Transcript OMGÅNG 2

TSDT15 Signaler och System
– DATORUPPGIFTER V˚
AREN 2013 – OMG˚
ANG 2 –
Mikael Olofsson, [email protected]
Efter en f¨orlaga av Lasse Alfredsson
February 11, 2013
I allt v¨
asentligt ¨
ar detta samma labuppgift 2 som v˚
aren 2012.
Av olika anledningar ¨
ar det vanligt att signalbehandling/filtrering av tidskontinuerliga signaler
utf¨ors genom att filtrera (eller kanske bara studera frekvensegenskaperna f¨or) en samplad version
av den tidskontinuerliga signalen. I den h¨
ar uppgiftsomg˚
angen skall ni studera vikningseffekter
vid sampling samt frekvensegenskaper f¨or n˚
agra olika typer av tidsdiskreta filter. F¨oljande figur
illustrerar hur ett tidskontinuerligt filter kan realiseras som en samplare f¨oljd av ett tidsdiskret
filter och en rekonstruktionskrets:
Tidskontinuerligt LTI-filter (n˚
aja) – systemfunktion H(s)
Tidsdiskret LTI-filter
sampling
x(t)
x
˜[n]
nT
˜
H[z]
Rekonstruktion
y˜[n]
y(t)
PAM
Sampling & vikningseffekter
Inledningsvis skall ni studera vikningseffekter vid likformig sampling av tidskontinuerliga signaler.
F¨orh˚
allandet mellan frekvensspektrum X(ω) (alt. X(f )) f¨or en tidskontinuerlig signal x(t) och
˜
˜
frekvensspektrum X[Ω]
(alt. X[θ])
f¨
or den samplade signalen x
˜[n] = x(nT ) ges av Poissons summationsformel,
1X
Ω + k · 2π
θ+k
1X
˜
˜
alternativt
X[θ] =
X
X
X[Ω] =
T
T
T
T
k
k
Var, vid anv¨andande av Kretslab, uppm¨
arksam p˚
a att frekvensspektrum ritas som funktion av
frekvens f respektive normerad frekvens θ. Kretslab-funktionen vikex illustrerar vikningseffekter
vid likformig sampling (med sampelfrekvens fs ) av de tv˚
a h¨
ogersidiga signalerna
x1 (t) = 16 sin(2π · 20 · t)u(t)
och
x2 (t) = 20e−10t sin(2π · 10 · t)u(t).
1
Funktionsbeskrivning, vikex
i) Funktionen anropas generellt utan inargument, dvs. skriv bara vikex i Matlab.
ii) F¨orstora g¨
arna det uppkomna figurf¨
onstret, s˚
a att det fyller sk¨
armen!
iii) Halva sampelfrekvensen, dvs. fs /2, kan justeras mellan 4 Hz och 40 Hz med regeln nere till
v¨anster. Aktuell fs /2 ¨
ar angiven till v¨anster om regeln, samt ¨ar inritad tillsammans med
den valda tidskontinuerliga signalens amplitudspektrum.
iv) Man kan ¨
aven v¨alja vissa specifika sampelfrekvenser under menyn “V¨alj specifika sampelfrekvenser”. (Ni kan ¨
aven sj¨alva best¨
amma valfri sampelfrekvens, genom funktionsanropet
vikex(’Valfri text’, fs2), d¨
ar fs2 ¨ar halva sampelfrekvensen. Observera dock, att d˚
a
¨andras inte texten fs/2 = ... nere till v¨anster i figurf¨
onstret!)
v) Toggla mellan signalerna x1 (t) och x2 (t) (som skall samplas) i menyval “V¨alj ny signal !!”.
vi) H˚
all g¨
arna konstant ned en av regelns pilar. D˚
a b¨
or sampelfrekvensen ¨andras i r¨att s˚
a lagom
takt – ˚
atminstone d˚
a ingen eller lite vikning intr¨affar.
vii) F¨or ¨
ovrigt handlar det nog mest om att f¨
orst˚
a vad som h¨
ander vid olika val av (halv) sampelfrekvens. . .
viii) Notera texten i varningsrutan om KlabL, som presenteras vid f¨orsta anropet av vikex!
