) 864-5137 Email : anhvu@hcmut.edu.vn http://www.cse.hcmut.edu.vn/~anhvu
Nội dung (1) Nội dung (1)
§ Tín hiệu RRTG “ Các t/h cơ bản “ Phân loại t/h “ Các phép toán cơ bản
§ Hệ thống RRTG “ Mô tả vào-ra “ Mô tả sơ đồ khối “ Phân loại h/t RRTG
§ Phân tích hệ LTI trong miền thời gian
“ Phân giải t/h RRTG ra đáp ứng xung đơn vị “ Tích chập vàcác thu ộc tính “ Biểu diễn hàm đáp ứng xung đơn vị cho hệ: nhân quả, ổn định “ Hệ FIR, IIR
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
2
Nội dung (2) Nội dung (2)
§ Phương trình sai phân
“LTI và phương trình sai phân tuyến tính hệ số hằng “Giải PTSPTT HSH “Đáp ứng xung đơn vị của h/t đệ qui LTI
§ Hiện thực hệ RRTG
“Cấu trúc trực tiếp dạng 1 “Cấu trúc trực tiếp dạng 2 § Tương quan giữa các t/h
“Tương quan và tự tương quan “Thuộc tính của tương quan “Tương quan của các t/h tuần hoàn “Giải thuật tính sự tương quan
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
3
Tín hiệu RRTG Tín hiệu RRTG
§ Giới thiệu
“ Ký hiệu: x(n), n: nguyên “ x(n) chỉ được định nghĩa tại các điểm rời rạc n, không được định nghĩa tại các điểm khác (không cóngh ĩa làx(n) bằng 0 tại các điểm đó)
“ x(n) = xa(nTs)
(Ts: chu kỳ mẫu)
“ n: chỉ số của mẫu tín hiệu, ngay cả khi t/h x(n) không phải đạt được từ lấy mẫu t/h xa(t)
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
4
Tín hiệu RRTG Tín hiệu RRTG
§ Một số dạng biểu diễn
1) Dạng hàm
x(n) =
1, n = 1, 3 4, n = 2 0, n khác
2) Dạng bảng
n |…-2 -1 0 1 2 3 4 5… x(n) |... 0 0 0 1 4 1 0 0…
3) Dạng chuỗi
↑: chỉ vị trín=0
{…,0,0,1,4,1,0,0,…}t/h vô h ạn
{0,0,1,4,1,0,0}
t/h hữu hạn
4) Dạng đồ thị
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
5
Tín hiệu RRTG cơ bản Tín hiệu RRTG cơ bản
δ(n)
§ T/h mẫu đơn vị (xung đơn vị) “Ký hiệu: “Định nghĩa:
1
n
0
=
( ) n
d
0
n
„
(cid:236) = (cid:237) 0 (cid:238)
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
6
Tín hiệu RRTG cơ bản Tín hiệu RRTG cơ bản
§ T/h bước đơn vị
u(n)
“Ký hiệu: “Định nghĩa:
1
n
0
‡
u n ( )
n
0
<
(cid:236) = (cid:237) 0 (cid:238)
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
7
Tín hiệu RRTG cơ bản Tín hiệu RRTG cơ bản
ur(n)
§ T/h dốc đơn vị “Ký hiệu: “Định nghĩa:
n n
0
‡
u n ( ) r
0
n
0
<
(cid:236) = (cid:237) (cid:238)
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
8
Tín hiệu RRTG cơ bản Tín hiệu RRTG cơ bản
§ T/h mũ
x(n) = an, "n
“Định nghĩa: “Hằng số a • a: thực • a: phức
fi x(n): t/h thực fi a ” rejq fi x(n)= r nejθn
= rn(cosθn + jsinθn)
2 cách biểu diễn
xR(n) = rncosθn xI(n) = rnsinθn
hoặc
| x(n) | = rn —x(n) = θn
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
9
Tín hiệu RRTG cơ bản Tín hiệu RRTG cơ bản
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
T/h mũ x(n)=an (với a=0.9) giảm dần khi n tăng T/h mũ x(n)=an (với a=1.5) tăng dần khi n tăng
10
Tín hiệu RRTG cơ bản Tín hiệu RRTG cơ bản
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
xr(n) = (1.5)ncos(πn/10) xr(n) = (0.9)ncos(πn/10)
11
Phân loại tín hiệu RRTG Phân loại tín hiệu RRTG
§ T/h năng lượng vàt/h công su ất
+¥
“Năng lượng của t/h x(n)
2
( )
xEx n
= (cid:229)
-¥
• Nếu Ex hữu hạn (0 < Ex < ¥) fi x(n): t/h năng lượng
N
“Công suất TB của t/h x(n)
2
( )
Px n = N
1 + (cid:229) lim 1 N޴ 2
n N =-
N
2
“Năng lượng t/h trên khoảng [-N,N]
( )
Ex n N
• Nếu Px hữu hạn (0 < Px < ∞) fi x(n): t/h công suất = (cid:229)
n N =-
• Năng lượng t/h
E
=
lim N E
N
޴
• Công suất t/h
P
E
=
N
1
N
1 lim N޴ 2 +
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
12
Phân loại tín hiệu RRTG Phân loại tín hiệu RRTG
§ T/h tuần hoàn vàkhông tu ần hoàn
“x(n) tuần hoàn chu kỳ N (cid:219) x(n+N) = x(n), "n
“Năng lượng
• Hữu hạn nếu 0 ≤ n ≤ N –1 vàx(n) h ữu hạn • Vô hạn nếu –¥ ≤ n ≤ +¥
“Công suất hữu hạn
1
N
-
2
( )
1 = (cid:229) Px n N
0
n
=
(cid:222) T/h tuần hoàn làt/h công su ất
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
13
Phân loại tín hiệu RRTG Phân loại tín hiệu RRTG
§ T/h đối xứng (chẵn) và bất đối xứng (lẻ)
“Cho t/h x(n) thực • x(n) = x(–n), "n • x(n) = –x(–n), "n
fi t/h chẵn fi t/h lẻ
“Bất cứ t/h nào cũng được biểu diễn x(n) = xe(n) + xo(n)
