Z-перетворення датронного зразка


12

У цій роботі або багаторазовій фільтрації автор встановлює наступні математичні зв’язки. Нехай є висновком даного зразка, таким, щоyD

yD[n]=x[Mn]

де - коефіцієнт зменшення тиску. Іншими словами, ми зберігаємо кожен -й зразок вихідного сигналу. Потім автор продовжує констатувати наступне:MM

... z-перетворення задається черезyD[n]

YD[z]=1M∑k=0M−1X[z1/MWk]

де Wk являє собою M - точкове дискретне перетворення Фур'є ядра, а саме e(−j2πk)/M .

Як ми можемо перейти від першого виразу до другого? Який взаємозв'язок між DFT та Z-перетворенням, що дозволяє здійснити такий перехід?

Відповіді:


9

Ця деривація є хитрою. Пропонований раніше підхід має вади. Дозвольте спочатку продемонструвати це; тоді я дам правильне рішення.

Ми хочемо співвідносити -трансформацію сигналу, що використовується в типі, Y D ( z ) = Z { x [ M n ] } , Z -трансформату вихідного сигналу X ( z ) = Z { x [ n ] } .ZYD(z)=Z{x[Mn]}ZX(z)=Z{x[n]}

Невірний шлях

Можна було б подумати про просто включення виразу для сигналу, що подається, у вираз -трансформа:Z

YD(z)=∑n=−∞+∞x[Mn]z−n

Зміна змінної видається очевидною:n′=Mn

YD(z)=∑n′∈MZx[n′]z−n′/M

Однак важливо усвідомити, що, хоча новий індекс підсумовування все ще працює від - ∞ до ∞ , тепер сума перевищує 1 з M цілих чисел . Іншими словами,n′−∞∞

,n′∈MZ={...,−2M,−M,0,M,2M,...}

тоді як визначення -трансформа вимагаєZ

.n∈{...,−2,−1,0,1,2,...}

Оскільки це вже не -трансформа, ми не можемо написати:Z

YD(z)=X(z1/M)

Правильний шлях

Давайте спершу визначимо сигнал «поїзда-помічника» імпульсного поїзда як:tM[n]

tM[n]=∑k=−∞+∞δ[n−kM]={1:n∈MZ0:n∉MZ

Ця функція - на один з кожного М- зразка, а нуль - скрізь.1M

Еквівалентно функцію поїзда імпульсу можна записати так:

tM[n]=1M∑k=0M−1ej2πkn/M

Доведення: нам потрібно розглянути окремо випадки і n ∉ M Z :n∈MZn∉MZ

У випадкуn∉MZми використали вираз длякінцевої суми геометричного ряду.

tM[n]=1M∑k=0M−1ej2πkn/M={1M∑k=0M−11:n∈MZ1M1−ej2πkn1−ej2πkn/M:n∉MZ={1MM:n∈MZ1M1−11−ej2πkn/M:n∉MZ={1:n∈MZ0:n∉MZ
n∉MZ

Тепер повернемося до нашої оригінальної проблеми пошуку -трансформи низового зразка:Z

YD(z)=∑n=−∞+∞x[Mn]z−n

Застосовуємо підстановку , маючи на увазі, що це змушує підсумовувати лише цілі кратні множини M:n′=Mn

YD(z)=∑n′∈MZx[n′]z−n′/M

Тепер ми можемо використовувати вищевказану функцію поїзду імпульсу, щоб безпечно переписати це як підсумок для всіх :n∈Z

YD(z)=∑n=−∞+∞tM[n]x[n]z−n/M

Використовуючи наведене формулювання для функції потягу імпульсів як кінцеву суму експоненцій, отримуємо:

YD(z)=∑n=−∞+∞(1M∑k=0M−1ej2πkn/M)x[n]z−n/M=1M∑k=0M−1∑n=−∞+∞ej2πkn/Mx[n]z−n/M=1M∑k=0M−1∑n=−∞+∞x[n](e−j2πk/Mz1/M)−n

Zz′=e−j2πk/Mz1/M

YD(z)=1M∑k=0M−1X(e−j2πk/Mz1/M)

Це формула для -трансформації спаду-вибірки.Z


1
Дуже хороша. Читаючи попередню відповідь вище, я також помітив той самий недолік, що і ви.
— Джейсон R

5

M

yD[n]=x[Mn]

z

YD(z)=∑n=−∞∞yD[n]z−n=∑n=−∞∞x[Mn]z−n

n′=Mn

YD(z)=∑n′=−∞∞x[n′]z−n′/M

zx[n]

X(z)=∑n=−∞∞x[n]z−n

zx[n]yD[n]

YD(z)=X(z1/M)

zzM

YD(z)zz1/MzYD(z)z1/MMzX(z)z∈CMM

{rp, rpej2πM, rpej2π2M, … , rpej2π(M−1)M}

={rp, rpW, rpW2, … , rpWM−1}

Wkej2πk/MrpMz

rp=|z|Mej∠zM

zMrpzMzzMrp

YD(z)X(z1/M)zYD(z)MX(z1/M)MX(z1/M)YD(z)

YD(z)=1M∑k=0M−1X(rp(z)Wk)

rp(z)MzM1Mz1/M

YD(z)=f(g(z))f(z)=X(z)g(z)=z1/MYD(z)zYD(z)XX


Дуже приємна відповідь.
— Спейсі

Дякую. Будь-який ліцензований математик мовчатиме на мою спробу опису (я, очевидно, інженер). Я не думаю, що це дуже зрозуміло, але, можливо, хтось інший може запропонувати більш чітке пояснення, або, можливо, я придумаю кращий спосіб сказати це.
— Jason R

Я розумію першу половину, але для мене все стає нечітким до кінця.
— Спейсі

Я повинен переписати другу половину, коли отримаю шанс. Це дійсно просто стандартна техніка для отримання виразу для складу двох функцій. Мені потрібно згадати подробиці, як це зробити.
— Jason R
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.