Samma information erh˚
alls om ni skriver help vikex!
Vid likformig sampling x
˜[n] = x(nT ) sker en avbildning i transformdom¨
anen, fr˚
an s-planet till
z-planet, genom sambandet z = esT . Denna avbildning kallas ofta impulsinvariant transformation
(se t.ex. kursboken, Kap. 6.13.1). Genom att betrakta s-v¨
arden l¨angs jω-axeln, kan man genom
detta samband erh˚
alla Poissons summationsformel. En pol hos X(s) i s0 kommer uppenbarligen
˜
att avbildas till en pol hos X[z]
i es0 T . I de pol-nollst¨
allediagram som ritas i vikex, avbildas
˜
den r¨odf¨argade polen hos X(s) p˚
a den r¨odf¨argade polen hos X[z]
(och motsvarande f¨or de bl˚
aa
polerna).
Anm: Den impulsinvarianta transformationen avbildar varje horisontellt band, med h¨
ojden
ωs = 2π/T , i s-planet p˚
a hela z-planet. Det r¨
acker d˚
a att X(s) har en pol i n˚
agot v¨
arde s0 + k · jωs
˜
(d¨
ar s0 ∈ C ¨
ar konstant och k ∈ Z godtyckligt mellan −∞ och ∞) f¨
or att X[z]
skall f˚
a en pol i
s0 T
motsvarande avbildningspunkt e .
Enligt kursboken avbildas ett nollst¨alle i s-planet generellt inte p˚
a ett nollst¨alle i z-planet
¨ a har X[z]
˜
vid impulsinvariant transformation. And˚
ett nollst¨alle i origo f¨or b˚
ada signalerna i
vikex. Fundera g¨
arna p˚
a var detta nollst¨alle kommer fr˚
an (tolka sambandet ¨overst p˚
a sid. 490 i
kursboken).
Till att b¨
orja med skall ni studera sampling av sinussignalen x1 (t). P˚
a grund av polerna
˜ 1 [z], s˚
˜ 1 [z] vara o¨
hos X1 (s) och X
a borde X1 (s) respektive X
andligt stora vid s = j40π respektive z = ej40πT (g˚
a inte vidare i uppgiftstexten f¨orr¨an ni f¨orst˚
ar detta!!). I vikex ser vi dock
¨andliga spektrumtoppar vid f = 20 Hz respektive θ = 20T = 20/fs , vilket fr¨amst beror p˚
a Kretslabs/Matlabs ber¨
akningsonoggrannhet och signalrepresentationsbegr¨
ansningar, som vi behandlat
i tidigare uppgiftsomg˚
angar.
2
Obligatoriska uppgifter
1. Utg˚
a, i vikex, fr˚
an fs /2 = 40 Hz och s¨ank sedan fs /2 i sm˚
a steg till 4 Hz. Signalen x1 (t) ¨ar
inte strikt bandbegr¨
ansad, men eftersom x1 (t) har st¨orsta delen av sin energi centrerad runt
f = ±20 Hz, erh˚
alls endast en begr¨
ansad vikning d˚
a fs /2 > 20 Hz.
a) Ange den frekvenstransformation som sker vid likformig sampling, dvs. sambandet mellan frekvenser f och normerade frekvenser θ. (Verifiera g¨
arna detta i figurerna – redovisas ej!)
b) Var i z-planet finns den r¨od-markerade polen, d˚
a ingen markant vikning sker (dvs. ekvivalent med fallet “mycket begr¨
ansad vikning” ovan)?
Anm: T¨
ank p˚
a att fs kan vara godtyckligt stor, den “r˚
akar” bara vara begr¨
ansad till
max 80 Hz i vikex. . .
c) Studera och j¨
amf¨
or erh˚
allna signaler, pol-nollst¨
allediagram och frekvensspektra f¨or specialfallen fs /2 = 40, 40/3 och 8 Hz (det finns ¨aven fler fall som ger samma samplingsresultat).
i) F¨orklara likheter och skillnader f¨or de olika erh˚
allna signalerna, pol-nollst¨
allediagrammen och amplitudspektrumen! Relatera bl.a. till b˚
ade vikningseffekter (speci˜ 1 [θ]) och avbildningar fr˚
ficera frekvenser av central betydelse hos X1 (f ) och X
an
s-planet till z-planet!
ii) Bifoga datorutskrift f¨
or tv˚
a av de tre v¨ardena p˚
a fs /2 som anges ovan! F¨or dessa
tv˚
a intressanta fall, skall ni i redog¨orelsen referera till var i de bifogade figurerna
man kan sk˚
ada det “intressanta”!