• Thành phần t/h chẵn
xe(n) = (½)[x(n) + x(–n)]
• Thành phần t/h lẻ
xo(n) = (½)[x(n) –x(–n)]
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
14
T/h RRTG: Các phép toán cơ bản T/h RRTG: Các phép toán cơ bản
§ Các phép toán cơ bản
Phép biến đổi biến độc lập (thời gian)
: co giãn
“Delay : làm trễ (TD) “Advance : lấy trước (TA) “Folding : đảo (FD) : cộng “Addition “Multiplication: nhân “Scaling
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
15
T/h RRTG: Các phép toán cơ bản T/h RRTG: Các phép toán cơ bản
§ Biến đổi biến độc lập (thời gian)
"k >0
• y(n) = x(n–k) • y(n) là kết quả của làm trễ x(n)
đi k mẫu
x(n) “ Phép làm trễ: dịch theo thời gian bằng cách thay thế n bởi n–k
• Trên đồ thị: phép delay chính là DỊCH PHẢI chuỗi t/h đi k mẫu
Làm trễ Lấy trước
"k >0
• y(n) = x(n+k) • y(n) là kết quả của lấy trước
x(n) đi k mẫu
• Trên đồ thị: phép lấy trước
chính là DỊCH TRÁI chuỗi t/h đi k mẫu
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
“ Phép lấy trước: dịch theo thời gian bằng cách thay thế n bởi n+k y(n) = x(n–k)
16
T/h RRTG: Các phép toán cơ bản T/h RRTG: Các phép toán cơ bản
§ Biến đổi biến độc lập (thời gian) “ Phép đảo: thay thế n bởi –n
• y(n) = x(–n) • y(n) là kết quả của việc đảo tín
hiệu x(n)
• Trên đồ thị: phép folding chính là ĐẢO đồ thị quanh trục đứng
x(n)
Chú ý
• FD[TDk[x(n)]] „ TDk[FD[x(n)]] • Phép đảo vàlàm tr ễ không hoán
vị được
Đảo Đảo
y(n) = x(-n)
• y(n) = x(μn) • y(n) là kết quả của việc co giãn
t/h x(n) hệ số µ
• Phép tái lấy mẫu nếu t/h x(n) có được bằng cách lấy mẫu xa(t)
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
“ Phép co giãn theo thời gian: thay thế n bởi µn (µnguyên) μ: nguyên
17
T/h RRTG: Các phép toán cơ bản T/h RRTG: Các phép toán cơ bản
n: [–∞,+∞]
Cho hai t/h x1(n) và x2(n)
§ Phép cộng
n: [–∞,+∞]
y(n) = x1(n) + x2(n)
§ Phép nhân
n: [–∞,+∞]
y(n) = x1(n).x2(n)
§ Phép co giãn biên độ
n: [–∞,+∞]
y(n) = ax1(n)
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
18
Hệ thống RRTG Hệ thống RRTG
§ Giới thiệu
“Tín hiệu đã chuyển sang dạng biểu diễn số (cid:222) Cần thiết
kế thiết bị, chương trình để xử lý nó
“Hệ thống RRTG = thiết bị, chương trình nói trên
y(n) x(n)
Hệ thống RRTG
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
Tín hiệu vào (Tác động) x(n) Tín hiệu ra (đáp ứng) y(n) = T[x(n)]
19
H/t RRTG: Mô tả quan hệ vào-ra H/t RRTG: Mô tả quan hệ vào-ra
§ Chỉ quan tâm mối quan hệ vào–ra § Không để ý đến kiến trúc bên trong của hệ § Xem hệ như là
y(n) = T[x(n)]
n
§ Ví dụ bộ tích lũy
ynx k ()( )
=
(cid:229)
-¥
n
1
-
=
()( ) xkx n +
(cid:229)
-¥ ynx n (1)( ) =- +
Nếu n ‡ n0 (chỉ tính đáp ứng từ thời điểm n0),
fi
y(n0) = y(n0 –1) + x(n 0)
y(n0 – 1): điều kiện đầu, bằng tổng các t/h áp lên h/t trước thời điểm n0 Nếu y(n0 –1) = 0
fi h/t ở trạng thái nghỉ (không cótác động trước n0)
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
20
H/t RRTG: Mô tả sơ đồ khối H/t RRTG: Mô tả sơ đồ khối
§ Kết nối các khối phần tử cơ bản
“ Bộ cộng
x1(n)
y(n) =x1(n)+x2(n) +
x2(n)
“ Bộ trễ đơn vị
a “ Bộ co-giãn x(n) y(n) = ax(n) x(n) y(n) = x(n–1)
Z–1
“ Bộ nhân
x1(n) “ Bộ tiến đơn vị
y(n) =x1(n).x2(n) x(n) y(n) = x(n+1) x Z x2(n)
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
Dấu * dùng để chỉ một phép toán khác –tích ch ập (nói sau)
21
H/t RRTG: Mô tả sơ đồ khối H/t RRTG: Mô tả sơ đồ khối
§ Ví dụ
“Mô tả bằng sơ đồ cấu trúc cho hệ cóquan h ệ vào ra sau: y(n) = 2x(n) –3x(n–1) + 1.5y(n–1) + 2y(n–2)
“Đặc tả điều kiện đầu của hệ: {trị các ô Z–1}
2 y(n) x(n)
+ +
Z–1 Z–1 1.5 –3 +
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
Z–1 2
22
H/t RRTG: Phân loại H/t RRTG: Phân loại
§ Một hệ thống được gọi làcótính ch ất X nếu tính chất X
thoả mãn cho mọi tín hiệu vào của hệ thống đó
§ Hệ động – hệ tĩnh
“ Hệ tĩnh
• Ngõ xuất chỉ phụ thuộc các mẫu ở thời điểm hiện tại (không phụ thuộc
mẫu tương lai hay quákh ứ)
§ Không xuất hiện các ô Z–1 trong sơ đồ khối § Không xuất hiện các x(n–k) hay y(n–k) trong quan hệ vào ra
“ Hệ động
• Không dùng bộ nhớ
