SlideShare a Scribd company logo
1 of 286
Download to read offline
UPDATESOFTS - 2005
L I NÓI Ð U
                                             &&&


X lý tín hi u s (Digital Signal Processing - DSP) hay t ng quát hơn, x lý tín hi u r i
r c theo th i gian (Discrete-Time Signal Processing - DSP) là m t môn cơ s không th
thi u ñư c cho nhi u ngành khoa h c, k thu t như: ñi n, ñi n t , t ñ ng hóa, vi n thông,
tin h c, v t lý,... Tín hi u liên t c theo th i gian (tín hi u tương t ) cũng ñư c x lý m t
cách hi u qu theo qui trình: bi n ñ i tín hi u tương t thành tín hi u s (bi n ñ i A/D), x
lý tín hi u s (l c, bi n ñ i, tách l y thông tin, nén, lưu tr , truy n,...) và sau ñó, n u c n,
ph c h i l i thành tín hi u tương t (bi n ñ i D/A) ñ ph c v cho các m c ñích c th . Các
h th ng x lý tín hi u s , h th ng r i r c, có th là ph n c ng (m ch ñi n) hay ph n m m
(chương trình máy tính) hay k t h p c hai.
X lý tín hi u s có n i dung khá r ng d a trên m t cơ s toán h c tương ñ i ph c t p. Nó
có nhi u ng d ng ña d ng, trong nhi u lĩnh v c khác nhau. Nhưng các ng d ng trong t ng
lĩnh v c l i mang tính chuyên sâu. Có th nói, x lý tín hi u s ngày nay ñã tr thành m t
ngành khoa h c ch không ph i là m t môn h c. Vì v y, chương trình gi ng d y b c ñ i h c
ch có th bao g m các ph n cơ b n nh t, sao cho có th làm n n t ng cho các nghiên c u
  ng d ng sau này. V n ñ là ph i ch n l a n i dung và c u trúc chương trình cho thích h p.
Nh m m c ñích khuy n khích sinh viên t h c, giáo trình ñư c biên so n v i n i dung khá
chi ti t và có nhi u ví d minh h a. Gi ng viên có th ch c n trình bày trên l p nh ng ph n
cơ b n, hư ng d n cho sinh viên t h c nh ng ph n ng d ng ho c có tính suy lu n, và sau
ñó ki m tra l i b ng bài t p trên l p.
Do h n ch v th i gian và s ph c t p v m t toán h c c a môn h c, m t dù tác gi ñã có
nhi u c g ng, nhưng ch c ch n còn nhi u thi u sót c n ph i ñi u ch nh và b sung. Xin ñón
nh n s ñóng góp ý ki n c a quí th y cô và các em sinh viên. Xin chân thành c m ơn các
th y cô và các b n ñã giúp ñ tôi hoàn thành giáo trình. Ð c bi t, xin c m ơn ../Anh Nhan
Văn Khoa, gi ng viên, khoa Công Ngh Thông Tin, Trư ng ÐH C n Thơ, ñã ñ c b n th o
và ñóng góp nhi u ý ki n quí giá trong th i gian th c hi n giáo trình này.
                                                         C n Thơ, tháng 11 năm 2001
                                                                    Tác gi
                                                              ÐOÀN HÒA MINH
M CL C

CHƯƠNG 1: TÍN HI U R I R C VÀ H TH NG R I R C:
*   M ñ u
*   Tín hi u r i r c
*   H th ng r i r c theo th i gian
*   H th ng tuy n tính b c bi n (LTI : Linear Time-Invariant System)
*   Phương trình sai phân tuy n tính h s h ng (LCCDE)
*   Tương quan c a các tính hi u r i r c
*   X lý s tín hi u tương t

Chương II: BI U DI N TÍN HI U VÀ H TH NG R I R C TRONG MI N Z
*   M ñ u
*   Khái ni m
*   Các tính ch t c a bi n ñ i Z
*   Các phương pháp tìm bi n ñ i Z ngư c
*   Gi i phương trình sai phân tuy n tính h s h ng b ng bi n ñ i Z m t phía
*   Phân tích h th ng LTI trong mi n Z
*   Th c hi n các h th ng r i r c

Chương III: PHÂN TÍCH T N S C A TÍN HI U
*   3.1 M ñ u
*   3.2 T N S C A TÍN HI U R I R C
*   3.3 Phân tích t n s c a tín hi u liên t c
*   3.4 PH N TÍCH T N S C A TÍN HI U R I R C
*   3.5 L Y M U TÍN HI U TRONG MI N TH I GIAN VÀ MI N T N S
* 3.6 BI N ð I FOURIER R I R C (DFT DISCRETE FOURIER TRANFORM)



Chương IV: BI U DI N VÀ PHÂN TÍCH H TH NG R I R C TRONG MI N
T NS
* Các ñ c tính c a h th ng LTI trong mi n t n s
* Phân tích h th ng LTI trong mi n t n s
* H th ng LTI và m ch l c s

Chương V: THI T K B L C S
* Thi t k b l c s b ng cách ñ t các c c và zeros trên m t
* Thi t k b l c FIR
* THI T K B L C S IIR
Chương I
             TÍN HI U R I R C VÀ H TH NG R I R C
                                              ***

* N i dung
 * M ñ u
 * Tín hi u r i r c
 * H th ng r i r c theo th i gian
 * H th ng tuy n tính b c bi n (LTI : Linear Time-Invariant System)
 * Phương trình sai phân tuy n tính h s h ng (LCCDE)
 * Tương quan c a các tính hi u r i r c
 * X lý s tín hi u tương t

1.1 M ñ u
             S phát tri n c a máy vi tính ñã làm gia tăng m t cách m nh m các ng d ng
      c a X LÝ TÍN HI U S (Digital Signal Proccessing). Xu hư ng này ñã ñư c tăng
      cư ng b i s phát tri n ñ ng th i c a thu t toán s (Numerical Algorithms) cho x lý
      tín hi u s . Hi n nay, x lý tín hi u s ñã tr nên m t ng d ng cơ b n cho k thu t
      m ch tích h p hi n ñ i v i các chip có th l p trình t c ñ cao. Vì v y, x lý tín hi u
      s ñư c ng d ng trong nhi u lĩnh v c khác nhau như:
      • X lý tín hi u âm th../Anh: nh n d ng ti ng nói / ngư i nói; t ng h p ti ng nói /
      bi n văn b n thành ti ng nói; k thu t âm th../Anh s ;…
      • X lý nh: thu nh n và khôi ph c nh; làm n i ñư ng biên; l c nhi u; nh n d ng;
      m t ngư i máy; ho t hình; các k x o v hình nh; b n ñ ;…
      • Vi n thông: x lý tín hi u tho i và tín hi u hình; truy n d li u; kh xuyên kênh;
      facsimile; truy n hình s ; …
      • Thi t b ño lư ng và ñi u khi n: phân tích ph ; ño lư ng ñ a ch n; ñi u khi n v trí
      và t c ñ ; ñi u khi n t ñ ng;…
      • Quân s : truy n thông b o m t; x lý tín hi u rada, sonar; d n ñư ng tên l a;…
      • Y h c: não ñ ; ñi n tim; ch p X quang; ch p CT(Computed Tomography Scans);
      n i soi;…
      Có th nói, x lý tín hi u s là n n t ng cho m i lĩnh v c và chưa có s bi u hi n bão
      hòa trong s phát tri n c a nó.
      Ta cũng c n lưu ý r ng, m c dù tên c a giáo trình là X LÝ TÍN HI U S , nhưng
      chúng ta s nghiên c u v i m t ph m vi t ng quát hơn, ñó là X LÝ TÍN HI U R I
      R C (Discrete signal processing). B i vì, tín hi u s là m t trư ng h p ñ c bi t c a
      tín hi u r i r c, nên nh ng phương pháp ñư c áp d ng cho tín hi u r i r c cũng ñư c
      áp d ng cho tín hi u s , nh ng k t lu n ñúng cho tín hi u r i r c cũng ñúng cho tín
      hi u s .
Mu n x lý tín hi u r i r c, trư c tiên ta ph i bi t cách bi u di n và phân tích tín hi u
       r i r c. Vi c x lý tín hi u r i r c ñư c th c hi n b i các h th ng r i r c. Vì v y ta
       ph i nghiên c u các v n ñ bi u di n, phân tích, nh n d ng, thi t k và th c hi n h
       th ng r i r c.
       Bây gi , chúng ta s nh p môn v i ch ñ bi u di n và phân tích tín hi u r i r c, h
       th ng r i r c trong mi n th i gian.
1.2 TÍN HI U R I R C
1.2.1 ð nh nghĩa tín hi u
1.2.2 Phân lo i tín hi u
1.2.3 Tín hi u r i r c _dãy
1.2.3.1. Cách bi u di n:
1.2.3.2. Các tín hi u r i r c cơ b n
1.2.3.3. Các phép toán cơ b n c a dãy

            1.2.1. ð NH NGHĨA TÍN HI U:
              Tín hi u là m t ñ i lư ng v t lý ch a thông tin (information). V m t toán h c,
       tín hi u ñư c bi u di n b ng m t hàm c a m t hay nhi u bi n ñ c l p.
       Ví d : - Tín hi u âm th../Anh là dao ñ ng cơ h c lan truy n trong không khí,
       mang thông tin truy n ñ n tai. Khi bi n thành tín hi u ñi n (ñi n áp hay dòng ñi n) thì
       giá tr c a nó là m t hàm theo th i gian.
            - Tín hi u hình nh tĩnh hai chi u ñư c ñ c trưng b i m t hàm cư ng ñ sáng
       c a hai bi n không gian. Khi bi n thành tín hi u ñi n, nó là hàm m t bi n th i gian.
       ð thu n ti n, ta qui ư c (không vì th mà làm m t tính t ng quát) tín hi u là m t
       hàm c a m t bi n ñ c l p và bi n này là th i gian (m c dù có khi không ph i như
       v y, ch ng h n như s bi n ñ i c a áp su t theo ñ cao).
       Giá tr c a hàm tương ng v i m t giá tr c a bi n ñư c g i là biên ñ (amplitude) c a
       tín hi u. Ta th y r ng, thu t ng biên ñ   ñây không ph i là giá tr c c ñ i mà tín
       hi u có th ñ t ñư c.
       1.2.2. PHÂN LO I TÍN HI U:
       Tín hi u ñư c phân lo i d a vào nhi u cơ s khác nhau và tương ng có các cách
       phân lo i khác nhau. ñây, ta d a vào s liên t c hay r i r c c a th i gian và biên ñ
       ñ phân lo i. Có 4 lo i tín hi u như sau:
         - Tín hi u tương t (Analog signal): th i gian liên t c và biên ñ cũng liên t c.
         - Tín hi u r i r c (Discrete signal): th i gian r i r c và biên ñ liên t c. Ta có
          th thu ñư c m t tín hi u r i r c b ng cách l y m u m t tín hi u liên t c. Vì v y
          tín hi u r i r c còn ñư c g i là tín hi u l y m u (sampled signal).
         - Tín hi u lư ng t hóa (Quantified signal): th i gian liên t c và biên ñ r i r c.
          ðây là tín hi u tương t có biên ñ ñã ñư c r i r c hóa.
- Tín hi u s (Digital signal): th i gian r i r c và biên ñ cũng r i r c. ðây là tín
          hi u r i r c có biên ñ ñư c lư ng t hóa.
       Các lo i tín hi u trên ñư c minh h a trong hình 1.1.
       1.2.3. TÍN HI U R I R C – DÃY (SEQUENCES)
       1.2.3.1. Cách bi u di n:
       M t tín hi u r i r c có th ñư c bi u di n b ng m t dãy các giá tr (th c ho c ph c).
       Ph n t th n c a dãy (n là m t s nguyên) ñư c ký hi u là x(n) và m t dãy ñư c ký
       hi u như sau:
                                x = {x(n)}       v i -∞<n<∞          (1.1.a)
       x(n) ñư c g i là m u th n c a tín hi u x.




Ta cũng có th bi u di n theo ki u li t kê. Ví d :

            x = { ..., 0, 2, -1, 3, 25, -18, 1, 5, -7, 0,...}   (1.1.b)
       Trong ñó, ph n t ñư c ch b i mũi tên là ph n t rương ng v i n = 0, các ph n t
       tương ng v i n > 0 ñư c x p l n lư t v phía ph i và ngư c l i.
       N u x = x(t) là m t tín hi u liên t c theo th i gian t và tín hi u này ñư c l y m u cách
       ñ u nhau m t kho ng th i gian là Ts, biên ñ c a m u th n là x(nTs). Ta th y, x(n) là
       cách vi t ñơn gi n hóa c a x(nTs), ng m hi u r ng ta ñã chu n hoá tr c th i gian
       theo TS.
                       Ts g i là chu kỳ l y m u (Sampling period).
Fs = 1/Ts ñư c g i là t n s l y m u (Sampling frequency).
Ví d :
M t tín hi u tương t x(t) = cos(t) ñư c l y m u v i chu kỳ l y m u là Ts = (/8. Tín
hi u r i r c tương ng là x(nTs) = cos(nTs) ñư c bi u di n b ng ñ th hình 1.2.a.
N u ta chu n hóa tr c thòi gian theo Ts thì tín hi u r i r c x = {x(n)} ñư c bi u
di n như ñ th hình 1.2.b.
Ghi chú:
- T ñây v sau, tr c th i gian s ñư c chu n hóa theo Ts, khi c n tr v th i gian
th c, ta thay bi n n b ng nTs.
- Tín hi u r i r c ch có giá tr xác ñ nh các th i ñi m nguyên n. Ngoài các th i
ñi m ñó ra tín hi u không có giá tr xác ñ nh, không ñư c hi u chúng có giá tr b ng
0.
- ð ñơn gi n, sau này, thay vì ký hi u ñ y ñ , ta ch c n vi t x(n) và hi u ñây là dãy
x = {x(n)}.




1.2.3.2. Các tín hi u r i r c cơ b n
1/. Tín hi u xung ñơn v (Unit inpulse sequence):
ðây là m t dãy cơ b n nh t, ký hi u làĀ, ñư c ñ nh nghĩa như sau:
2/. Tín hi u h ng ( Constant sequence): tín hi u này có giá b ng nhau v i t t c
các giá tr ch a n. Ta có:




Dãy h ng ñư c bi u di n b ng ñ th như hình 1.3.(b)
3/. Tín hiêu nh y b c ñơn v (Unit step sequence)
Dãy này thư ng ñư c ký hi u là u(n) và ñư c ñ nh nghĩa như sau:




Dãy u(n) ñư c bi u di n b ng ñ th hình 1.3 (c).
M i quan h gi a tín hi u nhãy b c ñơn v v i tín hi u xung ñơn v :



v i u(n-1) là tín hi u u(n) ñư c d ch ph i m t m u.
Hình 1.3 Các dãy cơ b n
      a)   Dãy xung ñơn v
      b)   Dãy h ng
      c)   Dãy nh y b c ñơn v
      d)   Dãy hàm mũ
      e)   Dãy tu n hoàn có chu kỳ N=8
      f)   Dãy hình sin có chu kỳ N=5


4/. Tín hi u hàm mũ (Exponential sequence)
                          x(n) = A αn                              (1.7)
N u A và α là s th c thì ñây là dãy th c. V i m t dãy th c, n u 0 < α < 1 và A>0 thì
dãy có các giá tr dương và gi m khi n tăng, hình 1.3(d). N u –1< α < 0 thì các giá tr
c a dãy s l n lư c ñ i d u và có ñ l n gi m khi n tăng. N u | α |>1 thì ñ l n c a
dãy s tăng khi n tăng.
5/. Tín hi u tu n hoàn (Periodic sequence)
M t tín hi u x(n) ñư c g i là tu n hoàn v i chu kỳ N khi: x(n+N) = x(n), v i m i n.
M t tín hi u tu n hoàn có chu kỳ N=8 ñư c bi u di n b ng ñ th hình 1.3(e). Dĩ
nhiên, m t tín hi u hình sin cũng là m t hi u tu n hoàn.


Ví d :                        là m t tín hi u tu n hoàn có chu kỳ là N=5, xem
hình1.3(f)
1.2.3.3. Các phép toán cơ b n c a dãy
Cho 2 dãy x1 = {x1(n)} và x2 = {x2(n)} các phép toán cơ b n trên hai dãy ñư c ñ nh
       nghĩa như sau:
       1/. Phép nhân 2 dãy:       y = x1 . x2 = {x1(n).x2(n)}           (1.8)
       2/. Phép nhân 1 dãy v i 1 h s : y = a.x1 = {a.x1(n)}             (1.9)
       3/. Phép c ng 2 dãy:       y = x1 + x2 = {x1(n) + x2(n)}         (1.10)
       4/. Phép d ch m t dãy (Shifting sequence):
        - D ch ph i: G i y là dãy k t qu trong phép d ch ph i n0 m u m t dãy x ta có:
                    y(n) = x(n-n0), v i n0 > 0                      (1.11)
        - D ch trái: G i z là dãy k t qu trong phép d ch trái n0 m u dãy x ta có:
                           z(n) = x(n+n0), v i n0 > 0                        (1.12)
       Phép d ch ph i còn g i là phép làm tr (delay). Phép làm tr m t m u thư ng ñư c ký
       hi u b ng ch D ho c Z-1 . Các phép d ch trái và d ch ph i ñư c minh h a trong các
       hình 1.4.




           Hình 1.4: (a) Dãy x(n)
           (b) Phép d ch pha 4 m u tr ên tín hi u x(n)
           (c) Phép d ch traí 5 m u trên tín hi u x(n)
       Nh n xét: Ta th y, m t tín hi u x(n) b t kỳ có th bi u di n b i tín hi u xung
       ñơn v như sau:



       Cách bi u di n này s d n ñ n m t k t qu quan tr ng trong ph n sau.
       Ghi chú:
       Các phép tính th c hi n trên các tín hi u r i r c ch có ý nghĩa khi t n s l y m u c a
       các tín hi u này b ng nhau.

