離散時間訊號處理學習筆記 8 z逆變換

2021-09-07 16:33:46 字數 3159 閱讀 4648

z逆變換的計算為下面的複數閉合曲線積分:

$x[n] = \displaystyle}\oint_x(z)z^dz$

式中$c$表示的是收斂域內的一條閉合曲線。該積分表示式可以利用複數變數理論下的柯西積分定理推導得到。不過本門課程用不上這條式子,因為在離散lti系統分析中所遇到的典型序列和z變換,有如下更簡單的z逆變換求解辦法。

下面是乙個常見序列的z變換**,通過查表可以由z變換所得的函式反過來求得原序列

sequence

transform

region of convergence

1. $\delta[n]$

$1$for all $z$

2. $u[n]$

$\frac}$

$|z|>1$

3. $-u[-n-1]$

$\frac}$

$|z|<1$

4. $\delta[n-m]$

$z^$

$z\neq\left\0 &,& m>0 \\ \infty &,&m<0\end\right.$

5. $a^nu[n]$

$\frac}$

$|z|>a$

6. $-a^nu[-n-1]$

$\frac}$

$|z|7. $na^nu[n]$

$\frac})^2}$

$|z|>a$

8. $-na^nu[-n-1]$

$\frac})^2}$

$|z|9. $cos(\omega_0n)u[n]$

$\frac}+z^}$

$|z|>1$

10. $sin(\omega_0n)u[n]$

$\frac}+z^}$

$|z|>1$

11. $r^ncos(\omega_0n)u[n]$

$\frac}+r^2z^}$

$|z|>r$

12. $r^nsin(\omega_0n)u[n]$

$\frac}+r^2z^}$

$|z|>r$

13. $\left\a^n ,& 0\leqslant n\leqslant n-1\\0 ,& else\end\right .$

$\frac}}$

$|z|>0$

不過也經常出現輸入序列為組合序列的情況,這種序列的z變換就是它的組成序列的z變換的線性組合。

如果某個輸入序列是這些典型序列的線性組合,那麼這個輸入序列的z變換就能表示成各個典型序列的z變換之和

$x_1[n]+x_2[n]+x_3[n]+\cdot\cdot\cdot\stackrel}x_1(z)+x_2(z)+x_3(z)+\cdot\cdot\cdot$

分式展開法

觀察上面的**可以發現大多數典型序列的z變換都是分數形式,因此這些z變換的組合可以假設為

$\displaystyle\frac^(1-c_kz^)}^(1-d_kz^)}}$

其中$c_k$是$x(z)$的非零值零點,$d_k$是$x(z)$的非零值極點。分母是各個典型序列的分母的乘積,把各個典型序列的z變換(分數)相加就能得到上面的式子。

$m若$m$x(z) = \displaystyle^\frac}}$

此時,等式兩邊乘以$(1-d_kz^)$,並取$z$等於其中的某個極點$z=d_k$,可以消去等式右邊除了$a_k$之外所有的項

$(1-d_kz^)x(z)|_ = a_k$

按照這種計算方式可以得到所有的$a_k$,然後通過查表即可得到各個和式所對應的序列。

$m\geqslant n$

若$m\geqslant n$則可以用長除法,分子除以分母以使得分式的$m$x(z) = \displaystyle^b_rz^ +\sum_^\frac}}$

重複極點

如果$x(z)$有多重極點在$z=d_i$,階數為$s$(在該極點上有$s$個重複極點),而且$m\geqslant n$,那麼有

$x(z) = \displaystyle^b_rz^ +\sum_^\frac}+\sum_^s\frac)^m}}$

其中$c_m$由如下式求得

$\displaystyle}}\left\}}[(1-d_i\omega)^sx(\omega^)]\right \}_}$

例子考慮有一串行$x[n]$,其z變換為

$x(z) = \frac+z^}z^+\fracz^}=\frac)^2}z^ \right )(1-z^)}\qquad |z|>1$

右下圖為$x(z)$的零-極點圖

因此$x(z)$可表示為

$x(z) = b_0+\fracz^}+\frac}$

其中常數$b_0$能用長除法求得

$\begin

& &2\\

&z^-\fracz^+1} &\overline+2z^+1\right.}\\

& &\underline-3z^+2}\\

& &5z^-1

\end$

餘項為一次項,即$m$x(z) = 2+\frac}z^ \right )(1-z^)}$

接下來求係數$a_1$以及$a_2$

$\begin

a_1 &= \left[\left(2+\frac}z^ \right )(1-z^)} \right )\left(1-\fracz^ \right ) \right ]_ = -9\\

a_1 &= \left[\left(2+\frac}z^ \right )(1-z^)} \right )\left(1-z^ \right ) \right ]_ = 8

\end$

因此$x(z) = 2-\fracz^}+\frac}$

查表可得

$x[n] = 2\delta[n]-9\left( \frac \right)^nu[n]+8u[n]$

如果$x(z)$由如下冪級數的形式給出時

$x(z) = \cdot\cdot\cdot+x[-2]z^+x[-1]z^+x[0]+x[1]z^+x[2]z^$

如果該多項式長度有限,我們就能得到該序列的所有的值。

如果該多項式無限長,我們可以觀察該多項式是否能表示成如下形式

$x(z) = \displaystyle^f(n)z^ }$

如果能轉換成這種形式,就可以得到序列$x[n] = f(n)$

離散時間訊號處理學習筆記 9 z變換性質

z變換描述 x n stackrel x z quad roc r x 序列 x n 經過z變換後得到復變函式 x z 該函式的收斂域為 r x z變換的線性性質 ax 1 n bx 2 n stackrel ax 1 z bx 2 z quad roc contains r cap r 證明 be...

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perl學習筆記8 z

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