§ Cóxu ất hiện các ô Z–1 trong sơ đồ khối § Cóxu ất hiện các x(n–k) hay y(n–k) trong quan hệ vào ra
• Ngõ xuất tại thời điểm n phụ thuộc các mẫu trong [n–N, n] (N ≥ 0) • Hệ códùng b ộ nhớ
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
• N = 0 fi h/t tĩnh • ¥ > N > 0 fi h/t có bộ nhớ hữu hạn • N = ¥ fi h/t có bộ nhớ vô hạn
23
H/t RRTG: Phân loại H/t RRTG: Phân loại
§ Hệ biến thiên và bất biến theo thời gian
“Hệ bất biến theo thời gian
• Đặc trưng vào-ra không thay đổi theo thời gian • Định lý:
T
Hệ nghỉ T là bất biến nếu vàch ỉ nếu
()( )
xny n(cid:190)(cid:190)fi
T
(cid:222)
xnkynkxn ()()(),
k -(cid:190)(cid:190)fi-"
"
“Hệ biến thiên theo thời gian • Hệ không cótính ch ất trên
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
24
H/t RRTG: Phân loại H/t RRTG: Phân loại
§ Hệ tuyến tính vàphi tuy ến
“Hệ tuyến tính
• Hệ thoả nguyên lý xếp chồng • Định lý:
Hệ làtuy ến tính nếu vàch ỉ nếu: T[a1x1(n) + a2x2(n)] = a1T[x1(n)] + a2T[x2(n)] "ai, "xi(n)
• Tính chất co giãn:
nếu a2 = 0 fi T[a1x1(n)] = a1T[x1(n)]
• Tính chất cộng:
nếu a1 = a2 = 1 fi T[x1(n) + x2(n)] = T[x1(n)] + T[x2(n)]
“Hệ phi tuyến
• Hệ không thoả mãn nguyên lý xếp chồng
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
y(n) = T(0) ≠ 0
25
H/t RRTG: Phân loại H/t RRTG: Phân loại
§ Hệ nhân quả vàkhông nhân qu ả
“Hệ nhân quả
• Hệ chỉ phụ thuộc các mẫu hiện tại vàquákh ứ, không
phụ thuộc các mẫu tương lai
• Định lý:
Hệ T được gọi lànhân qu ả nếu như đáp ứng tại n0 chỉ phụ thuộc vào tác động tại các thời điểm trước n0 (ví dụ: n0 –1, n 0 –2, …)
y(n) = F[x(n), x(n–1), x(n–2), …]
“Hệ không nhân quả: hệ không thoả định lý trên
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
26
H/t RRTG: Phân loại H/t RRTG: Phân loại
§ Hệ ổn định vàkhông ổn định
“Hệ ổn định • Định lý:
Hệ nghỉ được gọi làBIBO ổn định nếu vàch ỉ nếu mọi ngõ nhập hữu hạn sẽ tạo ra ngõ xuất hữu hạn
"x(n): │x(n)│ ≤ Mx < ¥ fi │y(n)│ = │T[x(n)]│ ≤ My < ¥
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
27
H/t RRTG: Kết nối H/t RRTG: Kết nối
§ Cóth ể kết nối các hệ RRTG nhỏ, cơ bản, thành các
hệ thống phức tạp hơn
x(n) y(n) y1(n)
§ Hai cách kết nối
T1 T2
“Nối tiếp
y(n)
với Tc ” T2T1
= T2[T1[x(n)]] y1(n) = T1[x(n)] = Tc[x(n)] y(n) = T2[y1(n)] • Thứ tự kết nối làquan tr ọng T2T1 ≠ T1T2 • Nếu T1, T2 tuyến tính và bất biến theo thời gian
Tc
“Song song y(n)
Tp y1(n) § Tc ” T2T1 bất biến theo thời gian § T1T2 = T2T1 T1 y(n) x(n) +
y2(n)
= T1[x(n)] + T2[x(n)] = (T1+T2)[x(n)] = Tp[x(n)]
với Tp”T1+T2
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
T2
28
H/t LTI: Phân tích h/t tuyến tính H/t LTI: Phân tích h/t tuyến tính
§ Kỹ thuật phân tích h/t tuyến tính
§ Phân giải t/h nhập
k
k
xncx n= (cid:229) ()( )
k
“ Biểu diễn quan hệ vào/ra bằng phương trình sai phân vàgi ải nó “ Phân tích t/h nhập thành tổng các t/h cơ sở sao cho đáp ứng của h/t đối với các t/h cơ sở làxác định trước. Nhờ tính chất tuyến tính của h/t, đáp ứng của h/t đối với t/h nhập đơn giản bằng tổng các đáp ứng của h/t với các t/h cơ sở
=
=
k
( )
]
=
giả sử yk(n) = T[xk(n)] ynTx n ()[()]
(cid:229) [()] Tcx n k k cTx n [ k
k
(cid:229)
(
)
( )
(cid:222)
=
k
k
k (cid:229) yncy n k
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
29
H/t LTI –Phân gi ải t/h nhập H/t LTI –Phân gi ải t/h nhập
§ Phân giải t/h nhập ra đáp ứng xung đơn vị
xk(n) = δ(n–k)
“ Chọn các t/h thành phần cơ sở “ Ta có x(n)δ(n–k) = x(k)δ(n–k) "k
)
d
-
k
¥ (cid:229) xnxkn k ()()( = =-¥
“ Biểu thức phân tích t/h x(n)
x(n) = {2 4 3 1} “ Ví dụ:
§ Đáp ứng của h/t LTI với t/h nhập bất kỳ: tích chập
thì x(n) = 2δ(n+2) + 4δ(n+1) + 3δ(n) + δ(n–1)
“ Đáp ứng y(n, k) của h/t với xung đơn vị tại n=k được biểu diễn bằng h(n, k)
• n: chỉ số thời gian • k: tham số chỉ vị trí xung đơn vị
y(n, k) ” h(n, k) = T[δ(n–k)] –¥ < k < ¥
“ Nếu t/h nhập được co giãn hệ số ck ” x(k), đáp ứng của h/t cũng co giãn
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
ckh(n, k) = x(k)h(n, k)
30
H/t LTI –Tích ch ập H/t LTI –Tích ch ập
()[()] ynTx n
=
§ Tích chập
d
-
=
¥ (cid:229) [()()] Txkn k k =-¥
¥
xkTn k ()[()] d
-
=
(cid:229)
k
=-¥
¥