˜ 2 [z],
2. Byt
signal
i vikex,
˜2 [n], X
till x2 (t). “Lek” f¨orst lite genom att justera fs /2 och se hur x
X
˜ 2 [θ] och arg X
˜ 2 [θ] ¨
andras. Observera att h¨
ar har fasspektrum f¨or signalerna st¨orre
betydelse ¨
an n¨
ar vi tidigare studerade sampling av x1 (t).
a) F¨orklara varf¨
or den samplade signalens fasspektrum ¨andras s˚
a markant (180◦ ) d˚
a fs /2
g˚
ar under 10 Hz (¨
andra fs /2 gradvis fr˚
an 40 Hz till 5 Hz). Tips: Betrakta det analytiska
˜ 2 [z]. . .
uttrycket f¨
orX
˜ 2 [θ],
b) N¨
ar sampelfrekvensen minskar, s˚
a minskar maxv¨ardet hos amplitudspektrum X
trots att vikningseffekten ¨
okar. Varf¨or?
“K¨
or” g¨
arna samplingsteorems-demonstrationen i kretsdemo2 (skriv kretsdemo2 i Matlab
och v¨alj “Samplingsteoremet”). Den kan m¨ojligen vara till kompletterande hj¨
alp i n˚
agra av
¨
ovanst˚
aende deluppgifter. Andra
aven h¨
¨
ar signaltyper genom menyval.
Viktigt i deluppgifterna 1 och 2 ¨
ar att ni f˚
ar b˚
ade en bra k¨
ansla och f¨
orst˚
aelse f¨
or
i) hur vikningseffekter kan uppkomma vid sampling.
ii) relationen, b˚
ade i tids- och frekvensdom¨
anen, mellan den tidskontinuerliga signalen och den
likformiga samplingen av densamma – speciellt vid vikning!
3
Syntes av tidsdiskreta filter
Signalen x(t) i figuren p˚
a uppgiftsomg˚
angens sida 1 skall genomg˚
a en filtrering med ett frekvensselektivt filter, vars d¨
ampningsegenskaper minst motsvarar det som erh˚
alls med ett amplitudnormerat tredje ordningens tidskontinuerligt butterworthfilter av l˚
agpasstyp, med 3 dB-gr¨ansfrekvens f0 = 100 Hz. Nedan skall ni unders¨
oka olika realiseringar av ett s˚
adant tidskontinuerligt
filter, d¨
ar en samplad version av x(t) filtreras genom ett motsvarande tidsdiskret filter – f¨oljt av
en ideal rekonstruktion (s˚
asom visas i figuren p˚
a sidan 1). Speciellt skall ni unders¨
oka hur mycket
den station¨
ara sinussignalen x(t) = sin(2π · 80 · t) d¨
ampas av det totala systemet.
3. F¨or att ha n˚
agot att j¨
amf¨
ora med, skall ni f¨orst m.h.a. Kretslab ta fram det tidskontinuerliga
butterworthfiltrets systemfunktion H(s) m.h.a. funktionerna butterw och lplp. Med hur
m˚
anga decibel d¨
ampar det ovan n¨
amnda tidskontinuerliga butterworthfiltret den station¨ara
insignalen x(t)? Avl¨as detta i utskrift – anv¨and logspect – eller m.h.a. Kretslabfunktionen
value.
• Ni som endast l¨oser obligatoriska deluppgifter
skall h¨
ar bifoga en utskrift av butter
worthfiltrets amplitudkarakt¨aristik H(f ) i dB-skala – f¨or frekvensintervallet 0 – 200 Hz.
Markera i grafen var ni hittar den efterfr˚
agade d¨
ampningsfaktorn!