1.3. H TH NG R I R C
         1.3.1. KHÁI NI M
         1.3.1.1. H th ng th i gian r i r c (g i t t là h th ng r i r c):
         1.3.1.2. ðáp ng xung (impulse response) c a m t h th ng r i r c
         1.3.1.3. Bi u di n h th ng b ng sơ ñ kh i
         1.3.2. PHÂN LO I H TH NG R I R C
         1/. H th ng không nh (Memoryless systems):
         2/. H th ng tuy n tính (Linear systems)
3/. H th ng b t bi n theo th i gian (Time-Invariant systems)
    4/. H th ng nhân qu (Causal systems)
    5/. H th ng n ñ nh (Stable systems)

1.3.1. KHÁI NI M
1.3.1.1. H th ng th i gian r i r c (g i t t là h th ng r i r c):
 H th ng th i gian r i r c là m t thi t b (device) hay là m t toán thu t (algorithm)
mà nó tác ñ ng lên m t tín hi u vào (dãy vào) ñ cung c p m t tín hi u ra (dãy ra)
theo m t qui lu t hay m t th t c (procedure) tính toán nào ñó. ð nh nghĩa theo toán
h c, ñó là m t phép bi n ñ i hay m t toán t (operator) mà nó bi n m t dãy vào x(n)
thành dãy ra y(n).
            Ký hi u:      y(n) = T{x(n)}                             (1.14)
Tín hi u vào ñư c g i là tác ñ ng hay kích thích (excitation), tín hi u ra ñư c g i là
ñáp ng (response). Bi u th c bi u di n m i quan h gi a kích thích và dáp ng ñư c
g i là quan h vào ra c a h th ng.
Quan h vào ra c a m t h th ng r i r c còn ñư c bi u di n như hình 1.5.




Ví d 1.1: H th ng làm tr lý tư ng ñư c ñ nh nghĩa b i phương trình:
            y(n) = x(n – nd) , v i -∞ < n < ∞               (1.15)
nd là m t s nguyên dương không ñ i g i là ñ tr c a h th ng.
Ví d 1.2: H th ng trung bình ñ ng (Moving average system) ñư c ñ nh nghĩa
b i phương trình:




v i M1 và M2 là các s nguyên dương.
H th ng này tính m u th n c a dãy ra là trung bình c a (M1 + M2 + 1) m u c a dãy
vào xung qu../Anh m u th n, t m u th n-M2 ñ n m u th n+M1 .
1.3.1.2. ðáp ng xung (impulse response) c a m t h th ng r i r c
ðáp ng xung h(n) c a m t h th ng r i r c là ñáp ng c a h th ng khi kích thích là
tín hi u xung ñơn v ((n), ta có:
Trong các ph n sau, ta s th y, trong các ñi u ki n xác ñ nh ñáp ng xung c a m t h
th ng có th mô t m t cách ñ y ñ h th ng ñó.
Ví d 1.3: ðáp ng xung c a h th ng trung bình ñ ng là:




1.3.1.3. Bi u di n h th ng b ng sơ ñ kh i
ð có th bi u di n m t h th ng b ng sơ ñ kh i, ta c n ñ nh nghĩa các ph n t cơ
b n. M t h th ng ph c t p s là s liên k t c a các ph n t cơ b n này.
1/. Ph n t nhân dãy v i dãy (signal multiplier), tương ng v i phép nhân hai dãy, có
sơ ñ kh i như sau:




2/. Ph n t nhân m t dãy v i m t h ng s (Constant multiplier), tương ng v i phép
nhân m t h s v i m t dãy, có sơ ñ kh i như sau:
3/. Ph n t c ng (Adder), tương ng v i phép c ng hai dãy, có sơ ñ kh i như sau:




4/. Ph n t làm tr m t m u (Unit Delay Element), tương ng v i phép làm tr
m t m u, có sơ ñ kh i như sau:



Trong các ph n sau, ta s thành l p m t h th ng ph c t p b ng s liên k t các ph n t
cơ b n này.
1.3.2. PHÂN LO I H TH NG R I R C
Các h th ng r i r c ñư c phân lo i d a vào các thu c tính c a nó, c th là các thu c
tính c a toán t bi u di n h th ng (T).
1/. H th ng không nh (Memoryless systems):
H th ng không nh còn ñư c g i là h th ng tĩnh (Static systems) là m t h th ng
mà ñáp ng y(n) m i th i ñi m n ch ph thu c vào giá tr c a tác ñ ng x(n) cùng
th i ñi m n ñó.
M t h th ng không th a mãn ñ nh nghĩa trên ñư c g i là h th ng có nh hay h
th ng ñ ng (Dynamic systems).
Ví d 1.4:
   - H th ng ñư c mô t b i quan h vào ra như sau: y(n) = [x(n)]2 , v i
     m i giá tr c a n, là m t h th ng không nh .
   - H th ng làm tr trong ví d 1.1, nói chung là m t h th ng có nh khi nd>0.
   - H th ng trung bình ñ ng trong ví d 1.2 là h th ng có nh , tr khi M1=M2=0.
2/. H th ng tuy n tính (Linear systems)
M t h th ng ñư c g i là tuy n tính n u nó th a mãn nguyên lý ch ng ch t (Principle
of superposition). G i y1(n) và y2(n) l n lư t là ñáp ng c a h th ng tương ng v i
các tác ñ ng x1(n) và x2(n), h th ng là tuy n tính n u và ch n u:


v i a, b là 2 h ng s b t kỳ và v i m i n.
Ta th y, ñ i v i m t h th ng tuy n tính, thì ñáp ng c a m t t ng các tác ñ ng b ng
t ng ñáp ng c a h ng v i t ng tác ñ ng riêng l .
M t h th ng không th a mãn ñ nh nghĩa trên ñư c g i là h th ng phi tuy n
(Nonliear systems).
Ví d 1.5: Ta có th ch ng minh ñư c h th ng tích lũy (accumulator) ñư c ñ nh
nghĩa b i quan h :



là m t h th ng tuy n tính. H th ng này ñư c g i là h th ng tích lũy vì m u th n
c a ñáp ng b ng t ng tích lũy t t cã các giá tr c a tín hi u vào trư c ñó ñ n th i
ñi m th n.




                  = a.y1(n) + b.y2(n) v i a và b là các h ng s b t kỳ.
V y h th ng này là m t h th ng tuy n tính.

3/. H th ng b t bi n theo th i gian (Time-Invariant systems)
M t h th ng là b t bi n theo th i gian n u và ch n u tín hi u vào b d ch nd m u thì
ñáp ng cũng d ch nd m u, ta có:
      N u y(n) =T{x(n)} và x1(n) = x(n-nd)
     thì y1(n) = T{x1(n)} = {x(n-nd)} = y(n - nd)                 (1.21)
Ta có th ki m ch ng r ng các h th ng trong các ví d trư c ñ u là h th ng b t bi n
theo th i gian.
Ví d 1.6: H th ng nén (compressor) ñư c ñ nh nghĩa b i quan h :
             y(n) = x(M.n)                                          (1.22)
v i -∞ < n < ∞ và M là m t s nguyên dương.
H th ng này ñư c g i là h th ng nén b i vì nó lo i b (M-1) m u trong M m u (nó
sinh ra m t dãy m i b ng cách l y m t m u trong M m u). Ta s ch ng minh r ng h
th ng này không ph i là m t h th ng b t bi n.
Ch ng minh: G i y1(n) là ñáp ng c a tác ñ ng x1(n), v i x1(n) = x(n – nd), thì:
                    y1(n) = x1(Mn) = x(Mn – nd)
Nhưng:              y(n-nd) = x[M(n-nd)] ( y1(n)
Ta th y x1(n) b ng x(n) ñư c d ch nd m u, nhưng y1(n) không b ng v i y(n) trong
cùng phép d ch ñó. V y h th ng này không là h th ng b t bi n, tr khi M = 1.
4/. H th ng nhân qu (Causal systems)
M t h th ng là nhân qu n u v i m i giá tr n0 c a n, ñáp ng t i th i ñi m n=n0 ch
ph thu c vào các giá tr c a kích thích các th i ñi m n ≤ n0. Ta th y, ñáp ng c a
h ch ph thu c vào tác ñ ng quá kh và hi n t i mà không ph thu c vào tác ñ ng
  tương lai. Ta có;
      y(n) = T{x(n)} = F{x(n),x(n-1),x(n-2),. . .}                           (1.23)
v i F là m t hàm nào ñó.
H th ng trong ví d 1.1 là nhân qu khi nd ≥ 0 và không nhân qu khi nd < 0.
Ví d 1.7: H th ng sai phân t i (Forward difference systems) ñư c ñ nh nghĩa
b i quan h :
                    y(n) = x(n+1) - x(n)                            (1.23)
Rõ ràng y(n) ph thu c vào x(n+1), vì v y h th ng này không có tính nhân qu .
Ngư c l i, h th ng sai phân lùi (Backward difference systems) ñư c ñ nh nghĩa b i
quan h :          y(n) = x(n) – x(n-1)                          (1.24)
là m t h th ng nhân qu .


     5/. H th ng n ñ nh (Stable systems)
     M t h th ng n ñ nh còn ñư c g i là h th ng BIBO (Bounded-Input Bounded-
     Output) n u và ch n u v i m i tín hi u vào b gi i h n s cung c p dãy ra gi i h n.
     M t dãy vào x(n) b gi i h n n u t n t i m t s dương h u h n Bx sao cho:
                        |x(n)| ≤ Bx < +∞ , v i m i n                          (1.25)
     M t h th ng n ñ nh ñòi h i r ng, ng v i m i dãy vào h u h n, t n t i m t s
     dương By h u h n sao cho:
                        |y(n)| ≤ By < +∞ , v i m i n                          (1.26)
     Các h th ng trong các ví d 1.1; 1.2; 1.3 và 1.6 là các h th ng n ñ nh. H th ng tích
     lũy trong ví d 1.5 là h th ng không n ñ nh.
     Ghi chú: Các thu c tính ñ phân lo i h th ng trên là các thu c tính c a h
     th ng ch không ph i là các thu c tính c a tín hi u vào. Các thu c tính này ph i th a
     mãn v i m i tín hi u vào.

1.4. H TH NG B C BI N THEO TH I GIAN
     (LTI: Linear Time-Invariant System)

     1.4.1. KHÁI NI M
     1.4.2. T NG CH P (CONVOLUTION SUM)
     1.4.2.1. ð nh nghĩa:
     1.4.2.2. Phương pháp tính t ng ch p b ng ñ th
     1.4.2.3. Các tính ch t c a t ng ch p
     1.4.3. CÁC H TH NG LTI ð C BI T
     1.4.3.1. H th ng LTI n ñ nh:
     1.4.3.2. H th ng LTI nhân qu
     1.4.3.3. H th ng FIR (Finite-duration Impulse Response) và h th ng IIR
     1.4.3.4. H th ng ñ o (Inverse systems)

     1.4.1. KHÁI NI M
     H th ng tuy n tính b t bi n theo th i gian là h th ng th a mãn ñ ng th i hai
     tính ch t tuy n tính và b t bi n.
     G i T là m t h th ng LTI, s d ng cách bi u di n       pt(1.13) và pt(1.14), ta có th
     vi t:
v i k là s nguyên.
Áïp d ng tính ch t tuy n tính, pt(1.27) có th ñư c vi t l i:



ðáp ng xung c a h th ng là: h(n) = T{((n)}, vì h th ng có tính b t bi n, nên:
                     h(n - k) = T{δ(n - k)}                             (1.29)
Thay pt(1.29) vào pt(1.28) ta có:



T     pt(1.30), ta th y m t h th ng LTI hoàn toàn có th ñư c ñ c t b i ñáp ng xung
c   a nó và ta có th dùng pt(1.30) ñ tính ñáp ng c a h th ng ng v i m t kích thích
b   t kỳ. H th ng LTI r t thu n l i trong cách bi u di n cũng như tính toán, ñây là m t
h    th ng có nhi u ng d ng quan tr ng trong x lý tín hi u.
1.4.2. T NG CH P (CONVOLUTION SUM)
1.4.2.1. ð nh nghĩa: T ng ch p c a hai dãy x1(n) và x2(n) b t kỳ, ký hi u: * ,
ñư c ñ nh nghĩa b i bi u th c sau:



Pt(1.30) ñư c vi t l i:     y(n) = x(n)*h(n)                   (1.32)
v y, ñáp ng c a m t h th ng b ng t ng ch p tín hi u vào v i ñáp ng xung c a nó.
1.4.2.2. Phương pháp tính t ng ch p b ng ñ th
T ng ch p c a hai dãy b t kỳ có th ñư c tính m t cách nh../Anh chóng v i s tr
giúp c a các chương trình trên máy vi tính. ñây, phương pháp tính t ng ch p b ng
ñ th ñư c trình bày v i m c ñích minh h a. Trư c tiên, ñ d dàng tìm dãy x2(n-k),
ta có th vi t l i:
                     x2 (n-k) = x2 [-(k - n)]                  (1.33)
T pt(1.33), ta th y, n u n>0, ñ có x2(n-k) ta d ch x2(-k) sang ph i n m u, ngư c l i,
n u n<0 ta d ch x2(-k) sang trái |n| m u. T nh n xét này, Ta có th ñ ra m t qui trình
tính t ng ch p c a hai dãy , v i t ng giá tr c a n, b ng ñ th như sau:
Bư c 1: Ch n giá tr c a n.
Bư c 2: L y ñ i x ng x2(k) qua g c t a ñ ta ñư c x2(-k).
Bư c 3: D ch x2(-k) sang trái |n| m u n u n<0 và sang ph i n m u n u n>0, ta ñư c
         dãy x2(n-k).
Bư c 4:Th c hi n các phép nhân x1(k).x2(n-k), v i -∞ < k < ∞
Bư c 5: Tính y(n) b ng cách c ng t t c các k t qu ñư c tính      bư c 4.
Ch n giá tr m i c a n và l p l i t bư c 3.


Ví d 1.8: Cho m t h th ng LTI có ñáp ng xung là :




tín hi u vào là: x(n) = an u(n). Tính ñáp ng y(n) c a h th ng, v i N> 0 và |a| <1.
Gi i:



@ V i n < 0: Hình 1.5(a). trình bày hai dãy x(k) và h(n-k) torng trư ng h p n < 0
(v i N = 4 và n = -3). Ta th y trong trư ng h p này, các thành ph n khác 0 c a x(k)
và h(n-k) không trùng nhau, vì v y:
                     y(n) = 0, v i m i n < 0.                       (1.35)
@ V i 0 ≤ n < N-1: Hình 1.5(b). trình bày hai dãy x(k) và h(n-k), trong trư ng này,
ta th y:
        x(k).h(n-k) = ak    nên:



Ta th y, y(n) chính là t ng (n+1) s h ng c a m t chu i hình h c có công b i là a, áp
d ng công th c tính t ng h u h n c a chu i hình h c, ñó là:
Hình 1.5 : Các dãy xu t hi n trong quá trình t ng ch p. (a);(b);(c)Các dãy x(k) và h(n-k) như
là m t hàm c a k v i các giá tr khác nhau c u n (ch các m u khác 0 m i ñư c trình bày ); (d)
T ng ch p y(n) = x(n) * h(n).

@ V i (N-1) < n: Hình 1.5(b). trình bày hai dãy x(k) và h(n-k), tương t như trên ta có:
                  x(k).h(n-k) = ak
Ví d này tính t ng ch p trong trư ng h p ñơn gi n. Các trư ng h p ph c t p
hơn, t ng ch p cũng có th tính b ng phương pháp ñ th , nhưng v i ñi u ki n là 2
dãy ph i có m t s h u h n các m u khác 0.
1.4.2.3. Các tính ch t c a t ng ch p
Vì t t c các h th ng LTI ñ u có th bi u di n b ng t ng ch p, nên các tính ch t c a
t ng ch p cũng chính là các tính ch t c a h th ng LTI.
a) Tính giao hoán (Commutative): cho 2 dãy x(n) và h(n) b t kỳ, ta có:
            y(n) = x(n)*h(n) = h(n)*x(n)                             (1.41)
Ch ng minh: Thay bi n m=n-k vào pt (1.33), ta ñư c:




b) Tính ph i h p (Associative): Cho 3 dãy x(n), h1 (n) và h2(n), ta có:
            y(n) = [x(n)*h1(n)]*h2 (n) = x(n)*[h1(n)*h2(n)] (1.44)
Tính ch t này có th ch ng minh m t cách d dàng b ng cách d a vào bi u th c ñ nh
nghĩa c a t ng ch p.
H qu 1: Xét hai h th ng LTI có ñáp ng xung l n lư c là h1(n) và h2(n) m c liên
ti p (cascade), nghĩa là ñáp ng c a h th ng th 1 tr thành kích thích c a h th ng
th 2 (hình 1.6(a)). Áp d ng tính ch t ph i h p ta ñư c:
      y(n) = x(n)*h(n) = [x(n)*h1(n)]*h2(n) = x(n)*[h1(n)*h2(n)]
hay   h(n) = h1(n)*h2(n) = h2(n)*h1(n) ( tính giao hoán)                      (1.45)
T pt(1.45) ta có ñư c các h th ng tương ñương như các hình 1.6(b) và 1.6(c).
c) Tính ch t phân b v i phép c ng (Distributes over addition): tính ch t này ñư c
bi u di n b i bi u th c sau:
      y(n) = x(n)*[h1(n) + h2(n)] = x(n)*h1(n) + x(n)*h2(n)        (1.46)
và cũng này có th ch ng minh m t cách d dàng b ng cách d a vào bi u th c ñ nh
nghĩa c a t ng ch p.
H qu 2: xét hai h th ng LTI có ñáp ng xung l n lư t là h1(n) và h2(n) m c song
song (parallel), (hình 1.7(a)). áp d ng tính ch t phân b ta ñư c ñáp ng xung c a h
th ng tương ñương là:
                   h(n) = h1(n) + h2(n)                            (1.47)
sơ ñ kh i c a m ch tương ñương ñư c trình bày trong hình 1.7(b).
1.4.3. CÁC H TH NG LTI ð C BI T
1.4.3.1. H th ng LTI n ñ nh:


ð nh lý: M t h th ng LTI có tính n ñ nh n u và ch n u
v i h(n) là ñáp ng xung c a h th ng.




Ch ng minh:
@ ði u ki n ñ : xét m t tín hi u vào h u h n, nghĩa là:




V y |y(n)| h u h n khi ñi u ki n   pt(1.48) th a mãn, hay pt(1.48) là ñi u ki n ñ ñ
h th ng n ñ nh.
@ ði u ki n c n: ð ch ng minh ñi u ki n c n ta dùng phương pháp ph n ch ng.
Trư c tiên ta gi s r ng h th ng có tính n ñ nh, n u ta tìm ñư c m t tín hi u vào
nào ñó th a mãn ñi u ki n h u h n và n u t ng s phân kỳ (s →∞) thì h th ng s
không n ñ nh, mâu thu n v i gi thi t.
Th t v y, ta xét m t dãy vào ñư c nghĩa như sau:




 ñây, h*(n) là liên h p ph c c a h(n), rõ ràng |x(n)| b gi i h n b i 1, tuy nhiên, n u s
→∞, ta xét ñáp ng t i n = 0:




Ta th y, k t qu này mâu thu n v i gi thuy t ban ñ u (h th ng n ñ nh). V y, s ph i
h u h n.