xkhn k ()(, )
=
(cid:229)
k
=-¥
y(n) x(n) LTI
¥
-
“ Biểu thức trên đúng với mọi h/t tuyến tính nghỉ (bất biến hoặc biến thiên) “ Đối với hệ LTI, nếu h(n) = T[δ(n)] thìh(n–k) = T[ δ(n–k)]
k
(cid:229) ynxkhn k ()()( ) = =-¥
(cid:222)
“ H/t LTI được đặc trưng hoàn toàn bằng hàm h(n), trong khi h/t tuyến tính
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
biến thiên thời gian yêu cầu một số vô hạn các đáp ứng xung đơn vị h(n, k): mỗi hàm h(n, k) cho mỗi thời gian trễ
31
H/t LTI –Tích ch ập H/t LTI –Tích ch ập
§
Cách tính ngõ xuất của h/t tại một thời điểm n0
¥
-
ynxkhn ()()( = 0
0
k
(cid:229) k ) =-¥
1. Đảo: 2. Dịch:
: dịch h(–k) đi một
h(k) fi h(–k): đối xứng h(k) quanh trục k=0 h(–k) fi h(–k + n0)
3. Nhân: 4. Cộng:
đoạn n0 sang phải (trái) nếu n0 dương (âm) vn0(k) = x(k) h(–k + n0) tổng tất cả chuỗi vn0(k)
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
32
H/t LTI –Tích ch ập H/t LTI –Tích ch ập
§ Trong biểu thức tích chập, nếu thay m=n–k (tức
k=n–m), ta có
¥
-
(cid:229)
¥ (cid:229) ()()()()( ) ynxnmhmxnkh k =-= m
k
=-¥=-¥
“Công thức này cho cùng kết quả như công thức tích
chập, nhưng thứ tự tính toán khác nhau
“Nếu
vvnn(k) = w
(k) = wnn(n(n––k)k)
vn(k) = x(k)h(n–k) wn(k) = x(n–k)h(k)
¥
¥
()()(
(cid:222)
n
(cid:229)
(cid:229) ynvkwn k ) n == k
- k
=-¥=-¥
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
33
H/t LTI –Tích ch ập H/t LTI –Tích ch ập
§ Tóm tắt
x(n)
y(n)
h(n) : Hàm đáp ứng xung đơn vị của hệ LTI
)( ny
)(*)( nx nh
)( ny
nh
)(*)( nx
=
=
¥
¥
()( knhkx
)
=
-
=
( khknx )() -
LTI: h(n)
(cid:229)
(cid:229)
k
k
-¥=
-¥=
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
34
H/t LTI –Tính ch ất tích chập H/t LTI –Tính ch ất tích chập
§ Giao hoán x(n)*h(n) = h(n)*x(n)
h(n) y(n) y(n) x(n)
§ Kết hợp
[x(n)*h1(n)]*h2(n) = x(n)*[h1(n)*h2(n)]
h(n) x(n)
h1(n) h2(n)
Giao hoán h2(n) h1(n)
Kết hợp
h = h1(n)*h2(n)
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
35
H/t LTI –Tính ch ất tích chập H/t LTI –Tính ch ất tích chập
§ Phân phối
x(n)*[h1(n) + h2(n)] = x(n)*h1(n) + x(n)*h2(n)
h1(n)
x(n) y(n) x(n) y(n)
+ Phân phối h(n) = h1(n) + h2(n)
“ Ví dụ: dùng tích chập, xác định đáp ứng của hệ thống
h2(n)
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
• x(n) = anu(n) và h(n) = bnu(n) trong cả 2 truờng hợp a=b và a≠b • x(n) = {…0, 1, 2, 1, 1, 0…} vàh(n) = δ(n) – δ(n–1) + δ(n–4) + δ(n–5)
36
H/t LTI –Tính nhân qu ả H/t LTI –Tính nhân qu ả
§ Một hệ LTI lànhân qu ả nếu vàch ỉ nếu các đáp ứng xung
của nó bằng 0 đối với các giátr ị âm của n [tức, h(n) = 0, "n < 0]
n
)
-
(cid:229)
k
¥ (cid:229) ynhkxnkxkhn k ()()()()( =-= k 0 ==-¥
Qui ước “ Chuỗi bằng 0 "n < 0 “ Chuỗi khác 0 "n: n<0 vàn>0
fi chuỗi nhân quả fi chuỗi không nhân quả
§ Nếu t/h nhập làchu ỗi nhân quả [x(n) = 0, "n < 0]
n
)
-
(cid:229)
0
k
n (cid:229) ynhkxnkxkhn k ()()()()( =-= 0 k =
=
“ Đáp ứng của h/t nhân quả với chuỗi nhân quả lànhân qu ả [y(n) =
0, "n<0]
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
37
H/t LTI –Tính ổn định H/t LTI –Tính ổn định
§ Hệ LTI là ổn định nếu hàm đáp ứng xung đơn vị làkh ả tổng
tuyệt đối “ Chứng minh
-
Tacó
¥ (cid:229) ynxnkh k ()()( ) = k =-¥ xn M ( )
£
x
(cid:236) (cid:239) (cid:237) (cid:239) (cid:238)
¥
£
x
(cid:229)
¥¥ (cid:229)(cid:229) ynxnkhkxnkhkMh k ()()()()()( ) =-£- kk
k
=-¥=-¥=-¥
¥
ynMnêuSh k ()( )
£<¥=< ¥ y
h
(cid:229)
k
=-¥
§ Ví dụ: xác định tầm giátr ị a, b sao cho hệ LTI sau ổn định
n
0
n
a
‡
()11
hn
n 1
0 =-£ < n b
n
< -
(cid:236) (cid:239) (cid:237) (cid:239) (cid:238) DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
38
H/t LTI –FIR vàIIR H/t LTI –FIR vàIIR
§ Hệ có đáp ứng xung hữu hạn – FIR (Finite-duration Impulse
-
k
Response) “ h(n) = 0 "n: n < 0 vàn ≥ M M 1 - (cid:229) ynhkxn k ()()( ) = 0
=
“ Hệ FIR có bộ nhớ độ dài M
§ Hệ có đáp ứng xung vô hạn – IIR (Infinite-duration Impulse
Response) “ Giả sử h/t cótính nhân qu ả
¥
-
(cid:229) ynhkxn k ()()( ) = 0
k
=
“ Hệ IIR có bộ nhớ vô hạn
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
39
H/t RRTG – Đệ qui H/t RRTG – Đệ qui
§ Trung bình tích lũy của t/h x(n) trong khoảng 0 ≤ k ≤ n