• Ni som ¨
aven l¨oser frivilliga deluppgifter bifogar ist¨allet amplitudkarakt¨aristiken i deluppgift
9.
I f¨oljande filtreringsuppgiften antas att den tidskontinuerliga signalen x(t) samplas med sampelfrekvensen fs = 400 Hz (vilket ¨
ar mer ¨an dubbelt s˚
a mycket som sinussignalens frekvens). (Signalsampling med godtycklig sampelfrekvens utf¨ors i Kretslab m.h.a. funktionen sample.)
4. Vilken normerad frekvens θ1 har s˚
aledes den samplade station¨ara signalen x˜[n] och vilken
normerad 3 dB-gr¨ansfrekvens θ0 b¨
or det erh˚
allna tidsdiskreta filtret ha? Motivera!
F¨
onstermetoden (Kap. 6.12 i kursboken)
Er uppgift ¨
ar nu att, genom anv¨andning av f¨onstermetoden, syntetisera ett kausalt FIR-filter av
l¨angd L som s˚
a bra som m¨ojligt approximerar ett ¨onskat tidsdiskret IIR-filter. Ju st¨orre L ¨ar,
desto b¨
attre ¨
overensst¨
ammelse med det ¨onskade IIR-filtrets frekvenskarakt¨aristik. Detta beror
bl.a. p˚
a att FIR-filtrets ordning, dvs. dess polantal, ¨ar relaterat till dess impulssvarsl¨
angd L.
P.g.a. att b˚
ade det tidskontinuerliga butterworthfiltret och det motsvarande filter som erh˚
alls
genom impulsvariant transformation har ordning tre, l˚
ater vi vid denna j¨amf¨
orande filtersyntes
¨aven FIR-filtret f˚
a ordning 3.
Ett FIR-filter av l¨angd L, vars impulssvar ¨ar nollskilt mellan n = m och n = m + L − 1, dvs.
hFIR [n] =
m+L−1
X
k=m
hk δ[n − k],
har systemfunktion
HFIR [z] =
m+L−1
X
k=m
hk z −k =
hm z L−1 + hm+1 z L−2 + · · · + hm+L−1
z m+L−1
(se ekvationen mellan Ekv. 6.54 och 6.55 i kursboken). F¨or att FIR-filtrets ordning skall vara lika
med 3, g¨
aller m + L − 1 = 3. F¨or kausala system g¨
aller allm¨
ant att #poler ≥ #nollst¨allen, dvs.
m ≥ 0 f¨or FIR-filtret. Uppenbarligen g¨
aller d¨
arf¨or 3 = m + L − 1 ≥ L − 1
⇒
L ≤ 4. F¨or
b¨
asta approximation av det IIR-filter som skall f¨onstras, b¨
or f¨onsterl¨
angden L v¨aljas s˚
a stor som
m¨ojligt. V¨
alj allts˚
a l¨ampligen L = 4 (och f¨onstra IIR-filtret fr˚
an n = m = 0).
Studera f¨
orst signal och amplitudspektrum f¨
or enbart f¨
onsterfunktionerna. Anv¨
and d˚
a demonstrationen “F¨
onsterfunktioner” i Kretslabfunktionen kretsdemo2. Observera att ritade amplitudpektra ¨
ar amplitudnormerade! Var uppm¨
arksam p˚
a de olika f¨
onstrenas frekvensegenskaper. De
4
analytiska uttrycken f¨
or de olika f¨
onstrena finns angivna i formelsamlingen, sid. 13! F¨
ors¨
ok f˚
a en
bra k¨
ansla f¨
or hur respektive f¨
onsterfunktion relateras till sitt motsvarande amplitudspektrum. Ni
som l¨
oste den frivilliga deluppgiften 8 i f¨
orra datoruppgiftsomg˚
angen har f¨
orhoppningsvis redan f˚
att
en bra k¨
ansla f¨
or de olika f¨
onsterfunktionernas tids- och frekvensegenskaper! I den deluppgiften
studerades effekten av att f¨
onstra en signal med olika f¨
onsterfunktioner. H¨
ar ¨
ar det i st¨
allet ett
impulssvar som skall f¨
onstras!