1.4.3.2. H th ng LTI nhân qu
ð nh lý: M t h th ng LTI có tính nhân qu n u và ch n u ñáp ng xung h(n)
c a nó th a mãn ñi u ki n:
                    h(n) = 0 , v i m i n < 0                         (1.49)
Ch ng minh:




T pt(1.50), ta th y gi i h n trên c a t ng là n, nghĩa là y(n) ch ph thu c vào x(k)
v i k ( n, nên h th ng có tình hân qu .
@ ði u ki n c n: Ta s ch ng minh b ng phương pháp ph n ch ng. Gi s r ng,

h(m) ≠ 0 v i m < 0. T pt(1.42):                        , ta th y y(n) ph thu c vào
x(n-m) v i m < 0 hay n-m > n, suy ra h th ng không có tính nhân qu .
Vì v y, ñi u ki n c n và ñ ñ h th ng có tính nhân qu ph i là: h(n)=0 khi n < 0.
Ví d 1.9: H th ng tích lu ñư c ñ nh nghĩa b i
T pt(1.51) ta th y h(n) c a h h th ng này không th a ñi u ki n pt(1.48) nên không
 n ñ nh và h(n) th a ñi u ki n pt(1.49) nên nó là m t h th ng nhân qu .
1.4.3.3. H th ng FIR (Finite-duration Impulse Response) và h th ng IIR
        (Infinite-duration Impulse Response)
H th ng FIR (H th ng v i ñáp ng xung có chi u dài h u h n) là m t h th ng
mà ñáp ng xung c a nó t n t i m t s h u h n các m u khác 0.
Ta th y, h th ng FIR luôn luôn n ñ nh n u t t c các m u trong ñáp ng xung c a nó
có ñ l n h u h n.
Ngư c l i, m t h th ng mà ñáp ng xung c a nó có vô h n s m u khác 0 ñư c g i là
h th ng IIR (H th ng v i ñáp ng xung có chi u dài vô h n).
M t h th ng IIR có th là h th ng n ñ nh ho c không n ñ nh.
Ví d 1.10: Xét m t h th ng có ñáp ng xung là h(n) = an u(n), ta có:



N u |a| < 1, thì S h i t và S = 1/(1-|a|) vì v y h th ng có tính n ñ nh.
N u |a| ≥ 1, thì S → ∞ và h th ng không n ñ nh.
1.4.3.4. H th ng ñ o (Inverse systems)
ð nh nghĩa: M t h th ng LTI có ñáp ng xung là h(n), h th ng ñ o c a nó ,
n u t n t i, có ñáp ng xung là hi(n) ñư c ñ nh nghĩa b i quan h :
              h(n)*hi(n) = hi(n)*h(n) = δ(n)                     (1.53)
Ví d 1.11: Xét m t h th ng g m hai h th ng con m c n i ti p như hình 1.8:




ðáp ng xung c a h th ng tương ñương là:
              h(n) = u(n)*[δ(n) - δ(n - 1)] = u(n) - u(n - 1) = δ(n)       (1.54)
K    t qu ñáp ng xung c a h th ng tương ñương là xung ñơn v , nghĩa là ñáp ng c a
h    th ng luôn b ng v i tác ñ ng, vì x(n)*δ(n) = x(n), nên h th ng vi phân lùi là h
th   ng ñ o c a h th ng tích lũy và ngư c l i, do tính giao hoán c a t ng ch p, h
th   ng tích lũy là h th ng ñ o c a h th ng vi phân lùi.
Hai h th ng ñ o c a nhau m c n i ti p, có ñáp ng xung tương ñương là δ(n), nên
ñư c g i là h th ng ñ ng d ng (Identity systems).
1.5.PHƯƠNG TRÌNH SAI PHÂN TUY N TÍNH H S                 H NG
     (LCCDE: Linear Constant-Coefficient Difference Equations)
     1.5.1. Khái ni m:
     1.5.2. NGHI M C A LCCDE
     1.5.2.1 Tìm nghi m c a phương trình sai phân thu n nh t
     1.5.2.2. Nghi m riêng c a phương trình sai phân
     1.5.2.3. Nghi m t ng quát c a phương trình sai phân:
     1.5.3. H TH NG R I R C ð QUI (RECURSIVE)
     1.5.3.1. H th ng r i r c ñ qui :
     1.5.3.2. H th ng r i r c không ñ qui:

     5.1. Khái ni m: M t h th ng LTI mà quan h gi a tác ñ ng x(n) và ñáp ng y(n) c a
     nó th a mãn phương trình sai phân truy n tính h s h ng b c N dư i d ng:



     ñư c g i là h th ng có phương trình sai phân truy n tính h s h ng (LCCDE). Trong
     ñó, các h s ak và br là các thông s ñ c trưng cho h th ng.
     H th ng LTI có LCCDE là m t l p con quan tr ng c a h th ng LTI trong x lý tín
     hi u s . Ta có th so sánh nó v i m ch R_L_C trong lý thuy t m ch tương t (ñư c
     ñ c trưng b ng phân trình vi tích phân tuy n tính h s h ng).

     Ví d 1.12: Xét h th ng tích lũy, như ta bi t, ñây là m t h th ng LTI, vì v y có
     th bi u di n b i m t LCCDE. Th y v y, ta xem l i hình 1.8, trong ñó y(n) là ñáp ng
     c a h th ng tích lũy ng v i tín hi u vào x(n), và y(n) ñóng vai trò tín hi u vào c a
     h th ng vi phân lùi. Vì h th ng vi phân lùi là h th ng ñ o c a h th ng tích lũy nên:
                         y(n) - y(n-1) = x(n)                     (1.56)
     Pt(1.56) chính là LCCDE c a m t h th ng tích lũy, v i N=1, a0 =1, a1=-1, M=0 và b0
     =1.
     Ta vi t l i:                y(n) = y(n-1) + x(n)                    (1.57)
     T pt(1.57), ta th y, v i m i giá tr c a n, ph i c ng thêm vào x(n) m t t ng ñư c tích
     lũy trư c ñó y(n-1). H th ng tích lũy ñư c bi u di n b ng sơ ñ kh i hình 1.9 và
     pt(1.57) là m t cách bi u di n ñ qui c a h th ng.




    1.5.2. NGHI M C A LCCDE
Phương trình sai phân tuy n tính h s h ng là m t d ng quan h vào ra mô t h
th ng LTI. Trong ph n này, ta s tìm bi u th c tư ng minh c a ñáp ng y(n) b ng
phương pháp tr c ti p. Còn m t phương pháp khác ñ tìm nghi m c a phương trình
này là d a trên bi n ñ i z s ñư c trình bày trong chương sau, ta g i là phương pháp
gián ti p.
Tương t như phương trình vi tích phân tuy n tính h s h ng c a h th ng liên t c
theo th i gian. Trư c tiên, ta tìm nghi m c a phương trình sai phân thu n nh t
(homogeneous diference equation), ñó là pt (1.55) v i v ph i b ng 0. ðây chính là
ñáp ng c a h th ng v i tín hi u vào x(n) = 0. Sau ñó, ta tìm m t nghi m riêng
(particular solution) c a pt(1.55) v i x(n)(0. Cu i cùng, nghi m t ng quát (total
solution) c a LCCDE (1.55) là t ng nghi m c a phương trình sai phân thu n nh t v i
nghi m riêng c a nó. Th t c tìm nghi m như sau:
1.5.2.1 Tìm nghi m c a phương trình sai phân thu n nh t (ðáp ng c a h th ng
khi tính hi u vào b ng 0)


Phương trình sai phân thu n nh t có d ng:
(B ng cách chia 2 v cho a0 ñ có d ng (1.58) v i a0 = 1)
Ta ñã bi t r ng, nghi m c a phương trình vi phân thư ng có d ng hàm mũ, vì v y, ta
gi s nghi m c a phương trình sai phân thu n nh t có d ng:
                                yh(n) = λn                        (1.59)
Ch s h ñư c dùng ñ ch r ng ñó là nghi m c a phương trình thu n nh t.
Thay vào pt(1.58) ta thu ñư c m t phương trình ña th c:
hay:        λn –N (λN + a1λN-1 + a2λN-2 + … + aN-1λ + aN) = 0              (1.60)
ða th c trong d u ngo c ñơn ñư c g i là ña th c ñ c tính (characteristic polynomial)
c a h th ng.
Nói chung, ña th c này có N nghi m, ký hi u là λ1, λ2,…,λN, có giá tr th c ho c
ph c. N u các h s a1, a2,…, aN có giá tr th c, thư ng g p trong th c t , các nghi m
ph c n u có s là các c p liên h p ph c. Trong N nghi m cũng có th có m t s
nghi m kép (mutiple-order roots).
Gi s r ng, t t c các nghi m là phân bi t, không có nghi m kép, thì nghi m t ng
quát c a phương trình sai phân thu n nh t là :
                   yh(n) = C1λn1 + C2λn2 + …+ CNλnN                        (1.61)
  ñây, C1 , C2 ,…,CN là các h ng s tuỳ ñ nh. Các h ng s này ñư c xác ñ nh d a vào
các ñi u ki n ñ u c a h th ng.
Ví d 1.13: Xác ñ nh ñáp ng v i tín hi u vào x(n) = 0 c a m t h th ng ñư c
mô t b i LCCDE b c 2 như sau:
                      y(n) - 3y(n-1) - 4y(n-2) = 0                   (1.62)
Gi i:
Ta bi t nghi m c a pt(1.62) có d ng: yh(n) = (n, thay vào pt(1.62), ta thu ñư c:
        λn - 3λn-1 - 4λn-2 = 0      hay    λn -2 (λ2 - 3λ - 4) = 0
và phương trình ñ c tính là:               (λ2 - 3λ - 4) = 0
Ta có 2 nghi m λ1 = -1 và λ2 = 4, nghi m c a phương trình thu n nh t có d ng t ng
quát là:
                      yh(n) = C1λn1 + C2λn2 = C1(-1)n + C2(4)n                (1.63)
ðáp c a h th ng v i tín hi u vào b ng 0 có th thu ñư c b ng cách tính giá tr các
h ng s C1 và C2 d a vào các ñi u ki n ñ u. Các ñi u ki n ñ u ñư c cho thư ng là giá
tr c a ñáp ng các th i ñi m n=-1; n = -2;...; n = -N. ñây, ta có N=2, và các ñi u
ki n ñ u ñư c cho là y(- 1) và y(-2). T pt(1.62) ta thu ñư c:
                      y(0) = 3y(-1) + 4y(-2)
                      y(1) = 3y(0) - 4y(-1) = 13y(-1) + 12y(-2)
M t khác, t pt(1.63) ta có:
                      y(0) = C1 + C2
                      y(1) = -C1 + 4C2
Suy ra:               C1 + C2 = 3y(-1) + 4y(-2)
                      -C1 + 4C2 = 13y(-1) + 12y(-2)
Gi i h 2 phương trình trên ta ñư c:
                      C1 = (-1/5)y(-1) + (4/5)y(-2)
                      C2 = (16/5)y(-1) + (16/5)y(-2)
V y ñáp ng c a h th ng khi tín hi u vào b ng 0 là:
        yh(n) = [(-1/5)y(-1) + (4/5)y(-2)](-1)n + [(16/5)y(-1) + (16/5)y(-2)](4)n
        (1.64)
Gi s , y(-2)=0 và y(-1)=5, thì C1=-1 và C2 =16. Ta ñư c:
                      yh(n) = (-1)n+1 + (4)n+2 , v i n ≥ 0
Chú ý r ng, trong trư ng h p phương trình ñ c tính có nghi m kép, pt(1.61) ph i ñư c
s a l i, ch ng h n, n u (1 là nghi m kép b c m, thì pt(1.61) tr thành:
yh(n) = C1λn1 + C2nλn1 + C3n2λn1+ …+ Cmnm-1λn1 +…+ Cm+1λnm+1 +…+ CNλnN
(1.65)
1.5.2.2. Nghi m riêng c a phương trình sai phân
Tương t như cách tìm nghi m c a phương trình thu n nh t, ñ tìm nghi m riêng c a
phương trình sai phân khi tín hi u vào x(n)≠0, ta ñoán r ng nghi m c a phương trình
có m t d ng nào ñó, và th vào LCCDE ñã cho ñ tìm m t nghi m riêng, ký hi u
yp(n). Ta th y cách làm này có v mò m m!. N u tín hi u vào x(n) ñư c cho b t ñ u
t th i ñi m n ≥ 0 (nghĩa là x(n)=0 khi n<0), thì d ng c a nghi m riêng thư ng ñư c
ch n là:
                    yp (n) = Kx(n)                                     (1.66)
v i K là m t h ng s mà ta s tính.
Ví d 1.14:
Tìm ñáp y(n), v i n ≥ 0, c a h th ng ñư c mô t b i LCCDE b c hai như sau:
             y(n) - 3y(n-1) - 4y(n-2) = x(n) + 2x(n-1)                 (1.67)
tín hi u vào là: x(n) = 4nu(n). Hãy xác ñ nh nghi m riêng c a pt(1.67).
Gi i:
Trong ví d 1.13, ta ñã xác ñ nh nghi m c a phương trình sai phân thu n nh t cho h
th ng này, ñó là pt(1.63), ta vi t l i:
                    yh (n) = C1(-1)n + C2(4)n                          (1.68)
 Nghi m riêng c a pt(1.63) ñư c gi thi t có d ng hàm mũ: yp(n) = K(4)nu(n) . Tuy
nhiên chúng ta th y d ng nghi m này ñã ñư c ch a trong nghi m thu n nh t (1.68).
Vì v y, nghi m riêng này là th a (th vào pt(1.67) ta không xác ñ nh ñư c K). Ta
ch n m t d ng nghi m riêng khác ñ c l p tuy n tính v i các s h ng ch a trong
nghi m thu n nh t. Trong trư ng h p này, ta x lý gi ng như trư ng h p có nghi m
kép trong phương trình ñ c tính. Nghĩa là ta ph i gi thi t nghi m riêng có d ng: yp(n)
= Kn(4)nu(n). Th vào pt(1.67):
       Kn(4)nu(n) - 3K(n-1)(4)n-1u(n-1) - 4 K(n-2)(4)n-2u(n-2) = (4)nu(n) + 2(4)n-1u(n-
1)ð xác ñ nh K, ta ư c lư ng phương trình này v i m i n ≥ 2, nghĩa là v i nh ng giá
tr c a n sao cho hàm nhãy b c ñơn v trong phương trình trên không b tri t tiêu. ð
ñơn gi n v m t toán h c, ta ch n n = 2 và tính ñư c K = 6/5. V y:
                    yp(n) = (6/5)n(4)nu(n)                             (1.69)
1.5.2.3. Nghi m t ng quát c a phương trình sai phân:
Tính ch t tuy n tính c a LCCDE cho phép ta c ng nghi m thu n nh t và nghi m riêng
ñ thu ñư c nghi m t ng quát. Ta có nghi m t ng quát là:
                    y(n) = yh (n) + yp (n)                    (1.70)
Vì nghi m thu n nh t yh (n) ch a m t t p các h ng s b t ñ nh {Ci}, nên nghi m t ng
quát cũng ch a các h ng s b t ñ nh này, ñ xác ñ nh các h ng s này, ta ph i có m t
t p các ñi u ki n ñ u tương ng c a h th ng.
Ví d 1.15: Tìm ñáp ng y(n), v i n ( 0, c a h th ng ñư c mô t b i LCCDE
b c hai trong ví d 1.14 v i ñi u ki n ñ u là y(-1) = y(-2) = 0.
Gi i:
Trong ví d 1.13 ta ñã tìm ñư c nghi m thu n nh t, trong ví d 1.14 ta ñã tìm ñư c
nghi m riêng. V y nghi m t ng quát c a pt(1.67) là:
        y(n) = yh(n) + yP(n) = C1(-1)n + C2(4)n + (6/5)n(4)n, v i      n≥0   (1.71)
v i các ñi u ki n ñ u là các giá tr y(-1) = y(-2) = 0, tương t như trong ví d 1.13, ta
tính y(0) và y(1) t các pt(1.67) và (1.71) và thành l p ñư c h phân trình:
                             C1 + C2 = 1
                      -C1 + 4C2 + 24/5 = 9
suy ra:               C1 = -1/25 và C2 = 26/25.
Cu i cùng ta thu ñư c ñáp ng y(n) c a h th ng v i các ñi u ki n ñ u b ng 0, v i tín
hi u vào là x(n) = (4)nu(n) có d ng:




1.5.3. H TH NG R I R C ð                QUI (RECURSIVE)             VÀ KHÔNG ð        QUI
(NONRECURSIVE)
1.5.3.1. H th ng r i r c ñ qui :
M t h th ng r i r c ñ qui là h th ng mà ñáp ng y(n) m i th i ñi m n ph thu c
vào m t s b t kỳ các giá tr y(n-1); y(n-2);... các th i ñi m trư c ñó.
Ta th y, m t h th ng ñ qui có th ñư c mô t b ng m t LCCDE có b c N≥1. ð tìm
nghi m c a LCCDE, ngoài phương pháp tr c ti p ñã trình bày ph n trên và phương
pháp gián ti p dùng bi n ñ i z s trình bày trong chương sau, ta còn có th xác ñ nh
y(n) b ng phương pháp ñ qui, nghĩa là tính ñáp ng y(n) c a h th ng không ch d a
vào tín hi u vào mà còn d a vào các giá tr c a ñáp ng các th i ñi m ñã tính ñư c
trư c ñó.
Gi s các ñi u ki n ñ u ñã cho là y(-1), y(-2),..., y(-N), ta s dùng phương pháp ñ
qui ñ tính y(n) v i n ≥ 0 và v i n < -N.
@ Tính y(n) v i n ≥ 0:
Ta th y pt(1.73) bi u di n y(n) theo tín hi u vào và các giá tr c a ñáp ng các th i
ñi m trư c ñó. Các m u y(n) ñư c tính v i n tăng d n, th t c này ñư c g i là phép ñ
qui ti n.
Ví d 1.16: Xét m t h th ng ñư c mô t b i LCCDE có d ng:
                    y(n) - ay(n-1) = x(n)                             (1.74)
và tín hi u vào là x(n) = K((n), v i a và K là các h ng s . ði u ki n ñ u là y(-1) = c, c
cũng là m t h ng s .
Ta tính y(n) v i n ≥ 0, b t ñ u v i n = 0:
      y(0) = a.c + K
      y(1) = a.y(0) + 0 = a.(a.c + K) = a2c + a.K
      y(2) = a.(a2c + a.K) = a3c + a2 K
      y(3) = a.( a3c + a2 K) = a4c + a3 K
        :                    :
        :                    :
T các k t qu trên ta có th t ng quát hóa thành công th c tính y(n)
             y(n) = an+1c + an K, v i n ≥ 0                           (1.75)
@ Tính y(n) v i n < 0
Trong trư ng h p này Pt(1.55) ñư c vi t l i:




Các giá tr c a ñáp ng y(n) v i -N ≤ n≤ -1 ñã ñư c cho b i các ñi u ki n ñ u, và ta
tính ñư c l n lư t các giá tr y(-N -1), y(-N -2), y(-N - 3),... b ng cách thay l n lư t
các giá tr n = -1, -2, -3,... vào pt(1.76). Các m u y(n) ñư c tính v i n gi m d n, th
t c này ñư c g i là phép ñ qui lùi.
Ví du 1.17: Xét m t h th ng ñư c mô t b i LCCDE (1.74) v i cùng ñi u ki n
ñ u trong ví d 1.16 . ð xác ñ nh giá tr c a ñáp ng v i n < 0, ta vi t l i phương
trình (1.74) như sau:
                    y(n-1) = a-1 [y(n) - x(n)]                        (1.77)
áp d ng ñi u ki n ñ u y(-1) = c, ta có th tính y(n) v i n <-1 m t cách l n lư t như sau
:
             y(-2) = a-1[y(-1) - x(-1)] = a-1 c
y(-3) = a-1 a-1 c = a-2 c
            y(-4) = a-1 a-2 c = a-3 c
              :              :
              :              :
T các k t qu trên ta t ng quát hóa thành công th c tính y(n) v i n < 0 như sau:
                   y(n) = an+1 c , v i n < 0                         (1.78)
T k t qu c a 2 ví d 1.16 và 1.17, ta t ng k t thành công th c tính ñáp ng y(n) v i
m i n c a h th ng ñư c mô t b i phương trình sai phân (1.74), tín hi u vào là x(n) =
Kδ(n), v i a và K là các h ng s , và ñi u ki n ñ u là y(-1) = c, như sau:
                   y(n) = an+1 c + an Ku(n), v i m i n               (1.79)
Nh n xét:
(1) Ta ñã th c hi n th t c ñ qui ñ tính ñáp ng theo chi u dương và chi u âm c a
tr c th i gian, b t ñ u v i n = -1. Rõ ràng ñây là m t th t c không nhân qu .
(2) Khi K=0, tín hi u vào luôn có giá tr b ng 0, nhưng ñáp ng có giá tr là y(n)=an+1
c. Nhưng m t h th ng tuy n tính ñòi h i r ng, n u giá tr c a tín hi u vào b ng 0, thì
giá tr c a ñáp ng cũng b ng 0 (tính ch t này ñư c ch ng minh như m t bài t p). Vì
vây, h th ng này không tuy n tính.
(3) N u ta d ch tín hi u vào n0 m u, tín hi u vào lúc này là x1(n) = Kδ(n-n0), ta tính
l i ñáp ng theo th t c như trên, k t qu là:


Ta th y y1(n) ≠y(n-n0), v y h th ng không b t bi n theo th i gian.
Theo phân tích trên, h th ng không ph i là h th ng LTI mà chúng ta mong ñ i,
ngoài ra nó cũng không có tính nhân qu . S dĩ như v y là vì trong các ñi u ki n ñ u
ñã cho không bao hàm các tính ch t này. Trong chương 2, ta s trình bày cách tìm
nghi m c a LCCDE b ng cách dùng bi n ñ i z, ta s ng m k t h p các ñi u ki n cho
tính ch t tuy n tính và b t bi n, và chúng ta s th y, ngay c khi các ñi u ki n b o
ñ m tính ch t tuy n tính và b t bi n ñư c ñưa vào, nghi m c a phương trình sai phân
cũng s không duy nh t. ð c bi t, c hai h th ng LTI nhân qu và không nhân qu có
th cùng ñư c mô t b i m t phương trình sai phân.
N u m t h th ng ñư c mô t b i m t LCCDE và th a mãn ñi u ki n ñ u ñ h th ng
có các tính ch t tuy n tính, b t bi n và nhân qu thì nghi m s ñư c xác ñ nh duy
nh t. ði u ki n này thư ng ñư c g i là ñi u ki n ngh (initial-rest conditions) và n i
dung c a nó như sau: " N u tín hi u vào x(n) = 0 khi n ≤ 0 thì ñáp ng ph i b ng 0
v i n ≤ 0".
Ta xét l i ví d 1.14 và 1.15, nhưng v i ñi u ki n ngh , nghĩa là y(n) = 0 v i n < 0,
       tương ng v i x(n) = Kδ(n) = 0 khi n < 0. Ta s th y h th ng là m t h th ng LTI
       nhân qu .


     1.5.3.2. H th ng r i r c không ñ qui:
     M t h th ng mà ñáp ng y(n) ch ph thu c vào kích thích         th i ñi m hi n hành và
      các th i quá kh là m t h th ng không ñ qui.
     Ta th y m t h th ng không ñ qui ñư c bi u di n b i m t LCCDE có b c N = 0, ñó


     là:
             (H s a0 ñã ñư c ñưa vào các h s br , b ng cách chia 2 v cho a0 ).
     ðáp ng xung c a h th ng là:




     Ta th y ñây là m t h th ng LTI có ñáp ng xung dài h u h n (FIR) và nhân qu .
1.6 Tương quan c a các tín hi u r i r c
          1.6.1. TƯƠNG QUAN CHÉO (CROSSCORRELATION)
          1.6.2. T TƯƠNG QUAN (AUTOCORRELATION)
          1.6.3. M t s tính ch t c a tương quan chéo và t tương quan:

              Tương quan c a hai tín hi u là m t thu t toán ño lư ng m c ñ gi ng nhau
      gi a hai tín hi u ñó. Nó ñư c ng d ng trong nhi u lĩnh v c khoa h c k thu t như:
      radar, sonar, thông tin s ,. . .
     Ví d như trong lĩnh v c radar, radar phát ra rín hi u ñ tìm m c tiêu là x(n), tín hi u
     này sau khi ñ p vào m c tiêu (như máy bay ch ng h n) s ph n x tr l i . Radar thu
     l i tín hi u ph n x nhưng b tr m t th i gian là D = n0Ts (Ts là chu kỳ l y m u), tín
     hi u thu ñư c s b suy gi m v i h s suy gi m là a , t c là radar ñã thu l i ñư c tín
     hi u ax(n-n0). Ngoài tín hi u ph n x này còn có nhi u c ng γ(n). V y tín hi u mà
     radar thu ñư c khi có m c tiêu là:
                           y(n) = ax(n-n0) + γ(n)
     Còn n u không có m c tiêu trong không gian ho c radar không phát hi n ñư c m c
     tiêu thì radar ch thu ñư c nhi u c ng, khi ñó:
                           y(n) = γ(n)
So sánh hai tín hi u x(n) và y(n) ta s phát hi n ñư c có m c tiêu hay không, và xác
ñ nh ñư c th i gian tr D = n0Ts, t ñó ta xác ñ nh ñư c kho ng cách t m c tiêu ñ n
radar.
1.6.1. TƯƠNG QUAN CHÉO (CROSSCORRELATION)
  Xét 2 dãy x(n) và y(n), gi s r ng ít nh t m t trong hai dãy có năng lư ng h u
 h n, khi ñó tương quan chéo c a x(n) và y(n) ñư c ñ nh nghĩa như sau:



Ví d 1.18: Hãy xác ñ nh tương quan chéo rxy(n) c a 2 dãy sau:
           x(n) = { …, 0, 0, 2, -1, 3, 7, 1, 2, -3, 0, 0, …}
           y(n) = { …, 0, 0, 1, -1, 2, -2, 4, 1, -2, 5, 0, 0, …}
Gi i: Theo ñ nh nghĩa ta tính rxy v i t ng giá tr n


 •
 • v0(k) = x(k)y(k) = {…, 0, 0, 2, 1, 6, -14, 4, 2, 6, 0, 0,…}

     Sau ñó l y t ng t t c các m u c a v0(k), ta ñư c: rxy(0) = 7
 • V i n > 0, ta d ch y(k) sang ph i n m u, tính tích vn(k) = x(k)y(k-n) và sau ñó
   c ng t t c các m u c a vn(k), ta thu ñư c:
             rxy(1) = 13 rxy(2) = -18 rxy(3) = 16       rxy(4) = -7
             rxy(5) = 5 rxy(6) = -3      và rxy(n) = 0, v i n ≥ 7
 • V i n < 0, ta d ch y(k) sang trái n m u, tính tích vn(k) = x(k)y(k-n) và sau ñó
   c ng t t c các m u c a vn(k), ta thu ñư c:
             rxy(-1) = 0 rxy(-2) = 33 rxy(-3) = 14 rxy(-4) = 36
             rxy(-5) = 19        rxy(-6) = -9   rxy(-7) = 10 và rxy(n) = 0, v i n≤-8
K t qu tương quan chéo c a hai dãy x(n) và y(n) là:
rxy(n) = {…, 0, 0, 10, -9, 19, 36, -14, 33, 0, 7, 13, -18, 16, -7, 5, -3, 0, 0,…}
1.6.2. T     TƯƠNG QUAN (AUTOCORRELATION)
Trong ñ nh nghĩa tương quan chéo, n u x(n) = y(n) thì ta s có t tương quan. V y t
tương quan c a dãy x(n) ñư c ñ nh nghĩa như sau:
Ví d 1.19: Tính t tương quan c a dãy x(n) = u(n) – u(n – 4).
G i: Cách tính t tương quan b ng ñ th ñư c trình bày trong hình 1.10
Ta th y, t tương quan c a m t dãy luôn luôn có giá tr c c ñ i t i n = 0, b i vì m t
dãy bao gi cũng gi ng chính nó.
1.6.3. M t s tính ch t c a tương quan chéo và t tương quan:
Xét 2 dãy có năng lư ng h u h n x(n) và y(n), nghĩa là:
Ta d dàng ch ng minh ñư c các tính ch t sau ñây (Ph n ch ng minh xem như bài
    t p):
    (1) Ex = rxx(0) và Ey = ryy(0)
    (2) rxy(n) = ryx(-n)
    (3) rxx(n) = rxx(-n) (rxx là m t hàm ch n)


    (4)
    (5) N u y(n) = ±cx(n-n0), c là m t h ng s b t kỳ và n0 là s nguyên, thì
            Rxy(n) = ±crxx (n-n0) và ryy(0) = c2rxx(0) và –crxx(0) ≤ rxy(n) ≤ crxx(0)

1.7. X    LÝ S    TÍN HI U TƯƠNG T
          1.7.1. CÁC H TH NG X LÝ TÍN HI U:
          1.7.2. H TH NG X LÝ S TÍN HI U TƯƠNG T :
          1.7.2.2. Bi n ñ i D/A (Digital to Analog Conversion)
          1.7.2.3. Hi n tư ng bi t d../Anh (Aliasing)
          1.7.2.4. ð nh lý l y m u:

    1.7.1. CÁC H TH NG X             LÝ TÍN HI U:
    Chúng ta có th phân lo i các h th ng theo chính tín hi u c n x lý. Theo ñó, ta có
    các lo i h th ng x lý như các sơ ñ sau ñây:




    Chú ý r ng, vì tín hi u s là m t trư ng h p riêng c a tín hi u r i r c, nên h th ng
    r i r c cũng có th x lý tín hi u s .
1.7.2. H TH NG X        LÝ S    TÍN HI U TƯƠNG T :
X lý s tín hi u tương t là x lý tín hi u tương t b ng h th ng s . ð th c hi n
vi c này, ta c n ph i bi n ñ i tín hi u tương t thành tín hi u s và sau khi x lý dãy
k t qu có th ñư c ph c h i tr thành tín hi u tương t . Ví d như trư ng h p x lý
tín hi u tho i. Trong nhi u trư ng h p, m c tiêu c a vi c x lý là trích l y các
tham s c a tín hi u hay các thông tin c n thi t t tín hi u. Khi ñó, không c n
chuy n ñ i tín hi u tr v d ng tương t . Ví d : X lý tính hi u radar ho c sonar.
H th ng x lý s tín hi u tương t ñư c trình bày trong hình 1.12.




1.7.2.1. Bi n ñ i A/D (Analog-to-Digital Conversion)
Bi n ñ i A/D là bi n ñ i tín hi u tương t thành tín hi u s . Bi n ñ i A/D có sơ ñ
kh i như sau:




                                                            L y m u và gi a m u
(Sampling and hold)
L y m u là quá trình bi n ñ i liên t c(tương t ) sang tín hi u r i r c. Có nhi u cách
ñ l y m u m t tín hi u liên t c. Trong ñó, thông d ng nh t là cách l y m u tu n hoàn
(periodic sampling), còn g i là l y m u ñ u (uniform sampling). ðó là cách l y nh ng
m u biên ñ ü tín hi u liên t c t i nh ng th i ñi m r i r c cách ñ u nhau m t kho ng
th i gian TS, mà ta g i là chu kỳ l y m u. N u xa(t) là tín hi u tương t   ngõ vào b
l y m u thì tín hi u r i r c ngã ra c a b l y m u là xa(nTS) (G i t t là tín hi u l y
m u), n là s nguyên. Mô hình v t lý c a b l y m u ñư c minh h a
trong hình 1.14.
Trong ñó, b ph n l y m u ñư c mô t như là m t b khóa ñư c ñi u khi n ñóng m
b i tín hi u xung ñ ng h Ck có t n s là FS= 1/TS. ð x lý b ng k thu t s ho c
b ng máy tính, thông thư ng tín hi u r i r c c n ph i ñư c lư ng t hóa ñ có th
bi u di n biên ñ c a các m u b ng m t t p h u h n các mã nh phân. Tuy nhiên, vi c
lư ng t hóa và mã hóa không th th c hi n t c th i. Thông thư ng, ti n trình lư ng
t hóa và mã hóa m t m u ñư c th c hi n trong kho ng th i gian TS. Vì v y, giá tr
c a c a m t m u ph i ñư c duy trì trong th i gian TS. ðây là ch c năng c a b gi a
m u. B gi a m u tiêu bi u là Zero-order-hold. B l y m u và gi m u ki u zero-
order-hlod này tương ñương v i m t b ñi u ch dãy xung ch nh t theo sau b i m t
b l c tuy n tính, mà tín hi u ngã ra c a nó (G i t t là tín hi u gi m u) có d ng b c
thang hình 1.15.




Lư ng t hóa và mã hóa (Quantizer and Coder)
ðây là b bi n ñ i tín hi u r i r c sang tín hi u s có biên ñ ñư c bi u di n b ng các
mã nh phân. Giá tr m i m u c a tín hi u l y m u ñư c gán b i m t giá tr ñư c l a
ch n t m t t p h u h n các gía tr . Trong ti n trình mã hóa, m i giá tr r i r c ñư c
gán b i m t mã nh phân m bit, tương ng có 2m m c lư ng t . N u biên ñ c a tín
hi u l y m u ñư c chu n hóa trong kho ng -X0≤ x(n) ≤ X0thì bư c lư ng t hóa
(kho ng cách gi a hai m c lư ng t k nhau) s là:
                      ∆ = 2X0/2m = X0/2m - 1                  (1.86)
Ví d 1.19: V i X0 = 1volt và m =3 bit, ta có 8 m c lư ng t và:
∆ = 1/4 = 0,25 volt
Các m c lư ng t có th ñư c mã hóa theo hai lo i mã nh phân: Two’s
-complement code và Offset binary code như sau:
Giá tr c a các             Two’s
                                                              Offset binary code
              m c lư ng t           -complement code
                      0.75                  011                         111
                      0.50                  010                         110
                      0,25                  001                         101
                        0                   000                         100
                     -0,25                  111                         011
                     -0,50                  110                         010
                     -0,75                  101                         001
                       -1                   100                         000

      ð sai bi t gi a nh ng m u x(n) c a tín hi u r i r c chưa ñư c lư ng t hóa và tín
     hi u lư ng t hóa xq(n) g i là sai s lư ng t (quantization eror). S bít mã hóa càng
     l n thì s m c lư ng t càng nhi u, sai s lư ng t càng nh .
     1.7.2.2. Bi n ñ i D/A (Digital to Analog Conversion)
     Trong nhi u ng d ng th c t , tín hi u s sau khi ñư c x lý c n ph i ñư c ph c h i
     l i thành tín hi u tương t . ð h i làm vi c này, ta c n có b bi n ñ i s sang tương t
     (D/A converter).
     Nguyên t c chung c a bi n ñ i D/A là n i các ñi m r iì r c b ng m t phương pháp
     n i suy (Interpolation) nào ñó. Hình 1.16 trình bày m t ki u bi n ñ i D/A ñơn gi n,
     ki u x p x b c thang (staircase approximation), còn ñư c g i là zero-order hold.




      Có nhi u ki u bi n ñ i D/A khác, như: n i suy tuy n tính (linear interpolation), n i
suy b c hai (quadratic interpolation),.... V i m t tín hi u có băng t n h u h n, lý thuy t l y
m u s xác ñ nh m t hình th c n i suy t i ưu.

     1.7.2.3. Hi n tư ng bi t d../Anh (Aliasing)
     ð minh h a, ta xét 2 tín hi u tương t hình sin l n lư t có t n s là F1 = 10 Hz và F2
     = 50 Hz như sau:
              x1(t) = cos2π(10)t và     x2(t) = cos2π (50)t        (1.87)
Hai tín hi u này cùng ñư c l y m u v i t n s FS =40 Hz. Các tín hi u r i r c tương
 ng là:
                x1(n) = cos2π(10)(n/40) = cos(π/2)n
                x2(n) = cos2π(50)(n/40) = cos(5π/2)n           (1.88)
Tuy nhiên, vì cos(5π/2)n = cos(2πn + πn/2) = cosπn/2, nên x1(n) = x2(n). V y, hai tín
hi u r i r c hình sin ñư c l y m u t hai tín hi u liên t c ñã cho là không th phân
bi t ñư c. ði u này có nghĩa là, khi ph c h i tín hi u tương t t tín hi u r i r c
cos(π/2)n, ta không th bi t tín hi u tương t ñư c khôi ph c là x1(t) hay x2(t). Vì
x2(t) cho m t k t qu l y m u ñúng như c a x1(t)            t n s l y m u FS = 40
samples/second (s trùng m u), ta nói thành ph n t n s F2=50Hz là m t bi t d../Anh
(alias) c a thành ph n t n s F1=10Hz t n s l y m u 40 samples/second.
Th t ra, không ch có thành ph n F2 là bi t d../Anh c a F1 mà các thành ph n t n s Fk
= (F1 + 40k) cũng là bi t d../Anh c a F1 , v i k là m t s nguyên. Th t v y, ta xét tín
hi u tương t có t n s Fk là:
                x2(t) = cos2πFkt = cos2π(F1+40k) t                    (1.89)
 Tín hi u l y m u c a nó v i cùng t c ñ FS = 40Hz là:
  xk(n) = cos2π(F1+ 40k)(n/40) = cos(2πkn + πn/2)= cosπn/2 = x1(n)
M t ví d v hi n tư ng bi t d../Anh ñư c minh h a trong hình 1.17. Trong ñó, 2 tín
hi u tương t hình sin có t n s l n lư t là F1 = 1/8Hz và Fk = -7/8 Hz có các m u
ñ ng d ng khi ñư c l y m u t n s FS = 1Hz. T pt(1.89), ta th y, v i k = -1 thì F1
= Fk + FS = (-7/8 + 1) Hz = 1/8Hz.