n
ynx k ()( ) =
n
1 + (cid:229) 1 = k
0 “ Việc tính y(n) đòi hỏi lưu trữ tất cả giátr ị của x(k)
x(n)
y(n)
(cid:222) khi n tăng, bộ nhớ cần thiết cũng tăng
§ Cách khác để tính y(n): đệ qui n 1 - (cid:229) nynxkxnnynx n (1)()()()(1)( ) +=+=- + k 0 =
1 n+1
(cid:222)=- +
1
1
n ynynx n ()(1)( ) n +
1 +
+ x
n • y(n0 – 1): điều kiện đầu
n
§ H/t đệ qui là hệ cóy(n) ph ụ thuộc không chỉ t/h nhập màcòn giátr ị
quákh ứ của ngõ xuất
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
Z–1 x
40
H/t RRTG – Đệ qui H/t RRTG – Đệ qui
y(n) = F[x(n), x(n–1), …, x(n–M)]
§ H/t không đệ qui nếu § Khác nhau cơ bản giữa h/t đệ qui và h/t không đệ qui
x(n)
x(n)
y(n)
y(n)
F[x(n), x(n–1), …, x(n–M)]
F[x(n), x(n–1), …, x(n–M), y(n–1), y(n–2), …, y(n–N)]
§ Ý nghĩa
“ H/t đệ qui phải tính các giátr ị ngõ xuất ở quákh ứ trước “ H/t không đệ qui cóth ể xác định giátr ị ngõ xuất ở thời điểm bất kỳ
màkhông c ần tính giátr ị ngõ xuất ở quákh ứ
“ Hệ đệ qui: hệ tuần tự “ Hệ không đệ qui: hệ tổ hợp
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
Z-1
41
H/t LTI RRTG –ph/trình sai phân H/t LTI RRTG –ph/trình sai phân hệ số hằng hệ số hằng
§ Tập con của h/t đệ qui và không đệ qui § Ví dụ h/t đệ qui được mô tả bởi PTSP bậc 1: y(n) = ay(n–1) + x(n)
y(0) = ay(–1) + x(0) y(1) = ay(0) + x(1) = a2y(–1) + ax(0) + x(1) … y(n) = ay(n–1) + x(n) = an+1y(–1) + anx(0) + an-1x(1) + …+ ax(n–1) + x(n) Hoặc
k
1 n + ynayaxnk ()(1)()
n =-+-" ‡ (cid:229) n 0 0 k =
“ Phương trình xuất nhập cho hệ LTI “ Tác động vào h/t t/h x(n) "n ≥ 0 vàgi ả sử tồn tại y(–1)
• Bộ nhớ biểu diễn trạng thái h/t fi h/t ở trạng thái 0 (đáp ứng trạng thái 0 hoặc
đáp ứng cưỡng bức – yzs(n))
k
“ Nếu h/t nghỉ tại n=0, bộ nhớ của nó bằng 0, do đóy(–1) = 0
n (cid:229) ynaxn k ) ()( zs 0 k =
• Đây làtích ch ập của x(n) vàh(n) = a nu(n) • Đáp ứng trạng thái 0 phụ thuộc bản chất h/t vàt/h nh ập
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
= -
42
H/t LTI RRTG –ph/trình sai phân H/t LTI RRTG –ph/trình sai phân hệ số hằng hệ số hằng
§ Nếu h/t không nghỉ [tức y(–1) ≠ 0] vàx(n) = 0 "n: hệ
n
1 +
thống không cót/h nh ập “ Đáp ứng không ngõ nhập (hay đáp ứng tự nhiên) yzi(n) -
()(1) y =
ziyna
“ H/t đệ qui với điều kiện đầu khác không là hệ không nghỉ, tức nó
vẫn tạo ra đáp ứng ngõ ra ngay cả khi không cót/h nh ập (đáp ứng này do bộ nhớ của h/t)
“ Đáp ứng không ngõ nhập đặc trưng cho chính h/t: nóph ụ thuộc bản
chất h/t và điều kiện đầu +
ynyny n ()()( )= zizs
§ Tổng quát § Dạng tổng quát của PTSPTT HSH
M
k
(cid:229)
k
0
N (cid:229) ynaynkbxn k ()()( ) =--+ k k 1 =
=
-
N
M
“ N: bậc của PTSP
hoac
k
k
0
(cid:229)
(cid:229)
k
k
0
0
=
=
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
a aynkbxnk ()()(1) -=- ”
43
H/t LTI RRTG –ph/trình sai phân H/t LTI RRTG –ph/trình sai phân hệ số hằng hệ số hằng
§ Xem lại các t/chất tuyến tính, bất biến thời gian và ổn định
của h/t đệ qui được mô tả bằng PTSP TT HSH “ Hệ đệ qui cóth ể nghỉ hay không tùy vào điều kiện đầu
§ Tuyến tính
“ Hệ làtuy ến tính nếu nóth ỏa
1. Đáp ứng toàn phần bằng tổng đáp ứng trạng thái không và đáp ứng
không ngõ nhập y(n) = yzs(n) + yzi(n)
2. Nguyên tắc xếp chồng áp dụng cho đáp ứng trạng thái không (tuyến
tính trạng thái không)
3. Nguyên tắc xếp chồng áp dụng cho đáp ứng không ngõ nhập (tuyến
“ Hệ không thoả một trong 3 đ/k trên là hệ phi tuyến “ Hệ đệ qui được mô tả bằng PTSP HSH thỏa cả 3 đ/k trên fi tuyến
tính
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
tính không ngõ nhập)
44
H/t LTI RRTG –ph/trình sai phân H/t LTI RRTG –ph/trình sai phân hệ số hằng hệ số hằng
Ví dụ: xét tính chất tuyến tính của hệ y(n) = ay(n–1) + x(n)
§
“ Đ/k 1.
k
n 0 ynaxnk ()() zs (cid:222)= ynyny n ()()( ) + zszi
n (cid:229) k =-" ‡ 0 = 1 n + =-" ‡
“ Đ/k 2.
• Giả sử x(n) = c1x1(n) + c2x2(n)
n
k
()(1) n 0 ynay zi (cid:252) (cid:239) (cid:253) (cid:239) (cid:254)
112 2
(cid:229)
0
k
n (cid:229) k ynaxnkacxnkcxn k ()()[()()] =-=-+ zs 0 k =
=
n
n
k
-
(cid:229)
0
k
=
) - ()( 2
2
(cid:229) k caxnkcaxn k =-+ 112 0 k = (1)(2) cyncy 1 zszs
“ Đ/k 3.