M.h.a. kretslabfunktionen firwin erh˚
alls ett kausalt FIR-filter av LP-typ. F¨onstermetoden
anv¨ands och impulssvaret hd [n] som f¨
onstras har erh˚
allits som
n
o
L−1
F −1 Hid [Ω]e−jΩ 2
,
d¨
ar Hid [Ω] ¨
ar frekvensfunktionen f¨
or ett icke-kausalt idealt LP-filter (se b¨
orjan av Kap. 6.12.1 i
kursboken).
L¨
as om Kretslab-funktionen firwin i dess hj¨
alptext (skriv helpwin firwin). I hj¨
alptexten
till window finns angivet de f¨
onstertyper som kan anv¨andas i firwin.
5.
• V¨
alj n˚
agon av de m¨ojliga f¨
onstertyperna och anv¨and firwin f¨or att ta fram impulssvaret
hFIR [n] till ett kausalt FIR-filter av l¨angd L = 4. Det resulterande LP-filtret skall ha
den normerade gr¨
ansfrekvens θ0 som erh¨
olls i deluppgift 4! Observera att det ¨onskade
FIR-filtret skall vara amplitudnormerat!
arna direkt H fir=normal(foutr(firwin(...))); h fir=ifoutr(H fir);
Tips: Skriv g¨
• Med hur m˚
anga decibel d¨
ampar ert FIR-filter, med frekvensfunktion HFIR [θ], den samplade station¨
ara insignalen x˜(t) = x(nT )?
OBS! L¨
as kommentarerna nedan innan ni anropar firwin!
Anm 1: F¨
or att FIR-filtret skall f˚
a normerad 3 dB-gr¨
ansfrekvens θ0 , m˚
aste det ideala LPfiltret, vars impulssvar f¨
onstras m.h.a. funktionen firwin, ha en normerad gr¨
ansfrekvens
som ¨
ar h¨
ogre ¨
an θ0 (n¨
amns ¨
aven kortfattat i l¨
arobokens Exempel 6.2). Fundera g¨
arna varf¨
or
detta g¨
aller (beh¨
over ej redovisas)! Ni m˚
aste pr¨
ova er fram, tills ni erh˚
aller korrekt normerad
gr¨
ansfrekvens!
a man plottar amplitudkarakt¨
aristiken i dB-skala ( logspect(...) ), anger Kretslab
Tips: D˚
den normerade 3 dB-gr¨
ansfrekvensen i figurf¨
onstret!
Anm 2: N¨
ar ni, m.h.a. firwin, f¨
onstrar impulssvaret till det ideala IIR-filtret med ett
f¨
onster av s˚
a kort l¨
angd som L = 4 , s˚
a ger de olika f¨
onstertyperna ungef¨
ar samma amplitudkarakt¨
aristik. F¨
or att f˚
a st¨
orre f¨
orst˚
aelse f¨
or hur den resulterande amplitudkarakt¨
aristiken
beror p˚
a det f¨
onster som anv¨
ands vid filtersyntesen, b¨
or ni ta fram och j¨
amf¨
ora n˚
agra FIRfilter med st¨
orre f¨
onsterl¨
angd ¨
an 4. Detta g¨
ors f¨
or f¨
onsterl¨
angden L = 16 i frivilliga deluppgift
11.
Anm 3: Utskrift av amplitudkarakt¨
aristiken f¨
or ert FIR-filter redovisas i deluppgift 6!
5
Bilinj¨
ar Transformation (Kap. 6.13.2 i kursboken)
Ofta utf¨ors syntes av tidsdiskreta IIR-filter m.h.a. bilinj¨
ar transformation i st¨allet f¨or t.ex. impulsinvariant transformation. Detta bl.a. beroende p˚
a att det tidskontinuerliga referensfiltrets frekvensegenskaper bibeh˚
alls f¨
or alla typer av frekvensselektiva filter. Vad g¨
aller f¨onstermetoden, s˚
a ¨ar den
inte alls anv¨andbar vid syntes av tidsdiskreta filter utg˚
aende fr˚
an tidskontinuerliga. Den anv¨ands
bara f¨or syntes av FIR-filter utg˚
aende fr˚
an IIR-filter (tidsdiskret → tidsdiskret).