1.7.2.4. ð nh lý l y m u:
Cho m t tín hi u tương t b t kỳ, v n ñ là ch n chu kỳ l y m u TS hay t n s l y
m u FS như th nào cho h p lý? Xu hư ng chung là ch n t n s l y m u th p, b i vì
t n s l y m u cao s làm tăng s m u, t ñó lư ng phép tính trong quá trình x lý tín
hi u s tăng lên, kéo dài th i gian x lý, ñ ng th i lư ng b nh c n thi t cũng tăng
theo. Tuy nhiên, n u t n s l y m u quá th p s xãy ra hi n tư ng bi t d../Anh, không
th khôi ph c l i tín hi u tương t m t cách chính xác. Chúng ta s tr l i v n ñ này
trong chương 3, khi phân tích tín hi u trong mi n t n s , t ñó ch ng minh ñ nh lý l y
m u, mà ta s phát bi u sau ñây.
Tín hi u liên t c trong th c t có ñ dài h u h n (t n t i trong m t kho ng th i gian
     h u h n) là t h p tuy n tính c a nhi u thành ph n hình sin. Ta xét các tín hi u có
     băng t n h u h n, nghĩa là t n s cao nh t trong băng t n có th xác ñ nh. Ví d : tín
     hi u tho i có các thành ph n t n s t vài trăm Hz ñ n 3KHz, tín hi u hình có t n s
     cao nh t là 6MHz.
      N u ta bi t thành ph n t n s cao nh t Fmax, ta có th ch n t n s l y m u thích h p.
     ð nh l y l y m u ñư c phát bi u như sau:
     ð nh lý : N u t n s cao nh t ch a trong m t tín hi u tương t xa(t) là Fmax thì tín
     hi u ch có th ñư c khôi ph c m t cách chính xác t các m u c a nó n u t n s l y
     m u FS ≥ 2Fmax,.
     ð cho g n, ta ñ t Fmax = B. ð nh lý trên cũng ch ra r ng xa(t) có th ñư c khôi ph c
     t các m u xa(nTS) b ng cách dùng hàm n i suy:




       ñây xa(n/FS) = xa(nTS) = x(n) là các m u c a xa(t). N u t n s l y m u FS=2Fmax=2B,
     thì công th c khôi ph c (1.91) tr thành:




T n s l y m u FS =2B = 2Fmax ñư c g i là t n s Nyquist. Hình 1.18 minh h a m t cách
bi n ñ i A/D lý tư ng dùng hàm n i suy (1.90).

     Trong sơ ñ hình 1.12, m ch l c trư c có tác d ng ch ng hi n tư ng bi t d../Anh.
     ðây là m t m ch l c thông th p có ch c năng l c b các thành ph n t n s cao hơn
     FS/2, trong trư ng h p ph t n c a tín hi u vư t quá kh năng c a b l y m u (khi ñó
ta ph i ch p nh n k t qu g n ñúng c a tín hi u ra). Ngay c khi thành ph n t n s cao
nh t c a tín hi u nh hơn FS/2, nhi u t n s cao cũng gây ra hi n tư ng bi t
d../Anh và c n ph i l c b .
M ch l c sau sơ ñ trong hình 1.12 cũng là m t m ch l c thông th p. Nó có ch c
năng làm trơn (smoothing) ñ s a d ng tín hi u tương t thu ñư c ngã ra chính xác
hơn.



                            Bài t p chương 1:
1.1. Xét m t h th ng tuy n tính b t kỳ v i kích thích là x(n) và ñáp ng là y(n). Hãy
ch ng minh r ng, n u x(n) = 0 v i m t giá tr n nào ñó thì y(n) = 0.
1.2. Hãy xác ñ nh các h th ng ñư c cho có các tính ch t sau ñây hay không: n ñ nh;
nhân qu ; tuy n tính; b t bi n theo th i gian; không nh .




1.3. H th ng L ñư c bi t là có tính ch t tuy n tính và có ñáp ng y1(n), y2(n), y3(n)
tương ng v i các tín hi u vào x1(n), x2(n),x3(n) như sau:




  a) Tìm ñáp ng xung h(n) c a h th ng.
  b) L có b t bi n theo th i gian hay không?
1.4. Cho các c p dãy x(n) và h(n). Hãy tìm ñáp ng y(n) trong t ng trư ng h p sau:
1.5. ðáp ng xung c a m t h th ng LTI có giá tr b ng 0 ngoài kho ng N0 ≤ n ≤ N1.
Tính hi u vào x(n) có giá tr b ng 0 ngoài kho ng N2≤ n ≤ N3. K t qu là tín hi u ra
y(n) b ng 0 ngoài kho ng N4 ≤n ≤ N5. Hãy xác ñ nh N4 và N5 theo N0, N1, N2 và N3.
1.6. Tính và v     ñ   th ñáp     ng xung c a h     th ng có quan h     vào ra như
sau:



1.7. Xác ñ nh ñáp ng bư c (kích thích là u(n)) c a h th ng có ñáp xung h(n) =
anu(n).
1.8. Cho m t h th ng LTI có ñáp ng xung như sau:



   Hãy dùng ñ th ñ xác ñ nh ñáp ng c a h th ng ñ i v i tín hi u vào là x(n)=u(n)
- u(n-4).
1.9. Xét m t h th ng LTI có ñáp ng xung là h(n). N u dãy vào tu n hoàn v i chu kỳ
N. Hãy ch ng t r ng tín hi u ra y(n) cũng là m t dãy tu n hoàn v i chu kỳ N.
1.10. Xét m t h th ng có kích thích và ñáp ng th a mãn LCCDE:
         y(n)=n.y(n-1) + x(n)
  ðư c bi t h th ng có tính nhân qu và th a mãn ñi u ki n ngh .
 a) Xác ñ nh ñáp ng xung c a h th ng.
 b) H th ng có tuy n tính hay không? Ch ng minh.
 c) H th ng có b t bi n theo th i gian hay không?
1.11. Xét tín hi u tương t : xa(t)=3.cos(100.π.t)
 a) Xác ñ nh t n s l y m u nh nh t ñ tránh hi n tư ng bi t d../Anh.
  b) Gi s tín hi u ñư c l y m u t n s FS=200 Hz (sample/second). Xác ñ nh tín
hi u r i r c thu ñư c sau khi l y m u?
  c) G a s tín hi u ñư c l y m u       t n s FS=75 Hz. Xác ñ nh tín hi u r i r c thu
ñư c sau khi l y m u?
  d) Xác ñ nh t n s F<FS/2 (FS = 75Hz) c a tín hi u sin mà k t qu l y m u ñ ng
d ng v i k t qu thu ñư c câu c).
1.12. Xét tín hi u tương t xa(t)=3.cos(50.π.t)+ 10.sin(300.π.t)- cos(100. π.t). Xác
ñ nh t n s Nyquist c a tín hi u này.
1.13. Cho các dãy sau ñây:
                x(n) = u(n) - u(n-5)
                 y(n) = (1/2)nu(n) - (1/2)nu(n-4)




                s(n) = (-1/2)nu(n) - (-1/2)nu(n-4)
Hãy tính tương quan chéo cho t ng c p dãy và tính t tương quan c a các dãy này.
Nh n xét.

1.14. Cho các h th ng con có ñáp ng xung h1(n), h2(n) và h3(n) ñư c liên k t như
sau :




Cho bi t  h2(n) = u(n) – u(n – 3);
            h3(n) = δ(n) + 4δ(n-1) - δ(n-2).
Tính ñáp ng xung h(n) c a h th ng tương ñương .
1.15. L p lưu ñ thu t toán và vi t chương trình (Pascal, Matlab,...) tính t ng ch p c a
hai dãy có ñ dài h u h n.
1.16. L p lưu ñ thu t toán và vi t chương trình tính ñáp ng c a m t h th ng ñ qui.
1.17. L p lưu ñ thu t toán và vi t chương trình tính ñáp ng c a h th ng không ñ
qui.
1.18. L p lưu ñ thu t toán và vi t chương trình tính tương quan chéo c a hai dãy có
ñ dài h u h n.
1.19. L p lưu ñ thu t toán và vi t chương trình tính t tương quan c a hai dãy có ñ
dài h u h n.
1.20. Cho m t tín hi u tương t xa(t) = 2.sin(20πt) + cos(30πt + π/3), vi t chương
trình:
- L y m u và v tín hi u r i r c v i t n s l y m u là FS=30samples/second.
- Khôi ph c tín hi u tương t t các m u c a nó theo công th c n i suy (1.91), v
d ng sóng tín hi u tương t xa(t) và tín hi u tương t khôi ph c ñư c t tín hi u r i
r c trong m t chu kỳ. So sánh và nh n xét.
- Lư ng t hóa tín hi u r i r c v i 8 m c lư ng t và 16 m c lư ng t , v ñ th tín
hi u s thu ñư c trong hai trư ng h p này.
- Khôi ph c tín hi u tương t t tín hi u s trong hai trư ng h p trên, v d ng sóng và
nh n xét.
Chương II
                       BI U DI N TÍN HI U
                  VÀ H TH NG R I R C TRONG MI N Z
                                            ***



*   N i dung
*   M ñ u
*   Khái ni m
*   Các tính ch t c a bi n ñ i Z
*   Các phương pháp tìm bi n ñ i Z ngư c
*   Gi i phương trình sai phân tuy n tính h s h ng b ng bi n ñ i Z m t phía
*   Phân tích h th ng LTI trong mi n Z
*   Th c hi n các h th ng r i r c


    2.1 M ñ u
       Chương 1 ñã trình bày cách tính ñáp ng c a m t h th ng tr c ti p t ñáp ng xung
c a nó, b ng cách tính t ng ch p c a kích thích v i ñáp ng xung. Cách tính t ng ch p tr c
ti p d a vào công th c ñ nh nghĩa như ñã làm t n r t nhi u th i gian và công s c. Hơn n a ,
trong th c t s m u khác không c a kích thích và ñáp ng xung là r t nhi u nên ta không
th ‘tính b ng tay’. Tuy nhiên, phương pháp tính t ng ch p b ng ñ th như ñã trình bày cho
ta m t thu t toán c a chương trình tính t ng ch p b ng máy tính. Vi c gi i phương trình sai
phân tuy n tính h s h ng b ng phương pháp ñ qui cũng ch có ý nghĩa khi s d ng máy
tính.
K thu t bi n ñ i là m t công c h u hi u ñ phân tích h th ng LTI. Bi n ñ i Z ñ i v i tín
hi u r i r c có vai trò tương t như bi n ñ i Laplace ñ i v i tín hi u liên t c, và chúng có
quan h gi ng nhau v i bi n ñ i Fourier. T ng ch p c a hai dãy trong mi n th i gian s bi n
thành tích c a hai bi n ñ i Z tương ng trong mi n bi n ph c z. Tính ch t này s làm ñơn
gi n hóa vi c tính ñáp ng c a h th ng v i các tín hi u vào khác nhau. Phương trình sai
phân tuy n tính h s h ng cũng ñư c gi i m t cách d dàng hơn khi dùng công c bi n ñ i
Z.
Như ta s th y trong các chương sau, bi n ñ i Fourier gi a vai trò chìa khóa trong trong vi c
bi u di n và phân tích các h th ng r i r c. Tuy nhiên, trong m t s trư ng h p c n ph i s
d ng d ng t ng quát hóa c a bi n ñ i Fourier, ñó là bi n ñ i Z.
2.2 Các khái ni m v bi n ñ i Z
      2.2.1. BI N ð I Z ( THE Z - TRANSFORM):
      2.2.2. MI N H I T (ROC: Region Of Convergence)
1/. ð nh nghĩa:
            2/. C c và zeros :
            3/. Tính ch t c a ROC:
       2.2.3. BI N ð I Z NGƯ C (The inverse Z -transform)
            2.31. ð nh nghĩa:
            1. ð nh lý tích phân Cauchy, ñư c phát bi u b i công th c sau:
            2.Thi t l p công th c tính bi n ñ i z ngư c

2.2.1. BI N ð I Z ( THE Z - TRANSFORM):
            Bi n ñ i z c a m t dãy x(n) ñư c ñ nh nghĩa như là chu i lũy th a:


                                       , v i z là m t bi n ph c.            (2.1)

Ta có th coi bi n ñ i Z như là m t toán t (operator) mà nó bi n m t dãy thành m t hàm, ký
hi u Z |.|, ta vi t l i:
                                           (2.2)
hay:                    x(n)      ----Z---->            X(z)                (2.3)


Bi n ñ i Z ñư c ñ nh nghĩa b i pt (2.1) ñư c g i là bi n ñ i Z hai phía (bilateral Z-
transform) do bi n n ch y t -∞ ñ n ∞. Bi n ñ i Z m t phía (unilateral Z-transform) ñư c
ñ nh nghĩa như sau:
                                                         (2.4)
trong trư ng h p này bi n n ch y t 0 ñ n ∞.
Ta th y bi n ñ i Z hai phía và m t phía ch b ng nhau khi x(n) = 0 v i m i n ≤ 0 (x(n) là dãy
nhân qu ). Trong tài li u này, khi nói ñ n bi n ñ i Z mà không xác ñ nh rõ là m t phía hay
hai phía, thì ta ng m hi u r ng ñó là bi n ñ i Z hai phía.
N u bi u di n Z theo t a ñ c c z = r.ejω, pt (2.1) tr thành:
                                               (2.5)


ð c bi t, n u r =1 ( nghĩa là |z| = 1), thì bi n ñ i Z tr thành bi n ñ i Fourier:
                                                       (2.6)
Ta s ñ c p ñ n      chương sau.
Vì bi n ñ i Z là hàm c a m t bi n ph c, nên nó thư ng ñư c bi u di n trên m t ph ng ph c
c a bi n z (hình 2.1). Ta th y, bi n ñ i Z l y trên vòng tròn ñơn v chính là bi n ñ i Fourier.
2.2.2. MI N H I T (ROC: Region Of Convergence)
Pt (2.1) là m t chu i lũy th a, g i là chu i Laurent, do ñó không ph i lúc nào bi n ñ i Z
cũng h i t v i m i tín hi u hay v i m i giá tr c a z, vì v y ph i xét ñ n mi n h i t c a nó.
1/. ð nh nghĩa:
V i m t dãy x(n) xác ñ nh, t p h p các giá tr c a z sao choĀ h i t ñư c g i là mi n h i t
(ROC) c a X(z).
ð nh nghĩa trên hàm ý r ng: |X(z)| < ∞, v i m i z trong ROC.
ði u ki n ñ ñ bi n ñ i Z h i t là:



                                                                             (2.7)
N u m t giá tr z = z1 nào ñó trong ROC, thì vòng tròn có bán kính là |z|=|z1| cũng n m
trong ROC. ði u này cho th y r ng ROC là m t mi n hình vành khăn bao qu../Anh góc t a
ñ (Hình 2.2).




2/. C c và zeros :
M t lo i bi n ñ i Z thông d ng và quan tr ng ñó là bi n ñ i Z mà X(z) c a nó có d ng là
m t hàm h u t v i m i z trong ROC, nghĩa là:
                      X(z) = P(z)/Q(z)                                      (2.8)
Trong ñó, P(z) và Q(z) là các ña th c bi n z hay z-1.
Các giá tr c a z sao cho X(z) = 0 ñư c g i là các zeros c a X(z), và các giá tr c a z sao cho
X(z) = ∞ñư c g i là các c c (poles) c a X(z). Các c c là các nghi m xác ñ nh c a ña th c
m u s Q(z) và thêm vào các giá tr z = 0 hay z = ∞.
ð th c c-zero là ñ th trên m t ph ng ph c, ta v các ñi m c c, ký hi u x , và các
ñi m zero, ký hi u o.
Ví d 2.1: Xét dãy x(n) = ((n). Thay vào pt (2.1), ta có:


                                                                    (2.9)
Mi n h i t c a X(z) trong trư ng h p này là toàn b m t ph ng z.
Ví d 2.2: Xét dãy x(n) = anu(n), a là m t h ng s th c ho c ph c. Thay vào pt (2.1), ta
có:




Ta th y, ROC là mi n mà z có giá tr sao cho |az-1| < 1 hay |z| > |a|, và trong ROC, X(z) h i
t ñ n:




( Aùp d ng công th c tính t ng vô h n c a chu i hình h c).
V i a = 1, x(n) là dãy nhãy b c ñơn v , có bi n ñ i Z là:
Hình 2.3 trình bày mi n h i t c a bi n ñ i Z trong ví d 2.2 v i các v trí c a c c và zeros.
N u |a| > 1, ROC không ch a vòng tròn ñơn v , ñi u này hàm ý r ng, v i giá tr này c a |a|,
bi n ñ i Fourier c a m t dãy lũy th a anu(n) là không h i t .
Ví d 2.3: Xét dãy x(n) = -anu(-n-1), thì:




N u |a-1z| < 1, hay |z| < |a|, thì t ng (2.14) h i t , và:




ð th c c-zero và mi n h i t c a bi n ñ i Z trong ví d 2.2 ñư c trình bày trong hình 2.4.
Nh n xét:
Hai dãy trong ví d 2.2 và 2.3 hoàn toàn khác nhau nhưng bi u th c X(z) và ñ th c c-zero
là như nhau. Như v y khi nói ñ n bi n ñ i Z thì c n xác ñ nh c bi u th c l n ROC.
Ví d 2.4: Xét trư ng h p tín hi u là t ng c a hai hàm mũ th c:
               x(n) = (1/2)nu(n) - (-3)nu(-n-1)                                  (2.16)
Bi n ñ i Z s là:




ð X(z) h i t , hai t ng trong pt (2.18) ph i h i t , ñi u ki n là:
|(1/2)z-1| < 1 và |(-3)-1z| < 1 hay |z| > 1/2 và |z| <3 . Vì v y, ROC là mi n 1/2 < |z| < 3. ð
th c c-zero và ROC ñư c trình bày trong hình 2.5. Và:




Nh n xét:
T các ví d trên ta th y r ng: v i các dãy lũy th a dài vô h n, bi n ñ i Z c a nó có th ñư c
bi u di n b ng t s c a các ña th c bi n z hay z-1. Cách bi u di n này ñ c bi t thu n l i.
Ví d 2.5:Xét tín hi u :
ROC ñư c xác ñ nh b i t p h p các giá tr c a z sao cho:




Vì ch có m t s h u h n các s h n khác 0, nên t ng trong b t phương trình (2.21) s h u
h n khi |az-1| h u h n, ñi u này ñòi h i r ng |a| là h u h n và z ≠ 0. Vì v y, ROC bao g m
toàn b m t ph ng z, ngo i tr g c t a ñ (z = 0).
Hình 2.6 là ñ th c c-zero và ROC c a ví d 2.4, v i N =16 và a là m t s th c và 0<a<1.
N nghi m c a ña th c t s c a X(z) là:
              zk = aej(2(k/N)      v i k = 0, 1, 2,. . ., N-1.        (2.22)




Zero k = 0 b tri t tiêu b i c c z = a, vì v y, không có c c nào khác ngoài g c t a ñ và
còn l i (N-1) zero tương ng v i k = 1, 2,. . ., N-1.