• Giả sử y(–1) = c1y1(–1) + c2y2(–1)
n
1 +
x(n) y(n) n ()( ) + = +
n 1 + ynayacyc y ()(1)[(1)(1)] =-=-+ zi
112
2
n
1 +
Z–1 - a
1 n + cayca =-+ 112 (1)(2) cyncy zizi 1
2
“ Vậy y(n) tuyến tính
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
y (1)(1) - 2 n ()( ) + =
45
H/t LTI RRTG –ph/trình sai phân H/t LTI RRTG –ph/trình sai phân hệ số hằng hệ số hằng
“ ak và bk là hằng số fi PTSP HSH là bất biến theo thời gian “ H/t đệ qui được mô tả bằng PTSP HSH làLTI
§ Bất biến thời gian
“ H/t BIBO ổn định nếu vàch ỉ nếu với mọi ngõ nhập hữu hạn và mọi điều kiện đầu hữu
hạn, đáp ứng của toàn h/t là hữu hạn
“ Ví dụ: xác định giátr ị a để h/t y(n) = ay(n–1) + x(n) ổn định
"n ≥ 0
• Giả sử │x(n)│≤ Mx < ¥
n
n
1 +
)
k -
(cid:229)
(cid:229)
nkn 1 + ynayaxnkayaxn k ()(1)()(1)( =-+-£-+ k
k
0
0
=
=
k
(1)
a
n 1 + ayM £- +
x
(cid:229)
n
1 +
a
(1)
n 1 + ayM
£-+
” x
y
1 - M 1
a
-
• n hữu hạn (cid:222) My hữu hạn vày(n) h ữu hạn độc lập với giátr ị a • Khi nfi¥, My hữu hạn chỉ nếu │a│< 1 (cid:222) My = Mx/(1 – │a│) • Vậy h/t chỉ ổn định nếu │a│< 1
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
§ Ổn định
46
Giải ph/trình sai phân tuyến tính hệ Giải ph/trình sai phân tuyến tính hệ số hằng số hằng
§ Xác định biểu thức chính xác của y(n) khi biết x(n)
(n≥0) và tập các đ/k đầu
§ 2 phương pháp
“Gián tiếp: biến đổi Z “Trực tiếp
§ Phương pháp trực tiếp
“Đáp ứng toàn phần y(n) = yh(n) + yp(n)
• yh(n): đáp ứng thuần nhất, không phụ thuộc x(n) (x(n) = 0) • yp(n): đáp ứng riêng phần, phụ thuộc x(n)
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
47
Giải ph/trình sai phân tuyến tính hệ Giải ph/trình sai phân tuyến tính hệ số hằng số hằng
N
=
() 0 ayn k - k
§ Đáp ứng thuần nhất “ Giả sử x(n) = 0
(cid:229)
k
0
=
PTSP thuầần nhn nhấấtt PTSP thu
• Giả sử đáp ứng có dạng yh(n) = λn
N
)
0
n k ( l -
=
(cid:222)
a k
(cid:229)
2
1
() 0
k 0 = nNNN -- llll
a = l
L 1
N
N
-
N - aaa +++++ hoặc 12 Biểu thức trong ngoặc đơn: đa thức đặc trưng của h/t • PT này cóN nghi ệm λ1, λ2, …, λN • Dạng tổng quát nhất của nghiệm PTSP thuần nhất (giả sử các nghiệm đơn riêng
biệt)
C
L
=++
n l
nn + ll 112 2
( ) ynCC hN N
1 -
L
L
2 n C l
Ci cóth ể được xác định nhờ vào các đ/k đầu của h/t • Nếu λ1 lànghi ệm bội bậc m, nnnmnn ynCCnCnCnC ( ) =++++++ lllll hmmmN N 11213111
+ 1
+
+
• PT này cóth ểđượ c dùng để xác định đáp ứng không ngõnh ập của h/t
(bởi vìx(n) = 0)
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
“ Cách giải PTSP TT HSH tương tự cách giải PT vi phân TT HSH
48
Giải ph/trình sai phân tuyến tính hệ Giải ph/trình sai phân tuyến tính hệ số hằng số hằng
§ Đáp ứng thuần nhất
“Ví dụ y(n) + a1y(n–1) = x(n) • Cho x(n) = 0 vàgi ả sử yh(n) = λn (cid:222) λn +a1λn–1 = 0 (cid:222) λn–1(λ+a1) = 0 (cid:222) λ = –a1 • Đáp ứng đồng dạng yh(n) = Cλn = C(–a1)n • Mặt khác,
(1)
(cid:222)=-
Ca y -
1
y
- C
ya y (0)(1) =- (0)
1 =
h
()()(1)
n
0
1 =--" ‡n + 1
ziynay
Do đó
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
49
Giải ph/trình sai phân tuyến tính hệ Giải ph/trình sai phân tuyến tính hệ số hằng số hằng
“ Đáp ứng riêng phần yp(n) thoả mãn PT
N
M
a
()()
1
-=-
”
0
aynkbxnk kp
§ Đáp ứng riêng phần
(cid:229)
(cid:229)
0
k 0
k
k
=
=
“ Ví dụ
(│a1│< 1)
y(n) + a1y(n–1) = x(n)
xác định yp(n) khi x(n) = u(n)
K + a1K = 1
(cid:222) K = 1/(1+a1)
• Đáp ứng riêng phần có dạng yp(n) = Ku(n) K: hệ số co giãn (cid:222) Ku(n) + a1Ku(n–1) = u(n) • Khi n ≥ 1, ta có • Đáp ứng riêng phần
pynu n ()( ) =
x(n)
1
1 a + 1
A yp(n) K
“ Dạng tổng quát của đáp ứng riêng phần
Amn
AnM
KMn K0nM + K1nM-1 + …+ K M An(K0nM + K1nM-1 + …+ K M)
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
K1cosω0n + K2sinω0n
50
AnnM Acosω0n Asinω0n
Giải ph/trình sai phân tuyến tính hệ Giải ph/trình sai phân tuyến tính hệ số hằng số hằng
“ Ví dụ: xác định đáp ứng toàn phần của PTSP
y(n) + a1y(n–1) = x(n)
với x(n) = u(n) vày(–1) là đ/k đầu
n