Det ¨onskade tidsdiskreta filtret, med systemfunktion Hb [z], kan erh˚
allas m.h.a. bilinj¨
ar transformation av det motsvarande tidskontinuerliga
butterworthfiltret
(av
ordning
3),
med
systemfunk
ar γ ¨ar en reell konstant som styr den aktuella
tion H(s), genom sambandet Hb [z] = H γ z−1
z+1 , d¨
m¨obiusavbildningen mellan s-planet och z-planet. Bilinj¨ar transformation utf¨ors i Kretslab m.h.a.
funktionen bilintr.
6. Syntetisera, m.h.a. bilinj¨
ar transformation, ett amplitudnormerat tredje ordningens tidsdiskret butterworthfilter med den normerade 3 dB-gr¨ansfrekvens θ0 som erh¨
olls i deluppgift
4.
• Bifoga en datorutskrift av pol-nollst¨
allediagrammet f¨or H(s) och pol-nollst¨
allediagrammet f¨
or Hb [z] och p˚
a f¨
oljande s¨att (h¨ar antas att ni i Kretslab namnger dessa transformer
som H resp. Hb):
figure, subplot(2,1,1), pzmod(H), axis(’square’), title(’H(s)’),
subplot(2,1,2), pzmod(Hb), axis(’square’), title(’H b[z]’)
¨
(Oka
eventuellt ¨
aven fontstorlek och linjetjocklekar genom att slutligen anropa
funktionen ohfig)
• Varifr˚
an h¨
arstammar det tidsdiskreta butterworthfiltrets nollst¨allen (det tidskontinuerliga butterworthfiltret har ju inga nollst¨allen. . . )? Ni som l¨oser frivilliga deluppgifter
b¨
or g¨
arna f¨
orklara detta extra tydligt. . . !
• Bifoga en datorutskrift av amplitudkarakt¨aristiken f¨or ert FIR-filter i deluppgift 5
resp. amplitudkarakt¨aristiken f¨or det tidsdiskreta butterworthfiltret. Plotta i dB-skala,
logspect(H fir,Hb) i l¨ampligt amplitudintervall och frekvensintervall!
• Med hur m˚
anga decibel d¨
ampar det tidsdiskreta butterworthfiltret den samplade station¨ara insignalen x
˜[n] = x(nT )? Markera i de tv˚
a graferna som redovisas i f¨oreg˚
aende
punkt var ni hittar de efterfr˚
agade d¨
ampningsfaktorerna f¨or FIR-filtret resp. butterworthfiltret!
7. J¨amf¨
or amplitudkarakt¨aristiken f¨or de olika tidsdiskreta filtren som syntetiserats i denna
datoruppgiftsomg˚
ang (och d˚
a speciellt filtrens f¨orm˚
aga att d¨
ampa den station¨ara insignalen
x
˜[n] = x(nT )).
Ange kortfattat n˚
agra eventuella f¨ordelar och nackdelar med de olika syntesmetoderna! Ni
som l¨oser frivilliga deluppgifter b¨
or formulera en lite mer fyllig j¨amf¨orelse. . . !
Ha i er j¨
amf¨
orelse i ˚
atanke att, som n¨
amnts tidigare, den tidsdiskreta filtreringen av den
samplade signalen x˜[n] skall motsvara, eller g¨
arna vara b¨
attre ¨an, den tidskontinuerliga
filtreringen av x(t).
6
Frivilliga Uppgifter
Sampling & vikning
8. I deluppgift 1c) unders¨
oktes konsekvenser av att sampla en signal med n˚
agra olika val av
sampelfrekvensen fs . Finns det andra fall (dvs. f¨or andra v¨arden p˚
a fs /2), d¨
ar det intr¨affar
intressanta samplingseffekter, t.ex. att x
˜[n] = 0 ∀ n eller man erh˚
aller liknande effekter som
i 1c)? H¨
ar ¨
ar ni fria att komma med egna observationer och slutsatser!