3/. Tính ch t c a ROC:
Gi s r ng x(n) có biên ñ h u h n, ngo i tr t i n = ±∞ và bi u th c c a bi n ñ i Z có
d ng h u t . T kh o sát th c t , ta có th t ng k t ñư c các tính ch t c a ROC như sau:
(1) ROC không ch a các ñi m c c, vì t i ñó X(z) không h i t .
(2) N u x(n) có ñ dài h u h n, thì ROC là toàn b m t ph ng z, ngo i tr các ñi m z=0
ho c z= ∞ (Ví d 2.5).
(3) N u x(n) là dãy bên ph i (right-sided sequence), nghĩa là x(n) = 0 v i m i
n < N1 < ∞, thì ROC là mi n bên ngoài c a vòng tròn ñi qua ñi m c c h u h n ngoài cùng
(Ví d 2.2).
(4) N u x(n) là dãy bên trái (left-sided sequence), nghĩa là x(n)=0 v i m i n>N2>-∞, thì
ROC là mi n bên trong c a vòng tròn ñi qua ñi m c c trong cùng khác 0 (Ví d 2.3)
(5) N u x(n) là dãy hai bên (two-sided sequence) và có chi u dài vô h n v phía ph i cũng
như v phía trái thì ROC có d ng hình vành khăn, các vòng tròn gi i h n trong và ngoài ñi
qua hai ñi m c c trong các ñi m c c c a X(z) (Ví d 2.4)
(6) ROC ph i là m t mi n không b chia c t.
Hình 2.7 minh h a các tính ch t c a ROC, cùng các v trí c a các c c (z1=2/3, z2=-3/2, z3=2)
và zeros (z1=0, z2=-1/2) có th ñúng v i 4 bi n ñ i z .




2.2.3. BI N ð I Z NGƯ C (The inverse Z -transform)
2.31.                                        ð nh                                       nghĩa:
N u X(z) là bi n ñ i Z c a x(n), thì x(n) là bi n ñ i Z ngư c c a X(z), ta có c p bi n ñ i Z:



Bi n ñ i Z ngư c còn ñư c ñ nh nghĩa là m t th t c ñ bi n ñ i t mi n z sang mi n th i
gian. V m t toán h c, bi n ñ i Z ngư c là m t toán t mà nó bi n m t hàm X(z) thành dãy
x(n).
Chú ý r ng, ta ch có th xác ñ nh bi n ñ i Z ngư c c a X(z) khi mi n h i t c a X(z) ñư c
xác ñ nh.
Công th c ñ tính dãy x(n) t X(z) ñư c thành l p d a vào ñ nh lý tích phân Cauchy.
1. ð nh lý tích phân Cauchy, ñư c phát bi u b i công th c sau:
v i C là ñư ng cong kín có chi u ngư c chi u kim ñ ng h và bao qu../Anh g c t a ñ .
2.Thi t l p công th c tính bi n ñ i z ngư c
T công th c ñ nh nghĩa c a bi n ñ i z:


Nhân hai v c a công th c trên cho zk-1 và l y tích phân trên ñư ng cong kín C bao qu../Anh
g c t a ñ , ngư c chi u kim ñ ng h và n m trong mi n h i t c a X(z), ta ñư c:




Áp d ng ñ nh lý Cauchy, pt(2.25) tr thành:




Tích phân ñư ng trong pt(2.27) ñư c tính b ng ñ nh lý giá tr th ng dư c a Cauchy
(Cauchy’s residue theorem) như sau:



Giá tr th ng dư (residue) t i m t ñi m c c d0, b c s c a X(z)zn-1 ,




ð i v i các ñi m c c ñơn, pt(2.29) tr thành:
Ví du 2.6:




ðư ng cong kín C n m trong ROC c a X(z) nên có bán kính l n hơn |a|.
@ V i n ≥ 0, C bao qu../Anh m t c c duy nh t t i z = a, ta có:



k t qu là:              x(n) = an


@ V i n < 0 , có c c kép b c n t i z = 0.
- Khi n = -1, có 2 c c trong C là z = a và z = 0




       K t qu là x(-1) = a-1 - a-1 = 0
- Khi n = -2, có 1 c c ñơn z = a và m t c c kép b c 2 t i z = 0 trong C.
K t qu là x(-2) = 0
Tính ti p t c v i n = -3, -4, -5,… ta th y x(n) = 0, v i m i n < 0.
V y, k t qu cu i cùng là: x(n) = anu(n).


2.3 Các tính ch t c a bi n ñ i Z
     1. Tuy n tính (Linearity):
     2 . D ch th i gian (Time shifting)
     3. Thay ñ i thang ño trong mi n z (Scaling in the z domain).
     4/. ð o th i gian (Time Reversal)
     5/. Vi phân trong mi n z (Differentiation in the z-domain)
     6/. Ch p (Convolution)
     7/. Tương quan (Correlation)
     8/ Tích cu hai dãy (Multiplication of two Sequences)
     9/. ð nh lý giá tr ñ u (The initial value theorem):


Gi s ta có các c p bi n ñ i Z như sau:




Các ký hi u ROC = Rx có nghĩa là rL < |z| < rH
              ROC = Rx1 có nghĩa là rL1 < |z| < rH1
              ROC = Rx2 có nghĩa là rL2 < |z| < rH2
trong ñó rL , rH , rL1 , rH 1, rL2 , rH 2 là các s th c dương, tương t cho Ry.
Bi n ñ i Z có các tính ch t như sau:
1. Tuy n tính (Linearity):
trong ñó a và b là các h ng s b t kỳ. Tính ch t này ñư c ch ng minh tr c ti p t ñ nh nghĩa
c a bi n ñ i z (xem như m t bài t p).
Mi n h i t Ry c a a X1(z) + b X2(z) nh nh t là ph n giao nhau gi a Rx1 và Rx2. N u t h p
tuy n tính a X1(z) + b X2(z) phát sinh các ñi m zeros kh ñi m t s ñi m c c thì mi n h i t
Ry ñư c m r ng ra (Ta s tr l i s kh c c trong ph n sau).
Ví d 2.7: Xác ñ nh bi n ñ i Z c a tín hi u:
                       ω
        (a) x(n) = (cosω0n)u(n)
                       ω
        (b) x(n) = (sinω0n)u(n)
Gi i:
(a) Tín hi u x(n) có th ñư c bi u di n b i các hàm mũ ph c theo công th c Euler:




Sau m t s thao tác ñ i s ñư c k t qu :




(b) Tương t , tín hi u x(n) có th ñư c bi u di n b i các hàm mũ ph c theo công th c
Euler:




Áp d ng tính ch t tuy n tính, ta ñư c:
Sau m t s thao tác ñ i s ñư c k t qu :




2 . D ch th i gian (Time shifting)


  ROC c a z-k X(z) là Rx tr ra z = 0 n u k > 0 ho c tr ra z = ∞ n u k < 0.
Ch ng minh:




Nh n xét: D ch ph i k m u t c là làm tr tín hi u k m u s tương ng v i nhân cho z-k trong
phép bi n ñ i z. V i k = 1, ta ký hi u toán t z-1 tương ng v i phép làm tr m t m u, ñây là
ký hi u ñã ñư c dùng ñ bi u di n ph n t làm tr m t m u.
Tính ch t tuy n tính và tính ch t d ch th i gian làm cho bi n ñ i z tr thành c c kỳ
h u d ng trong vi c phân tích h th ng LTI.

3. Thay ñ i thang ño trong mi n z (Scaling in the z domain).



                 v i a là h ng s th c ho c ph c b t kỳ.
              ROC c a X(z/a) là |a|.Rx = |a|.rL < |z| < |a|.rH.
Chúng minh:
T ñ nh nghĩa c a bi n ñ i Z ta có:


Vì ROC c a X(z) là Rx = rL < |z| < rH nên ROC c a X(a-1z) là rL < | a-1z| < rH hay
|a|rL < |z| < |a|rH.
Ví d 2.8: Xác ñ nh bi n ñ i Z c a các tín hi u:
                   (a) x(n) = an (cosω0n)u(n)
                                     ω
                   (b) x(n) = an (sinω0n)u(n)
                                     ω
Gi i:
(a) T k t qu (2.32) trong ví d 2.7 k t h p v i tính ch t (2.35) ta thu ñư c k t qu m t
cách ñ dàng:




4/. ð o th i gian (Time Reversal)




Trong bi u th c trên ta ñã ñ i bi n m = -n.
ROC c a X(z-1) là : rL < |z-1| < rH hay 1/rH < |z| < 1/rL
Ví du 2.9: Xác ñ nh bi n ñ i Z c a tín hi u x(n) = u(-n)
Gi i:   ví d 2.2 ta ñã bi t :




5/. Vi phân trong mi n z (Differentiation in the z-domain)
V i Ry = Rx (Ngo i tr trư ng h p thêm vào hay lo i b các ñi m c c t i z = 0 hay z=∞.
Ch ng minh:
B ng cách l y ñ o hàm 2 v c a bi u th c ñ nh nghĩa bi n ñ i Z, ta có:




     Ví d 2.10: Xác ñ nh bi n ñ i Z c a tín hi u x(n) = nanu(n) .
Gi i:
ð t x1(n) = anu(n), ta ñư c x(n) = nx1(n) . T ví d 2.2 ta ñã bi t:




6/. Ch p (Convolution)


        v i ROC Rx c a X(z) nh nh t là mi n giao nhau c a ROCx1 và ROCx2
N u có các zeros ñư c sinh ra kh ñi m t s ñi m c c thì          mi n h i t Rx ñư c m r ng
ra.
Ch ng minh:
Theo ñ nh nghĩa, t ng ch p c a 2 dãy x1(n) và x2(n) là:




Bi n ñ i z c a x(n) là:
Ví d 2.11: Tính t ng ch p x(n) c a 2 dãy :



  và x2(n) = u(n) – u(n – 6)
Gi i:
T ñ nh nghĩa ta tín ñư c bi n ñ i Z c a x1(n) và x2(n) như sau:
               X1(z) = 1 – 2z-1 + z-2
               X2(z) = 1 + z-1 + z-2+ z-3+ z-4+ z-5
Theo tính ch t (2.41), ta nhân X1(z) v i X2(z) và suy ra x(n) = x1(n)*x2(n):
               X1(z). X2(z) = 1 - z-1 - z-6 + z-7

Suy ra:

Tính ch t ñư c áp d ng ñ tính t ng ch p m t cách có hi u qu .

7/. Tương quan (Correlation)



Ch ng minh: Ta nh c l i ñ nh nghĩa c a tương quan gi a 2 dãy x1(n) và x2(n), ñó là:




Gi ng như trư ng h p tính t ng ch p, tương quan gi a hai tín hi u có th tính m t cách d
dàng hơn b ng cách áp d ng tính ch t (2.42), sau ñó tìm bi n ñ i Z ngư c ñ thu ñư c k t
qu .
8/ Tích cu hai dãy (Multiplication of two Sequences)
ñây C là ñư ng cong kín bao qu../Anh g c t a ñ và n m trong mi n h i t c a X1(v) and
X2(1/v).
Ch ng minh:
ð t: x3(n) = x=(n).x2(n), bi n ñ i Z c a x3(n) là:




thay th bi n ñ i Z ngư c c a x1(n):




ñó là k t qu mong mu n.
ð thu ñư c ROC c a X3(z), ta chú ý r ng, n u X1(v) h i t trong mi n r1L<|v|<r1H và X2(z)
h i t trong mi n r2L<|z|<r2H, thì ROC c a X2(z/v) là: r2L<|z/v|<r2H, và mi n h i t c a X3(z)
s nh nh t là:
                               R1L.r2L<|z/v|<r2H. r1H                   (2.44)
9/. ð nh lý giá tr ñ u (The initial value theorem):
N u x(n) là m t dãy nhân qu (nghĩa là: x(n) = 0 v i m i n < 0), thì:



Ch ng minh:
Vì x(n) là m t dãy nhân qu , nên t ñ nh nghĩa bi n ñ i z ta có:
Rõ ràng, khi z → ∞, thì z-n → 0 vì n > 0 và X(z) → x(0).
T t c các tính ch t ñã ñư c trình bày       trên s ñư c t ng k t trong b ng 2.1 ñ thu n ti n
khi tham kh o.
ð n ñây, ta ñã tìm ñư c h u h t các c p bi n ñ i Z cơ b n. Các c p bi n ñ i Z này ñư c t ng
k t trong b ng 2.2.
B ng 2.1: Các tính ch t c a bi n ñ i Z

  Tính ch t         Mi n th i gian               Mi n z           ROC
 Ký hi u         x(n)                      X(z)                   Rx ≡ rL < |z| < rH
                 x1(n)                     X1(z)                  Rx1≡ r1L < |z| < r1H
                 x2(n)                     X2(z)                  Rx2≡ r2L < |z| < r2H
 Tuy n tính      a1x1(n) + a2x2(n)         a1X1(z) + a2X2(z)      Nh nh t là ph n giao c a Rx1 và Rx2
                                            _K
 D ch       th i x(n-k)                    z X(z)                 Rx , ngo i tr z=0 n u k>0 và z=( n u k<0
 gian
 Thay ñ i        anx(n)                    X(a-1z)                |a|rL<|z|<|a|rH
 thang ño
 trong mi n z
 ð o th i        x(-n)                     X(z-1)                 1/rH < |z| < 1/rL
 gian
 Vi phân         nx(n)                                            Rx
 trong mi n z
 Ch p            x1(n)*x2(n)               X1(z)X2(z)             Nh nh t b ng ph n giao c a Rx1 và Rx2
                                                             -1
 Tương quan      rx1x2(n)=x1(n)*x2(-n)     Rx1x2=X1(z)X2(z        Nh nh t b ng ph n giao c a ROC
                                           )                       c a X1(z) và X2(z-1)
 Nhân            x1(n)x2(n)                                       Nh nh t nh t là r1Lr2L<|z|< r1H r2H
 ð nh lý giá     N u x(n) nhân qu
 tr ñ u
B ng 2.2: Các c p bi n ñ i z cơ b n

               Tín hi u x(n)             Bi n ñ i z, X(z)         ROC
   1               δ(n)                         1                 T t c m t ph ng z
   2               u(n)                                                     |z| > 1

   3              nu(n)                                                     |z| > 1
4               anu(n)                                                 |z| > |a|
  5              nanu(n)                                                 |z| > |a|
  6            -anu(-n -1)                                               |z| < |a|
  7           -n anu(-n -1)                                              |z| < |a|
  8           (cosω0n)u(n)                                                |z| > 1
  9           (sinω0n)u(n)                                                |z| > 1
  10         (ancosω0n)u(n)                                              |z| > |a|
  11         (ansinω0n)u(n)                                              |z| > |a|

2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÌM BI N ð I z NGƯ C
    2.4.1. PHƯƠNG PHÁP TRA B NG:
    2.4.2. PHƯƠNG PHÁP TRI N KHAI THÀNH CÁC PHÂN TH C H U T
    2.4.3. PHƯƠNG PHÁP TRI N KHAI THÀNH M T CHU I LŨY TH A
        1/. Khai tri n m t tích s :
        2/. Khai tri n Taylor
        3/. Khai tri n b ng phép chia:

Phương pháp d a trên ñ nh lý tích phân Cauchy ñ tìm bi u th c c a bi n ñ i z ngư c ñã
ñ nh trình bày trong ph n ñ nh nghĩa bi n ñ i z ngư c. Phương pháp này có v kinh ñi n,
nhưng khá ph c t p. Bây gi , ta s trình bày m t s phương pháp khác, ñơn gi n hơn, ñ tìm
bi n ñ i z ngư c t m t bi u th c X(z) k t h p v i m t ROC xác ñ nh.
2.4.1. PHƯƠNG PHÁP TRA B NG:
ðây là phương pháp ñơn gi n và nh../Anh chóng nh t, ñ tìm bi n ñ i z ngư c ta ch c n d a
vào b ng các c p bi n ñ i z có s n (b ng 2.2).


Ví d 2.12:




áp d ng công th c bi n ñ i này v i a = ½ , ta ñư c x(n) = (1/2)n u(n).