• Theo trên, ta có
§ Đáp ứng toàn phần
1
) ynC a ()( = h
n ‡
1
• Muốn xác định đáp ứng trạng thái không, ta cho y(–1) = 0
ynCa ()() n 0 (cid:222)=-+ = 1 ( ) y n p 1 a + 1 1 - 1 a + 1 (cid:236) (cid:239) (cid:237) (cid:239) (cid:238)
ya y (0)(1) 1 +- = 1
n
1 +
C (cid:222) = (0) y C = + 1 a 1 a + 1 1 1 a + 1 (cid:252) (cid:239) (cid:253) (cid:239) (cid:254)
Vậy
• Nếu tìm C dưới đ/k y(–1) ≠ 0, đáp ứng toàn phần sẽ bao gồm đáp ứng trạng thái không và
đáp ứng không ngõ nhập
n
1 +
n
1 +
1( () n = 0 ‡ yn zs ) a - - 1 a 1 + 1
1
(0)(1) 1 ya y +- = 1 ()()(1) ynay =--+ 1 (1) Ca y (cid:222)=-- + 1( ) a - - 1 0 n ‡ a 1 + 1 (0) y C = + 1 a 1 a + 1 1 = 1 a + 1 yny n ()( ) + zizs
(cid:252) (cid:239) (cid:253) (cid:239) (cid:254) DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
51
Giải ph/trình sai phân tuyến tính hệ Giải ph/trình sai phân tuyến tính hệ số hằng số hằng
§ Ngoài ra, cóth ể xác định đáp ứng riêng
phần từ đáp ứng trạng thái không
=
n
yny n ()lim( ) = pzs ޴
1
1 a + 1
“yp(n) ≠ 0 khi nfi¥: đáp ứng trạng thái đều “yp(n) =0 khi n fi¥: đáp ứng tiệm cận
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
52
Đáp ứng xung của h/t đệ qui LTI Đáp ứng xung của h/t đệ qui LTI
n
‡
ynhkxnk zs
§
x(n) = δ(n) (cid:222)
0
n (cid:229) ()()()(0) =- k =
n
hkn k ()( d
) -
=
(cid:229)
0 k = h n ( )
(cid:222) h(n) = yh(n)
= yp(n) = 0 vìx(n) = 0 khi n > 0 Bất kỳ h/t đệ qui nào được mô tả bằng PTSP TT HSH đều là IIR
N
§ § § Đáp ứng thuần nhất
n l
ynhn ()( ) ” hk k
= (cid:229) C
k
1 =
Tính ổn định
{Ci} được xác định nhờ đ/k đầu y(-1) = y(-2) = …= y(-N) = 0 §
“ Đ/k cần và đủ cho sự ổn định của một h/t nhân quả IIR được mô tả bởi PTSP TT HSH là tất cả các
nghiệm của đa thức đặc trưng cógiátr ị tuyệt đối nhỏ hơn đơn vị
N
N
¥¥
“ CM
hnC ( )
C
n l
¥ £
n l kkk
k
nnkk
(cid:229)(cid:229)(cid:229)(cid:229) (cid:229) = n 0 =
0011 ====
¥
¥
Nêukh n
l k
<"(cid:222)<¥(cid:222)< ¥(cid:229) n 1( ) l k
(cid:229)
n
0
n
0
=
=
Ngược lại nếu │λ│≥ 1, h(n) không còn khả tổng, tức h/t không ổn định
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
53
Hiện thực hệ RRTG – Cấu trúc Hiện thực hệ RRTG – Cấu trúc
x(n) y(n) v(n) b0
+
+
§ VD: Xét hệ bậc 1 y(n) = a1y(n–1) + b0x(n) + b1x(n–1)
Z–1 Z-1
Sơ đồ cấu trúc
-a1 b1
-
H1 Cấu trúc trực tiếp dạng 1 H1
1
x(n) y(n) b0
+
+
vnbxnbx n ()()(1) =+ 0 ynaynv n ()(1)( ) =-- + 1
(cid:236) (cid:237) (cid:238)
Z-1 Z–1 Hoán vị hai hệ con -a1 b1
H2
H2
Gộp hai ô nhớ x(n) y(n) w(n) b0
+
+
H3 Z-1
-a1 b1
-
0
1
(cid:236) (cid:237) (cid:238) DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
H3 Cấu trúc trực tiếp dạng 2 (dạng chuẩn tắc) wnawnx n ()(1)( ) =-- + 1 ynbwnbw n ()()(1) =+
54
Hiện thực hệ RRTG – Cấu trúc Hiện thực hệ RRTG – Cấu trúc
M
()()(
-
k
k
(cid:229)
k
0
N (cid:229) ) ynaynkbxn k =--+ k 1 =
=
Dạng II b0 x(n) y(n) x(n) y(n) Dạng I b0 + + + +
Z-1 a1 b1 Z-1 Z-1 + + a1 b1 + + Z-1 a2 b2 + + Z-1 Z-1 a2 b2 bM + + +
Z-1 aN–1 aN–1 bM–1 + + + Z-1 Z-1 Z-1 aN aN bM
Ô nhớ: M+N Ô nhớ: Max(M,N)
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
Hoán vị Gộp ô nhớ
55
Hiện thực hệ RRTG – Cấu trúc Hiện thực hệ RRTG – Cấu trúc
-
k
§ Khi ak = 0 (cid:222)
k
M (cid:229) ynbxn k ) ()( = 0 =
hệ FIR không đệ qui với
h n ( )
£ £ kkhác
kbk M 0 (cid:236) = (cid:237) 0 (cid:238)
§ Hệ bậc 2: y(n) = –a1y(n–1) – a2y(n–2) + b0x(n) + b1x(n–1) + b2x(n–2)
x(n) Z-1 Z-1
b0 y(n) x(n) b0 b2 + + + y(n)
Z-1 b1 + a1=a2=0: hệ FIR a1 b1 + +
y(n) Z-1 x(n) b0 a2 b2
+ –a1 + –a2
Z-1 Z-1
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
b1=b2=0: hệ đệ qui thuần
56
Hiện thực hệ FIR – bất đệ qui Hiện thực hệ FIR – bất đệ qui
§ Hiện thực không đệ qui
-
k
k
M (cid:229) ynbxn k ) ()( = 0 =
(0 ≤ k ≤ M)
M
“Đáp ứng xungh(k) = b k “Ví dụ
=
-
0
()
0
1
1 + (cid:229) ynxn k ) ()( M 1 = k 1 hnn M =£ £ M +
x(n)
Z–1
Z–1
Z–1
Z–1
y(n)
1 M+1
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
+ + +
57
