הרצאה 7: התמרת Z - brd4.braude.ac.il
Transcription
הרצאה 7: התמרת Z - brd4.braude.ac.il
הרצאה :9מסנני FIR ותכן מסנני FIRבשיטת IRT מסנני - FIRמבוא מסנני FIRמאופיינים במספר תכונות רצויות שמסבירות את שימושם הנפוץ בעיבוד אותות ספרתי .החשובה שבהן היא לינאריות הפאזה. פונקציית התמסורת של מסנן FIRסיבתי מסדר N+1( Nמקדמים): H z ( z ) h[0] h[1]z 1 ... h[ N ]z N , כאשר ] h[nהיא התגובה להלם של המסנן. ראינו שיש 4טיפוסי מסנני FIRעם פאזה לינארית מוכללת. מסנני ,FIRטיפוס :I N 2M 0 0 Type I ,FIR מסנני :ניתן לרשום את תגובת התדר של המסנן בצורה 2M M 1 2M n 0 n 0 M 1 H f ( ) h[n ]e j n h[ M ]e j M h[n ]e j n h[n ]e j n =e j M M 1 2M j ( M n ) j ( M n ) h[ N n ]e h[ M ] h[n ]e n 0 M 1 M 1 j M =e h[ M ] 2 h[n ]cos ( M n ) n 0 :לכן ניתן לרשום :)M=3( דוגמא . -מוביל ל Type II ,FIR מסנני : מאופיינים ע"יII טיפוס,FIR מסנני N 2M 1 0 0 :תגובת התדר במקרה זה תקיים H ( ) f 2 M 1 h[n]e n 0 j n M h[n ]e n 0 j n 2 M 1 h[n]e j n M 1 M 2M j ( M 0.5) j ( M 0.5 n ) j ( M 0.5n ) =e h[ N n ]e h[n ]e M 1 n 0 =e j ( M 0.5) M 1 2 h[n ]cos ( M 0.5 n ) . n 0 המשך- Type II ,FIR מסנני :ניתן לכתוב M 1 AII ( ) 2 h[n ]cos ( M 0.5 n ) כאשר n 0 M 1 AII ( ) 2 h[n ]cos ( M n 0.5) 0, :ולכן מתקיים n 0 BS ) אוHigh Pass( HP לא מתאים למימוש מסנניII כלומר טיפוס .)Band Stop( I טיפוס II טיפוס Type III ,FIR מסנני : מאופיינים ע"יIII טיפוס,FIR מסנני N 2M 0 2 :תגובת התדר במקרה זה תקיים 2M H f ( ) h[n ]e j n ... e j M 2 n 0 AIII ( ) M 1 AIII ( ) 2 h[n ]sin ( M n ) n 0 AIII ( ) AIII (0) 0 :ולכן מתקיים .BS אוHP ,LP לא מתאים למימוש מסנניIII כלומר טיפוס Type IV ,FIR מסנני : מאופיינים ע"יIV טיפוס,FIR מסנני N 2M 1 0 2 :תגובת התדר במקרה זה תקיים H f ( ) 2 M 1 j n h [ n ] e ... e j M 0.5 2 n 0 AIV ( ) M 1 AIV ( ) 2 h[n ]sin ( M 0.5 n ) n 0 M 1 AIV (0) 2 h[n ]sin 0( M 0.5 n) 0. :ולכן מתקיים n 0 .BS אוLP לא מתאים למימוש מסנניIV כלומר טיפוס IV- וIII טיפוסים,FIR מסנני III טיפוס h[ M ] h[2 M M ] h[ M ] h[ M ] 0. IV טיפוס סיכום תכונות 4הטיפוסים תצורת האפסים במישור Zשל מסנני FIR GLP N נסתכל על: ) z N h[n ]z ( N n n 0 1 n H z z 1 h[n ] z N n 0 N N n 0 n 0 z N h[ N n ']z n ' z N h[n ']z n ' z N H z z . = n ' N n לכן אם נניח גם תגובה להלם ממשית נסיק ש: , לפיכך ,האפסים של מסנן FIR GLPעשויים להופיע בזוגות ,רביעיות או בבודדים ,כמודגם להלן. תצורת האפסים במישור Zשל מסנני - FIR GLPהמשך דוגמא ,נתון המסנן הבא: מצא מסנן FIRעם פאזה לינארית בעל אורך מינימלי ,כך שהאפסים של ) Hz(zיהיו תת קבוצה של אפסי המסנן החדש ).H1z(z האפסים של )( Hz(zניתנים לחישוב ע"י הפונקציה rootsב )Matlab-הם: . ) H1z(zחייב להכיל אפסים נוספים: לכן קיבלנו: . תכן מסנני FIRבשיטת IRT • מסנן LP/HP/BPאידיאלי הוא בעל תגובת תדר בעלת תמך סופי ולכן אורך תגובת ההלם ] h[nהוא בהכרח אינסופי .עם זאת משפט פרסוול מבטיח אנרגייה סופית ל .h[n]-נקטום לכן את ] h[nמימין ומשמאל לקבלת מסנן ,FIRהמקרב את תגובת התדר האידיאלית הרצוייה. • מסנן אידיאלי גם אינו סיבתי ,אבל רוב האנרגייה שלו מרוכזת סביב n=0בזמן. נקטום לכן את הסדרה ] h[nסביב n=0ואז נזיז את האות הסופי ,כך שיתקבל . .)0nNההזזה תהיה בשיעור .N/2 מסנן FIRמסדר ( N תהליך התכן בשיטת :IRT .1כתבו את תגובת התדר הרצוייה ) Ad(לפי סוג המסנן BP ,HP ,LP :וכו'. .2בחרו את סוג המסנן I-IVולפי כך סדר זוגי/אי זוגי ו 0=0-או .0=/2 .3בחרו את סדר המסנן .Nתגובת התדר האידיאלית הרצוייה היא לכן כאשר =0עבור מסנן סימטרי ו =1 -עבור מסנן אנטי סימטרי ( .)0= /2 .4חשבו את תגובת ההלם האידיאלית של המסנן תוך שימוש בהתמרת פורייה ההופכית: . . תכן מסנני FIRבשיטת - IRTהמשך .5קטמו את תגובת התדר האידיאלית ע"י לקיחת הערה :בד"כ ) Ad(פשוט ולכן ] hd[nוגם ] h[nניתנים לחישוב אנליטי. . מסננים אידיאלים מסוג BP ,HP ,LP :מאופיינים ע"י: . אם נבחר ( =0מסנן סימטרי) ,אזי ומכאן: . . שיטת - IRTהמשך . עבור מסנן :LP . עבור מסנן :HP זאת בהנחה ש N-זוגי( .מסנן .סימטרי עם Nאי זוגי = טיפוס IIלא מתאים למימוש ).HP שיטת - IRTדוגמא אמפליטודת תגובת התדר תגובת ההלם האופטימליות של שיטת IRT נגדיר את השגיאה הריבועית הממוצעת: משפט: עבור תגובת תדר אידיאלית נתונה ) Hdf(וסדר מסנן נתון ,Nהמסנן המתקבל בשיטת IRTהינו בעל השגיאה 2המינימלית מכל מסנני ה FIR-הסיבתיים מסדר .N הוכחה: נניח ] 0nN ,h[nתגובה להלם של מסנן FIRכלשהו .ממשפט פרסוול נובע: שני האיברים הראשונים בביטוי אינם תלויים ב .h[n]-מינימיזצייה של 2מושגת . ע"י איפוס האיבר השלישי .זה קורה אם ורק אם