2.4.2. PHƯƠNG PHÁP TRI N KHAI THÀNH CÁC PHÂN TH C H U T
        (PARTIAL FRACTION EXPANSION)
Trư ng h p X(z) không có s n m t cách tư ng minh trong b ng các c p bi n ñ i z. Ta có th
bi n ñ i bi u th c X(z) thành t ng c a các s h ng ñơn gi n có th tra b n. ðây là trư ng
h p X(z) có d ng h u t , nghĩa là X(z) = P(z)/Q(z), v i P(z) và Q(z) là các ña th c theo bi n
z hay z-1, b i vì trong trư ng h p này ta có th khai tri n X(z) thành các phân th c h u t
  ñơn gi n.
  Gi s r ng X(z) ñư c bi u di n b ng t s c a 2 ña th c c a z-1, như sau:




  Pt (2.47) ch ra r ng, s có M zeros và N c c các v trí khác 0 trên m t ph ng ph c. Thêm
  vào, cũng s có M-N c c z = 0 n u M > N hay có N-M zeros z=0 n u N > M. Nói khác
  ñi, bi n ñ i z có d ng pt(2.46) luôn luôn có s c c và zero b ng nhau trong m t ph ng z
  h u h n, và không có c c và zero z = ∞.
  Pt (2.46) còn có th bi u di n   d ng:




    ñây, ck là các zeros khác 0 và dk là các c c khác 0 c a X(z).
• Trư ng h p M ( N, b ng cách chia ña th c t s cho ña th c m u s ta có th ñưa X(z)
  v d ng:




  Trong ñó, ta có th d dàng tìm bi n ñ i z ngư c c a ña th c Āb ng cách tra b ng k t h p
  v i áp d ng tính ch t tuy n tính và tính ch t d ch th i gian; còn Xht(z) là m t hàm h u t có
  b c c a t s nh hơn b c c a m u s , Các hàm h u t có d ng như Xht(z) ñư c g i là hàm
  h u t th t s (Proper rational function). V y, v n ñ là tìm bi n ñ i z ngư c c a các hàm
  h u t th t s .
• Trư ng h p M ( N, X(z) là hàm h u t th t sư và có N c c khác 0 phân bi t (không có
  c c kép):
   Khi ñó X(z) có th vi t l i:




   v I Ak là các h s mà ta c n ph i tính. ð tính các h s Ak, ta nhân hai v phương trình
   (2.49) v i (1 –dkz-1) và cho z = dk, ta tính ñư c các h s Ak :


   Ví d 2.13: Gi s x(n) có bi n ñ i z là:




           v i ROC là |z| > 1. Tìm x(n).
   Gi i:
   T ROC c a X(z), ta th y x(n) là m t dãy bên ph i. Vì M = N và t t c các c c ñ u là b c
   nh t. Ta có th bi u di n X(z) dư i d ng:


   H s B0 ñư c tìm b i phép chia ña th c t s cho ña th c m u s :




   X(z) ñư c vi t l i:


   ð t                           , ta s khai tri n Xht(z) thành t ng c a 2 phân th c ñơn gi n,
   các h s
   A1 và A2 ñư c tính b ng cách áp d ng pt(2.51), như sau:
Áp d ng tính ch t tuy n tính, ta ñư c:
                         x(n) = 2δ(n) – 9 (1/2)nu(n) + 8 u(n)
• Trư ng h p M ( N, X(z) là hàm h u t th t sư và có N c c khác 0, trong ñó có c c képï:
 Pt(2.47) có th ñư c vi t l i:
                X(z) b 0 z N −1 + b1 z N − 2 + b 2 z N −3 + ... + b M z N − M −1
                    =
                 z         a 0 z N + a 1 z N −1 + a 2 z N − 2 + ... + a N          (2.53)


 Sau ñó khai tri n X(z)/z thành t ng các phân th c h u t ñơn gi n. Gi s , X(z) có c c kép
 b c s t i dj. Pt(2.53) s ñư c tri n khai dư i d ng:




 T pt(2.54), ta vi t l i X(z) ñư i d ng:




 Các h s Ak ñư c tính như trên, ta có th tìm công th c t ng quát ñ tính các h s Cm , tuy
 nhiên công th c này khá ph c t p. Trong th c t , ñ th c hi n m t h th ng l n, ngư i ta
 thư ng liên k t nhi u h th ng b c 2. Vì v y, ñ ñơn gi n, ta ch c n kh o sát trư ng h p
 nghi m kép b c 2 như trong ví d 2.14. Sau khi tìm ñư c các h s Ak và Cm, ta áp d ng
phương pháp tra b ng k t h p v i các tính ch t tuy n tính và tính ch t vi phân trong mi n z
ñ tìm bi n ñ i z ngư c.
Ví d 2.14: Hãy xác ñ nh dãy nhân qu x(n) có bi n ñ i z là:




Gi i: Ta th y X(z) có m t nghi m kép b c 2 t i z = 1, ta vi t l i X(z) dư i d ng:




Các h s A và C2 có th tính ñư c m t cách d dàng như sau:




ð tính C1, ta vi t l i:




Áp d ng phương pháp tra b ng k t h p v i các tính ch t tuy n tính, vi phân trong mi n z,
v i x(n) là m t dãy nhân qu , ta thu ñư c:
X(n) = ¼ (-1)nu(n) + ¾ u(n) + ½ n u(n) = [¼ (-1)n + ¾ + n/2]u(n)
2.4.3. PHƯƠNG PHÁP TRI N KHAI THÀNH M T CHU I LŨY TH A
      (POWER SERRIES EXPANSION)
T ñ nh nghĩa c a bi n ñ i z, ta th y X(z) là môt chu i lũy th a, trong ñó x(n) chính là h s
c a z-n . Ta vi t l i:



V y, n u ta có th ñưa X(z) v d ng này, ta s xác ñ nh ñư c giá tr c a x(n) tương ng v i
giá tr c a n.
1/. Khai tri n m t tích s :
Ví d 2.15: Hãy xác ñ nh dãy x(n) mà bi n d i z c a nó là:



Ta th y X(z) cũng có d ng hàm h u t , nhưng ch có m t c c là z = 0, Ta có th khai tri n
thành m t chu i lũy th a như sau:




2/. Khai tri n Taylor
Phương pháp này thư ng ñư c áp d ng khi X(z) có d ng logarit, sin, hyperbolic, hàm mũ.
Ta nh c l i công thúc Taylor c a m t hàm f(x) t i ñi m x = x0, như sau:




trong ñó, c n m gi a x và x0.
N u trong công th c (2.54), ta cho x0 = 0, ta ñư c:




trong ñó, c n m gi a 0 và x, công th c (2.58) ñư c g i là công th c Mac Laurin.
Ví d 2.16:
       Hãy xác ñ nh dãy x(n) có bi n ñ i z là: X(z) = ln(1 + az-1), v i ROC là |z| > |a|.
G i:
Khai tri n Taylor c a X(z) theo z-1 , v i n n →∞, ta có:




3/. Khai tri n b ng phép chia:
Phương pháp này thư ng ñư c th c hi n khi X(z) có d ng h u t : X(z) = P(z)/Q(z). Ta có th
th c hi n phép chia ña th c P(z) cho Q(z) ñ có ñư c m t chu i lũy th a, t ñó, nh n ñư c
t ng m u c a dãy x(n).

Ví d 2.17: Hãy xác ñ nh bi n ñ i Z ngư c c a:



khi: (a) ROC là |z| > 1 (b) ROC là |z| < 0.5

Gi i:
 (a) T ROC c a X(z) ta th y x(n) là m t dãy bên ph i. Vì v y , ta s tìm m t khai tri n
      chu i lũy th a v i s mũ âm. B ng cách chia t cho m u x p theo s mũ âm d n, ta
      ñư c:



     So sánh v i pt(2.56), ta ñư c:




 (b) T ROC c a X(z), ta th y x(n) là m t dãy bên trái. Vì v y, ta ph i th c hi n phép chia
     sao cho thu ñư c khai tri n lũy th a dương c a z. Mu n v y, ta x p các ña th c t s
     và m u s theo th t sao cho lũy th a c a z-1 gi m d n (t c s mũ ít âm d n cho ñ n
     0). Ta th c hi n phép chia như sau:
Ta thu ñư c:




2.5 GI I PHƯƠNG TRÌNH SAI PHÂN TUY N TÍNH H                       S    H NG DÙNG BI N
ð I Z M T PHÍA

     2.5.1. BI N ð I Z M T PHÍA (UNILATERAL Z-TRANSFORM)
     2.5.2. GI I PHƯƠNG TRÌNH SAI PHÂN TUY N TÍNH H S H NG:
2.5.1. BI N ð I Z M T PHÍA (UNILATERAL Z-TRANSFORM)
   ð NH NGHĨA:
Bi n ñ i z m t phía c a tín hi u x(n) ñã ñư c ñ nh nghĩa   pt(2.4), ta nh c l i:




Nó khác v i bi n ñ i z hai phía    ch ch tính các giá tr x(n) v i n ( 0, gi i h n dư i c a
t ng là 0.
Ta th y, n u x(n) là m t tín hi u nhân qu (nghĩa là x(n) = 0 v i m i n < 0) thì bi n ñ i z m t
phía và bi n ñ i z hai phía là ñ ng nh t, ngư c l i, n u x(n) ( 0 khoi n < 0 thì chúng khác
nhau.
ROC c a t t c các bi n ñ i z m t phía là |z| > rH (rH là m t s th c dương), v i bi n ñ i z
m t phía có d ng h u t thì rH là modul c a c c xa g c t a ñ nh t. Vì v y, khi s d ng bi n
ñ i z m t phía, ngư i ta thư ng không ñ c p ñ n ROC .
Ví d 2.18: Xét tín hi u x(n) =δ(n)




Ta th y, vì x(n) = 0 v i m i n < 0 nên bi n ñ i z hai phía và m t phía là gi ng nhau.
Ví d 2.19: Xét tín hi u x(n) = δ (n + 1)
Trong trư ng h p này, xung ñơn v xu t hi n        th i ñi m n = -1.




Ta th y, vì x(n) không nhân qu , nên bi n ñ i z hai phía và m t phía là phân bi t nhau.
    TÍNH CH T:
H u h t các tính ch t c a bi n ñ i z hai phía ñ u ñúng v i bi n ñ i z m t phía ng ai tr   tính
ch t d ch th i gian.
  • Tính ch t d ch th i gian:
Xét m t tín hi u x(n) có bi n ñ i z m t phía là X+(z). Ta xét 2 trưòng h p:
Trư ng h p 1: D ch ph i.
Xét tín hi u x1(n) = x(n – k),v i k > 0, ta có:




Ch ng minh:
Ta ñư c k t qu trên b ng cách ñ i bi n n = -l.
Trư ng h p 2: D ch trái.
Xét tín hi u x2(n) = x(n + k),v i k > 0, ta có:



Trư ng h p này cũng ñư c ch ng minh tương t như trư ng h p 1.
  • ð nh lý giá tr cu i (Final value theorem)




Gi i h n (2.63) t n t i n u ROC c a (z-1)X+(z) ch a vòng tròn ñơn v . Vi c ch ng minh
ñ nh lý này ñư c xem như bài t p.
                                      Ví d 2.20:
ðáp ng xung c a m t h th ng LTI ngh là h(n) = anu(n), v i |a| < 1. Hãy xác ñ nh ñáp ng
c a h th ng v i tín hi u vào là tín hi u nh y b c ñơn v khi n → ∞.
Gi i: ðáp ng c a h th ng là:
                                       y(n) = h(n)*x(n)
v i : x(n) = u(n). Rõ ràng, n u ta kích thích m t h th ng nhân qu v i m t tín hi u vào nhân
qu thì tín hi u ra cũng nhân qu . Vì x(n), h(n) và y(n) ñ u là các dãy nhân qu , nên bi n ñ i
Z m t phía và bi n ñ i Z hai phía là ñ ng nh t. Áp d ng tính ch t ch p ta ñư c:
Vì |a| < 1 nên ROC c a (z-1)Y(z) ch a vòng tròn ñơn v . Áp d ng ñ nh lý giá tr cu i, ta
ñư c:




2.5.2. GI I PHƯƠNG TRÌNH SAI PHÂN TUY N TÍNH H S                     H NG:
M t công d ng quan tr ng c a bi n ñ i z m t phía là phân tích h th ng ñư c mô t b i
phương trình sai phân tuy n tính h s h ng không có ñi u ki n ngh . Vì kích thích ñư c ñưa
vào m t th i gian xác ñ nh, ta coi như n = 0, nên tín hi u vào cũng như tín hi u ra ch ñư c
kh o sát các th i ñi m n ≥ 0, ñi u này không có nghĩa là các tính hi u ra b ng 0 các th i
ñi m n < 0. Ta th y, bi n ñ i z m t phía là m t công c thích h p trong trư ng h p này. Ta
xét ví d sau ñây:
Ví d 2.21: Xác ñ nh ñáp ng nh y b c ñơn v c a h th ng ñư c mô t b i phương trình sai
phân sau:
                       y(n) = ay(n-1) + x(n) , v i –1 < a < 1
v i ñi u ki n ñ u là: y(-1) = 1.
Gi i: L y bi n ñ i Z m t phía hai v c a phương trình sai phân ta ñư c:
                       Y+(z) = a[z-1Y+(z) + y(-1)] + X+(z)
V i x(n) = u(n) ta có X+(z) = 1/(1-z-1). Thay th y(-1) và X+(z) vào phương trình trên và s p
x p l i ta ñư c:




Tìm bi n ñ i Z ngư c b ng phương pháp khai tri n thành các phân th c h u t ñơn gi n, ta
ñư c:

2.6 PHÂN TÍCH H TH NG LTI TRONG MI N Z
     2.6.1. HÀM TRUY N ð T C A H TH NG LTI
         2.6.1.1. Hàm truy n ñ t (hàm h th ng)
         2.6.1.2. Hàm truy n ñ t c a m t h th ng ñư c ñ c trưng b i LCCDE
         2.6.1.3. S k t n i c a các h th ng LTI
     2.6.2. ðÁP NG C A H TH NG C C - ZERO NGH
     2.6.3. ðÁP NG C A H T H NG C C-ZERO V I ðI U KI N ð U KHÁC 0
     2.6.4. ðÁP NG QUÁ ð (TRANSIENT RESPONSE)
     2.6.5. H TH NG N ð NH VÀ NHÂN QU

2.6.1. HÀM TRUY N ð T C A H TH NG LTI
2.6.1.1. Hàm truy n ñ t (hàm h th ng)
T chương I, ta ñã th y r ng m t h th ng LTI hoàn toàn có th ñ c trưng trong mi n th i
gian b i ñáp ng xung h[n] c a nó, v i tín hi u vào x[n], ñáp ng c a h th ng ñư c tính b i
t ng ch p:
                            y[n] = x(n) * h(n)                         (2.64)
Chúng ta cũng th y ñư c các khó khăn khi xác ñ nh ñáp ng c a h th ng tr c ti p b ng
t ng ch p.
G i X(z) và H(z) l n lư t là bi n ñ i z c a x(n) và h(n), áp d ng tính ch t ch p c a bi n ñ i
Z, ta ñư c bi n ñ i Z c a y(n) như sau:
                            Y(z) = X(z).H(z)                           (2.65)
v i m t mi n h i t thích h p.
V y, thông qua phép bi n ñ i Z, t ng ch p c a hai dãy ñã bi n thành phép nhân ñơn gi n.
Sau khi có ñư c Y(z), ta dùng phép bi n ñ i Z ngư c ñ tính ñáp ng y(n). Cách làm này rõ
ràng là d dàng hơn cách tính tr c ti p t t ng ch p.



Pt(2.65) có th ñư c vi t l i:
H(z) ñư c g i là hàm h th ng (System function) hay hàm truy n ñ t (Transfer function). Vì
H(z) và h(n) là m t c p duy nh t, nên m t h th ng LTI b t kỳ hoàn toàn có th ñư c ñ c t
b i hàm h th ng c a nó.
2.6.1.2. Hàm truy n ñ t c a m t h th ng ñư c ñ c trưng b i LCCDE
Xét m t h th ng LTI mà quan h vào ra c a nó th a mãn phương trình sai phân tuy n tính
h s h ng (LCCDE) như sau:




Chúng ta cũng ñã bi t r ng, t phương trình sai phân (2.67) ta có th tìm ñư c y(n) theo
phương pháp ñ qui. N u ñi u ki n ban ñ u ngh ñư c th a mãn, h th ng s là tuy n tính,
b t bi n và nhân qu .
Áp d ng bi n ñ i Z cho c hai v c a pt(2.67) và ñ ý ñ n tính ch t tuy n tính, d ch th i gian
c a bi n ñ i Z, ta
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho
Xu ly tin_hieu_so_cantho

More Related Content

Similar to Xu ly tin_hieu_so_cantho

Bc1 ttdcct hoabinh-chitietv11-in2mat -guisv
Bc1 ttdcct hoabinh-chitietv11-in2mat -guisvBc1 ttdcct hoabinh-chitietv11-in2mat -guisv
Bc1 ttdcct hoabinh-chitietv11-in2mat -guisvTtx Love
 
Giai de thi_mau_7191
Giai de thi_mau_7191Giai de thi_mau_7191
Giai de thi_mau_7191Ngoc Dep
 
Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...
Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...
Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...Nguyen Thanh Tu Collection
 
bctntlvn (110).pdf
bctntlvn (110).pdfbctntlvn (110).pdf
bctntlvn (110).pdfLuanvan84
 
Maubaocao luanvan
Maubaocao luanvanMaubaocao luanvan
Maubaocao luanvansatthu127
 
Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181
Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181
Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181hongchi2014
 
Nội dung ôn tập và cấu trúc đề thi tuyển sinh vào lớp 10
Nội dung ôn tập và cấu trúc đề thi tuyển sinh vào lớp 10Nội dung ôn tập và cấu trúc đề thi tuyển sinh vào lớp 10
Nội dung ôn tập và cấu trúc đề thi tuyển sinh vào lớp 10Nguyen Van Tai
 
Gtxstk dhnn1
Gtxstk dhnn1Gtxstk dhnn1
Gtxstk dhnn1Phi Phi
 
Chuong1 baigiang spss
Chuong1 baigiang spssChuong1 baigiang spss
Chuong1 baigiang spssCá Tiên
 
Chiết lọc thông tin pháp luật trong dữ liệu văn bản.pdf
Chiết lọc thông tin pháp luật trong dữ liệu văn bản.pdfChiết lọc thông tin pháp luật trong dữ liệu văn bản.pdf
Chiết lọc thông tin pháp luật trong dữ liệu văn bản.pdfTieuNgocLy
 

Similar to Xu ly tin_hieu_so_cantho (20)

Bc1 ttdcct hoabinh-chitietv11-in2mat -guisv
Bc1 ttdcct hoabinh-chitietv11-in2mat -guisvBc1 ttdcct hoabinh-chitietv11-in2mat -guisv
Bc1 ttdcct hoabinh-chitietv11-in2mat -guisv
 
Luận văn: Nghiên cứu tính chất nhiệt của ống nhiệt mao dẫn, HAY
Luận văn: Nghiên cứu tính chất nhiệt của ống nhiệt mao dẫn, HAYLuận văn: Nghiên cứu tính chất nhiệt của ống nhiệt mao dẫn, HAY
Luận văn: Nghiên cứu tính chất nhiệt của ống nhiệt mao dẫn, HAY
 
Giai de thi_mau_7191
Giai de thi_mau_7191Giai de thi_mau_7191
Giai de thi_mau_7191
 
Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...
Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...
Dai cuong ve sac ky sac ky long khoi pho lc ms lai thi thu trang truong dai h...
 