Impulsinvariant Transformation (Kap. 6.13.1 i kursboken)
Det tidsdiskreta filtret i figuren p˚
a sid. 1 kan t.ex. syntetiseras m.h.a. impulsinvariant transformation, genom likformig sampling av det tidskontinuerliga butterworthfiltrets (av ordning 3)
impulssvar
√
√
1
3ω0 t/2 + √ e−ω0 t/2 · sin
3ω0 t/2 u(t)
h(t) = ω0 e−ω0 t − e−ω0 t/2 · cos
3
d¨
ar ω0 = 2πf0 .
˜ = h(nT ) m.h.a. Kretslab• Utf¨or sj¨alva den impulsinvarianta transformationen, dvs. bilda h[n]
funktionen sample, med samma sampelfrekvens fs = 400 Hz som vid samplingen av insignalen
x(t) (vilket resulterar i samma frekvenstransformation f¨or H(ω) som f¨or X(ω)).
• Ni skall/b¨
or vid det h¨
ar laget ha en god f¨orst˚
aelse f¨or den vikningseffekt som uppkommit
genom samplingen av det tidskontinuerliga
butterworthfiltrets
impulssvar. Studera frekven
˜
˜
˜ och arg H[θ]
m.h.a. spect / logspect) och
skarakt¨aristiken till h[n]
(dvs. plotta H[θ]
resonera med varandra om hur vikningseffekter framtr¨ader h¨
ar!
Det ¨ar uppenbart att det resulterande IIR-filtret inte ¨ar amplitudnormerat. Eftersom det ¨onskade
tidsdiskreta filtret skall vara amplitudnormerat, s˚
a f˚
ar ni som n¨
asta steg i filtersyntesen utf¨ora
denna normering. Anv¨and d˚
a Kretslabfunktionen normal!
9. L˚
at H2 [θ] beteckna det erh˚
allna amplitudnormerade filtrets frekvensfunktion.
• Med hur m˚
anga decibel d¨
ampar det amplitudnormerade tidsdiskreta filtret, med frekvensfunktion H2 [θ], den samplade station¨ara insignalen
˜[n]?
x
• Bifoga en utskrift av amplitudkarakt¨aristiken H(f ) (i frekvensintervallet 0 till 200 Hz),
f¨
or butterworthfiltret
som togs fram i deluppgift 3, och IIR-filtrets amplitudkarakt¨aris
tik H2 [θ] (naturligtvis f¨
or θ ∈ [0, 0.5]). Amplitudkarakt¨aristikorna ritas i dB-skala,
m.h.a. logspect (ex: logspect(H,H2,200) ), i intervallet fr˚
an −20 till +2 dB! Markera i grafen var ni hittar den efterfr˚
agade d¨
ampningsfaktorn!
10. Varf¨
or ¨
ar inte impulsinvariant transformation en l¨amplig syntesmetod om det tidskontinuerliga filtret utg¨
or ett icke bandbegr¨
ansat filter (som t.ex. ett HP- eller BS-filter)? F¨orklara!
F¨
onstermetoden
11. P˚
a grund av den korta f¨
onsterl¨
angden f˚
ar man i deluppgift 5 ungef¨
ar samma FIR-filter,
oavsett val av f¨
onstertyp. F¨or att f˚
a en st¨orre skillnad mellan de olika FIR-filtrena skall ni
d¨
arf¨
or unders¨
oka dessa (fortfarande med normerad 3 dB-gr¨ansfrekvens θ0 ) f¨or filterl¨angden
L = 16 och bland annat j¨
amf¨
ora filtrenas d¨
ampning vid den samplade signalens normerade
frekvens θ1 .
Bifoga amplitudkarakt¨aristiken i dB-skala f¨or ˚
atminstone tv˚
a s˚
adana FIR-filter, vars amplitudkarakt¨aristik skiljer sig ˚
at r¨att s˚
a mycket. J¨amf¨
or d¨
ampningsegenskaperna f¨or era filter och
utred vilka f¨
or- och-/eller nackdelar ni upplever att de har.
Bilinj¨
ar transformation
12. Kan man, vid den bilinj¨
ara transformationen i deluppgift 6, utg˚
a fr˚
an ett tidskontinuerligt
butterworthfilter med annan 3dB-gr¨ansfrekvens ¨an f0 = 100 Hz? F¨orklara!
7