Hiện thực hệ FIR – đệ qui Hiện thực hệ FIR – đệ qui
§ Hiện thực đệ qui
M
“Bất kỳ h/t FIR nào cũng được thực hiện theo kiểu đệ qui “Ví dụ
ynxn k ) ()( =
-
(cid:229)
1
1 M +
k
0
=
xnkxnxn (1)[()(1)]
1
1
1 M M +
k
M 1 (cid:229) =--+-- - M + 0 =
ynxnxn (1)[()(1)] =-+-- -
1 M M 1 +
x(n)
x(n–1–M)
Z–1
Z–1
Z–1
y(n)
+
– +
1 M+1
Z–1
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
+
58
Tương quan giữa các t/h RRTG Tương quan giữa các t/h RRTG
§ Ứng dụng
§ Định nghĩa
“ Đo lường sự giống nhau giữa các tín hiệu “ Trong các lĩnh vực: truyền tín hiệu, radar, sonar, …
-
+¥ (cid:229) rlxnyn l ()()( = xy n
) =-¥
T/h phát T/h nhận α D w(n) x(n) y(n) = αx(n–D) +w(n) : hệ số suy giảm t/h : thời gian trễ truyền : nhiễu đường truyền
+¥
+
(cid:229) rlxnly n ()()( ) = xy n
=-¥
y(n) so với x(n)
)
-
+¥ (cid:229) rlynxn l ()( )( = yx n
=-¥
Tương quan chéo
+
rlynlx n yx n
+¥ (cid:229) ()() ( ) = =-¥
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
x(n) so với y(n)
59
Tương quan giữa các t/h RRTG Tương quan giữa các t/h RRTG
§
Các bước để tính sự tương quan giữa y(n) so với x(n) 1. Dịch: để cóy(n–l), d ịch y(n) sang
+ phải nếu l dương + trái nếu l âm
1. Nhân: vl(n) = x(n)y(n–l) Cộng: tổng các vl(n) 2.
§
Nhận xét “ rxy(l) = ryx(–l)
“ So với tính tích chập, phép tính tương quan không phải thực hiện
phép đảo •
ryx(l) là đảo của rxy(l) qua trục l = 0
Cóth ể dùng giải thuật tính tích chập để tính tương quan và ngược lại
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
rxy(l) = x(l)*y(–l)
60
Tương quan giữa các t/h RRTG Tương quan giữa các t/h RRTG
§ Tự tương quan
)
-
+¥ (cid:229) rlxnxn l ()( )( = xx n
=-¥
+
()(
+¥ (cid:229) rlxnlx n ()() ( ) = xx n =-¥ ) -
l =
rlr xxxx
§ Tương quan của chuỗi nhân quả độ dài N [i.e x(n)=y(n)=0 khi n<0 và
n≥N]
-
N k ()()( rlxnyn l = xy
1 - - (cid:229) )
n i =
ilk
,0
l
0
‡
Với
ikl
l
0
== 0, ==
<
(cid:236) (cid:237) (cid:238)
-
N k ()()( rlxnxn l = xx
1 - - (cid:229) )
n i =
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
61
Tương quan giữa các t/h RRTG Tương quan giữa các t/h RRTG
§ Tính chất của sự tương quan giữa các t/h năng lượng “ Năng lượng của t/h chính là sự tự tương quan tại l = 0
+¥
2
=
rxn xx
x
(cid:229) E (0)( ) = n
=-¥
“ Trung bình nhân của năng lượng làgiátr ị lớn nhất của chuỗi tương
quan
£
rlE E ( ) y xyx
r ()(0) £
”
rlE xxxxx
“ Chuỗi tương quan chuẩn hóa không phụ thuộc vào sự co giãn của
t/h (│ρxy(l)│≤ 1 và │ρxx(l)│≤ 1)
l ( )
l ( )
=
l ( )
=
r xx
r xy
l ( ) r xx E
x
r xy E E x
y
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
62
Tương quan giữa các t/h RRTG Tương quan giữa các t/h RRTG
§ Tương quan của t/h tuần hoàn
“ Cho x(n) vày(n) là2 t/h công su ất M
-
(cid:229)
rlxnyn l ()lim()( = xy M
޴
1 ) M
2
1
+
n M =-
M
-
(cid:229)
rlxnxn l ()lim()( = xx M
޴
1 ) M
2
1
+
n M =-
“ Nếu x(n) vày(n) tu ần hoàn chu kỳ N • rxy(l) và rxx(l) tuần hoàn chu kỳ N
-
1 rlxnyn l ()()( = xy N
0
N 1 - (cid:229) ) n =
-
1 rlxnxn l ()()( = xx N
0
N 1 - (cid:229) ) n =
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
• T/c này được dùng để xác định chu kỳ của t/h (SV đọc thêm)
63
Tương quan giữa các t/h RRTG Tương quan giữa các t/h RRTG
§ Giải thuật tính chuỗi tương quan giữa 2 t/h
Input rxx(n) Output ryx(n) “ x(n) “ y(n) 0 ≤ n ≤ N–1 0 ≤ n ≤ M–1
LTI h(n)
M
l
1 - +
xnynllN M ()() 0 -££
-
(cid:229)
1
-(cid:229)
n l =
N 1 - ()()()0 rlxnynll N =-££ xy n l =
l ( )
r xy
N
1 -
1
xnynlNMl N ()() --££
-
(cid:229)
n l =
(cid:236) (cid:239) (cid:239) = (cid:237) (cid:239) (cid:239)(cid:238)
§ Chuỗi tương quan giữa ngõ nhập vàxu ất của h/t LTI
()()*(), =
l
()()*()()*[()*()]()*( )
=
=-=-
M≤N M>N
¥ = (cid:229) k (0)()( )
k
=-¥
,
(cid:222)=
Voiynhnxntacó rlylxlhlxlxlhlr yxxx Thaylbang l - l rlhlr ()()*( ) - xyxx
l
()()*()[()*()]*[()*()]()*( ) =
=-=--
rlylylhlxlhlxlrlr yyhhxx
DSP –Lecture 2, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE
Errkr ” yyyhhxx