Maubaocao luanvan
Maubaocao luanvanMaubaocao luanvan
Maubaocao luanvan
 
bctntlvn (110).pdf
bctntlvn (110).pdfbctntlvn (110).pdf
bctntlvn (110).pdf
 
Maubaocao luanvan
Maubaocao luanvanMaubaocao luanvan
Maubaocao luanvan
 
Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181
Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181
Bai giang ktdt_2009_2010_1206_1181
 
3289
32893289
3289
 
Nội dung ôn tập và cấu trúc đề thi tuyển sinh vào lớp 10
Nội dung ôn tập và cấu trúc đề thi tuyển sinh vào lớp 10Nội dung ôn tập và cấu trúc đề thi tuyển sinh vào lớp 10
Nội dung ôn tập và cấu trúc đề thi tuyển sinh vào lớp 10
 
Giao trinh xac suat thong ke hn1
Giao trinh xac suat thong ke   hn1Giao trinh xac suat thong ke   hn1
Giao trinh xac suat thong ke hn1
 
Gtxstk dhnn1
Gtxstk dhnn1Gtxstk dhnn1
Gtxstk dhnn1
 
Xlths
XlthsXlths
Xlths
 
Xlths
XlthsXlths
Xlths
 
Tdvts ch3
Tdvts ch3Tdvts ch3
Tdvts ch3
 
Chuong iii -dao dong2_ma
Chuong iii -dao dong2_maChuong iii -dao dong2_ma
Chuong iii -dao dong2_ma
 
Chuong1 baigiang spss
Chuong1 baigiang spssChuong1 baigiang spss
Chuong1 baigiang spss
 
Co so dinh_vi_ve_tinh
Co so dinh_vi_ve_tinhCo so dinh_vi_ve_tinh
Co so dinh_vi_ve_tinh
 
Chiết lọc thông tin pháp luật trong dữ liệu văn bản.pdf
Chiết lọc thông tin pháp luật trong dữ liệu văn bản.pdfChiết lọc thông tin pháp luật trong dữ liệu văn bản.pdf
Chiết lọc thông tin pháp luật trong dữ liệu văn bản.pdf
 
Bgxlth clc chuong_i-ii _ tin hieu lien tuc_sv
Bgxlth clc chuong_i-ii _ tin hieu lien tuc_svBgxlth clc chuong_i-ii _ tin hieu lien tuc_sv
Bgxlth clc chuong_i-ii _ tin hieu lien tuc_sv
 

Xu ly tin_hieu_so_cantho

  • 1.
  • 3. L I NÓI Ð U &&& X lý tín hi u s (Digital Signal Processing - DSP) hay t ng quát hơn, x lý tín hi u r i r c theo th i gian (Discrete-Time Signal Processing - DSP) là m t môn cơ s không th thi u ñư c cho nhi u ngành khoa h c, k thu t như: ñi n, ñi n t , t ñ ng hóa, vi n thông, tin h c, v t lý,... Tín hi u liên t c theo th i gian (tín hi u tương t ) cũng ñư c x lý m t cách hi u qu theo qui trình: bi n ñ i tín hi u tương t thành tín hi u s (bi n ñ i A/D), x lý tín hi u s (l c, bi n ñ i, tách l y thông tin, nén, lưu tr , truy n,...) và sau ñó, n u c n, ph c h i l i thành tín hi u tương t (bi n ñ i D/A) ñ ph c v cho các m c ñích c th . Các h th ng x lý tín hi u s , h th ng r i r c, có th là ph n c ng (m ch ñi n) hay ph n m m (chương trình máy tính) hay k t h p c hai. X lý tín hi u s có n i dung khá r ng d a trên m t cơ s toán h c tương ñ i ph c t p. Nó có nhi u ng d ng ña d ng, trong nhi u lĩnh v c khác nhau. Nhưng các ng d ng trong t ng lĩnh v c l i mang tính chuyên sâu. Có th nói, x lý tín hi u s ngày nay ñã tr thành m t ngành khoa h c ch không ph i là m t môn h c. Vì v y, chương trình gi ng d y b c ñ i h c ch có th bao g m các ph n cơ b n nh t, sao cho có th làm n n t ng cho các nghiên c u ng d ng sau này. V n ñ là ph i ch n l a n i dung và c u trúc chương trình cho thích h p. Nh m m c ñích khuy n khích sinh viên t h c, giáo trình ñư c biên so n v i n i dung khá chi ti t và có nhi u ví d minh h a. Gi ng viên có th ch c n trình bày trên l p nh ng ph n cơ b n, hư ng d n cho sinh viên t h c nh ng ph n ng d ng ho c có tính suy lu n, và sau ñó ki m tra l i b ng bài t p trên l p. Do h n ch v th i gian và s ph c t p v m t toán h c c a môn h c, m t dù tác gi ñã có nhi u c g ng, nhưng ch c ch n còn nhi u thi u sót c n ph i ñi u ch nh và b sung. Xin ñón nh n s ñóng góp ý ki n c a quí th y cô và các em sinh viên. Xin chân thành c m ơn các th y cô và các b n ñã giúp ñ tôi hoàn thành giáo trình. Ð c bi t, xin c m ơn ../Anh Nhan Văn Khoa, gi ng viên, khoa Công Ngh Thông Tin, Trư ng ÐH C n Thơ, ñã ñ c b n th o và ñóng góp nhi u ý ki n quí giá trong th i gian th c hi n giáo trình này. C n Thơ, tháng 11 năm 2001 Tác gi ÐOÀN HÒA MINH
  • 4. M CL C CHƯƠNG 1: TÍN HI U R I R C VÀ H TH NG R I R C: * M ñ u * Tín hi u r i r c * H th ng r i r c theo th i gian * H th ng tuy n tính b c bi n (LTI : Linear Time-Invariant System) * Phương trình sai phân tuy n tính h s h ng (LCCDE) * Tương quan c a các tính hi u r i r c * X lý s tín hi u tương t Chương II: BI U DI N TÍN HI U VÀ H TH NG R I R C TRONG MI N Z * M ñ u * Khái ni m * Các tính ch t c a bi n ñ i Z * Các phương pháp tìm bi n ñ i Z ngư c * Gi i phương trình sai phân tuy n tính h s h ng b ng bi n ñ i Z m t phía * Phân tích h th ng LTI trong mi n Z * Th c hi n các h th ng r i r c Chương III: PHÂN TÍCH T N S C A TÍN HI U * 3.1 M ñ u * 3.2 T N S C A TÍN HI U R I R C * 3.3 Phân tích t n s c a tín hi u liên t c * 3.4 PH N TÍCH T N S C A TÍN HI U R I R C * 3.5 L Y M U TÍN HI U TRONG MI N TH I GIAN VÀ MI N T N S * 3.6 BI N ð I FOURIER R I R C (DFT DISCRETE FOURIER TRANFORM) Chương IV: BI U DI N VÀ PHÂN TÍCH H TH NG R I R C TRONG MI N T NS * Các ñ c tính c a h th ng LTI trong mi n t n s * Phân tích h th ng LTI trong mi n t n s * H th ng LTI và m ch l c s Chương V: THI T K B L C S * Thi t k b l c s b ng cách ñ t các c c và zeros trên m t * Thi t k b l c FIR * THI T K B L C S IIR
  • 5. Chương I TÍN HI U R I R C VÀ H TH NG R I R C *** * N i dung * M ñ u * Tín hi u r i r c * H th ng r i r c theo th i gian * H th ng tuy n tính b c bi n (LTI : Linear Time-Invariant System) * Phương trình sai phân tuy n tính h s h ng (LCCDE) * Tương quan c a các tính hi u r i r c * X lý s tín hi u tương t 1.1 M ñ u S phát tri n c a máy vi tính ñã làm gia tăng m t cách m nh m các ng d ng c a X LÝ TÍN HI U S (Digital Signal Proccessing). Xu hư ng này ñã ñư c tăng cư ng b i s phát tri n ñ ng th i c a thu t toán s (Numerical Algorithms) cho x lý tín hi u s . Hi n nay, x lý tín hi u s ñã tr nên m t ng d ng cơ b n cho k thu t m ch tích h p hi n ñ i v i các chip có th l p trình t c ñ cao. Vì v y, x lý tín hi u s ñư c ng d ng trong nhi u lĩnh v c khác nhau như: • X lý tín hi u âm th../Anh: nh n d ng ti ng nói / ngư i nói; t ng h p ti ng nói / bi n văn b n thành ti ng nói; k thu t âm th../Anh s ;… • X lý nh: thu nh n và khôi ph c nh; làm n i ñư ng biên; l c nhi u; nh n d ng; m t ngư i máy; ho t hình; các k x o v hình nh; b n ñ ;… • Vi n thông: x lý tín hi u tho i và tín hi u hình; truy n d li u; kh xuyên kênh; facsimile; truy n hình s ; … • Thi t b ño lư ng và ñi u khi n: phân tích ph ; ño lư ng ñ a ch n; ñi u khi n v trí và t c ñ ; ñi u khi n t ñ ng;… • Quân s : truy n thông b o m t; x lý tín hi u rada, sonar; d n ñư ng tên l a;… • Y h c: não ñ ; ñi n tim; ch p X quang; ch p CT(Computed Tomography Scans); n i soi;… Có th nói, x lý tín hi u s là n n t ng cho m i lĩnh v c và chưa có s bi u hi n bão hòa trong s phát tri n c a nó. Ta cũng c n lưu ý r ng, m c dù tên c a giáo trình là X LÝ TÍN HI U S , nhưng chúng ta s nghiên c u v i m t ph m vi t ng quát hơn, ñó là X LÝ TÍN HI U R I R C (Discrete signal processing). B i vì, tín hi u s là m t trư ng h p ñ c bi t c a tín hi u r i r c, nên nh ng phương pháp ñư c áp d ng cho tín hi u r i r c cũng ñư c áp d ng cho tín hi u s , nh ng k t lu n ñúng cho tín hi u r i r c cũng ñúng cho tín hi u s .
  • 6. Mu n x lý tín hi u r i r c, trư c tiên ta ph i bi t cách bi u di n và phân tích tín hi u r i r c. Vi c x lý tín hi u r i r c ñư c th c hi n b i các h th ng r i r c. Vì v y ta ph i nghiên c u các v n ñ bi u di n, phân tích, nh n d ng, thi t k và th c hi n h th ng r i r c. Bây gi , chúng ta s nh p môn v i ch ñ bi u di n và phân tích tín hi u r i r c, h th ng r i r c trong mi n th i gian. 1.2 TÍN HI U R I R C 1.2.1 ð nh nghĩa tín hi u 1.2.2 Phân lo i tín hi u 1.2.3 Tín hi u r i r c _dãy 1.2.3.1. Cách bi u di n: 1.2.3.2. Các tín hi u r i r c cơ b n 1.2.3.3. Các phép toán cơ b n c a dãy 1.2.1. ð NH NGHĨA TÍN HI U: Tín hi u là m t ñ i lư ng v t lý ch a thông tin (information). V m t toán h c, tín hi u ñư c bi u di n b ng m t hàm c a m t hay nhi u bi n ñ c l p. Ví d : - Tín hi u âm th../Anh là dao ñ ng cơ h c lan truy n trong không khí, mang thông tin truy n ñ n tai. Khi bi n thành tín hi u ñi n (ñi n áp hay dòng ñi n) thì giá tr c a nó là m t hàm theo th i gian. - Tín hi u hình nh tĩnh hai chi u ñư c ñ c trưng b i m t hàm cư ng ñ sáng c a hai bi n không gian. Khi bi n thành tín hi u ñi n, nó là hàm m t bi n th i gian. ð thu n ti n, ta qui ư c (không vì th mà làm m t tính t ng quát) tín hi u là m t hàm c a m t bi n ñ c l p và bi n này là th i gian (m c dù có khi không ph i như v y, ch ng h n như s bi n ñ i c a áp su t theo ñ cao). Giá tr c a hàm tương ng v i m t giá tr c a bi n ñư c g i là biên ñ (amplitude) c a tín hi u. Ta th y r ng, thu t ng biên ñ ñây không ph i là giá tr c c ñ i mà tín hi u có th ñ t ñư c. 1.2.2. PHÂN LO I TÍN HI U: Tín hi u ñư c phân lo i d a vào nhi u cơ s khác nhau và tương ng có các cách phân lo i khác nhau. ñây, ta d a vào s liên t c hay r i r c c a th i gian và biên ñ ñ phân lo i. Có 4 lo i tín hi u như sau: - Tín hi u tương t (Analog signal): th i gian liên t c và biên ñ cũng liên t c. - Tín hi u r i r c (Discrete signal): th i gian r i r c và biên ñ liên t c. Ta có th thu ñư c m t tín hi u r i r c b ng cách l y m u m t tín hi u liên t c. Vì v y tín hi u r i r c còn ñư c g i là tín hi u l y m u (sampled signal). - Tín hi u lư ng t hóa (Quantified signal): th i gian liên t c và biên ñ r i r c. ðây là tín hi u tương t có biên ñ ñã ñư c r i r c hóa.
  • 7. - Tín hi u s (Digital signal): th i gian r i r c và biên ñ cũng r i r c. ðây là tín hi u r i r c có biên ñ ñư c lư ng t hóa. Các lo i tín hi u trên ñư c minh h a trong hình 1.1. 1.2.3. TÍN HI U R I R C – DÃY (SEQUENCES) 1.2.3.1. Cách bi u di n: M t tín hi u r i r c có th ñư c bi u di n b ng m t dãy các giá tr (th c ho c ph c). Ph n t th n c a dãy (n là m t s nguyên) ñư c ký hi u là x(n) và m t dãy ñư c ký hi u như sau: x = {x(n)} v i -∞<n<∞ (1.1.a) x(n) ñư c g i là m u th n c a tín hi u x. Ta cũng có th bi u di n theo ki u li t kê. Ví d : x = { ..., 0, 2, -1, 3, 25, -18, 1, 5, -7, 0,...} (1.1.b) Trong ñó, ph n t ñư c ch b i mũi tên là ph n t rương ng v i n = 0, các ph n t tương ng v i n > 0 ñư c x p l n lư t v phía ph i và ngư c l i. N u x = x(t) là m t tín hi u liên t c theo th i gian t và tín hi u này ñư c l y m u cách ñ u nhau m t kho ng th i gian là Ts, biên ñ c a m u th n là x(nTs). Ta th y, x(n) là cách vi t ñơn gi n hóa c a x(nTs), ng m hi u r ng ta ñã chu n hoá tr c th i gian theo TS. Ts g i là chu kỳ l y m u (Sampling period).
  • 8. Fs = 1/Ts ñư c g i là t n s l y m u (Sampling frequency). Ví d : M t tín hi u tương t x(t) = cos(t) ñư c l y m u v i chu kỳ l y m u là Ts = (/8. Tín hi u r i r c tương ng là x(nTs) = cos(nTs) ñư c bi u di n b ng ñ th hình 1.2.a. N u ta chu n hóa tr c thòi gian theo Ts thì tín hi u r i r c x = {x(n)} ñư c bi u di n như ñ th hình 1.2.b. Ghi chú: - T ñây v sau, tr c th i gian s ñư c chu n hóa theo Ts, khi c n tr v th i gian th c, ta thay bi n n b ng nTs. - Tín hi u r i r c ch có giá tr xác ñ nh các th i ñi m nguyên n. Ngoài các th i ñi m ñó ra tín hi u không có giá tr xác ñ nh, không ñư c hi u chúng có giá tr b ng 0. - ð ñơn gi n, sau này, thay vì ký hi u ñ y ñ , ta ch c n vi t x(n) và hi u ñây là dãy x = {x(n)}. 1.2.3.2. Các tín hi u r i r c cơ b n 1/. Tín hi u xung ñơn v (Unit inpulse sequence): ðây là m t dãy cơ b n nh t, ký hi u làĀ, ñư c ñ nh nghĩa như sau:
  • 9. 2/. Tín hi u h ng ( Constant sequence): tín hi u này có giá b ng nhau v i t t c các giá tr ch a n. Ta có: Dãy h ng ñư c bi u di n b ng ñ th như hình 1.3.(b) 3/. Tín hiêu nh y b c ñơn v (Unit step sequence) Dãy này thư ng ñư c ký hi u là u(n) và ñư c ñ nh nghĩa như sau: Dãy u(n) ñư c bi u di n b ng ñ th hình 1.3 (c). M i quan h gi a tín hi u nhãy b c ñơn v v i tín hi u xung ñơn v : v i u(n-1) là tín hi u u(n) ñư c d ch ph i m t m u.
  • 10. Hình 1.3 Các dãy cơ b n a) Dãy xung ñơn v b) Dãy h ng c) Dãy nh y b c ñơn v d) Dãy hàm mũ e) Dãy tu n hoàn có chu kỳ N=8 f) Dãy hình sin có chu kỳ N=5 4/. Tín hi u hàm mũ (Exponential sequence) x(n) = A αn (1.7) N u A và α là s th c thì ñây là dãy th c. V i m t dãy th c, n u 0 < α < 1 và A>0 thì dãy có các giá tr dương và gi m khi n tăng, hình 1.3(d). N u –1< α < 0 thì các giá tr c a dãy s l n lư c ñ i d u và có ñ l n gi m khi n tăng. N u | α |>1 thì ñ l n c a dãy s tăng khi n tăng. 5/. Tín hi u tu n hoàn (Periodic sequence) M t tín hi u x(n) ñư c g i là tu n hoàn v i chu kỳ N khi: x(n+N) = x(n), v i m i n. M t tín hi u tu n hoàn có chu kỳ N=8 ñư c bi u di n b ng ñ th hình 1.3(e). Dĩ nhiên, m t tín hi u hình sin cũng là m t hi u tu n hoàn. Ví d : là m t tín hi u tu n hoàn có chu kỳ là N=5, xem hình1.3(f) 1.2.3.3. Các phép toán cơ b n c a dãy
  • 11. Cho 2 dãy x1 = {x1(n)} và x2 = {x2(n)} các phép toán cơ b n trên hai dãy ñư c ñ nh nghĩa như sau: 1/. Phép nhân 2 dãy: y = x1 . x2 = {x1(n).x2(n)} (1.8) 2/. Phép nhân 1 dãy v i 1 h s : y = a.x1 = {a.x1(n)} (1.9) 3/. Phép c ng 2 dãy: y = x1 + x2 = {x1(n) + x2(n)} (1.10) 4/. Phép d ch m t dãy (Shifting sequence): - D ch ph i: G i y là dãy k t qu trong phép d ch ph i n0 m u m t dãy x ta có: y(n) = x(n-n0), v i n0 > 0 (1.11) - D ch trái: G i z là dãy k t qu trong phép d ch trái n0 m u dãy x ta có: z(n) = x(n+n0), v i n0 > 0 (1.12) Phép d ch ph i còn g i là phép làm tr (delay). Phép làm tr m t m u thư ng ñư c ký hi u b ng ch D ho c Z-1 . Các phép d ch trái và d ch ph i ñư c minh h a trong các hình 1.4. Hình 1.4: (a) Dãy x(n) (b) Phép d ch pha 4 m u tr ên tín hi u x(n) (c) Phép d ch traí 5 m u trên tín hi u x(n) Nh n xét: Ta th y, m t tín hi u x(n) b t kỳ có th bi u di n b i tín hi u xung ñơn v như sau: Cách bi u di n này s d n ñ n m t k t qu quan tr ng trong ph n sau. Ghi chú: Các phép tính th c hi n trên các tín hi u r i r c ch có ý nghĩa khi t n s l y m u c a các tín hi u này b ng nhau. 1.3. H TH NG R I R C 1.3.1. KHÁI NI M 1.3.1.1. H th ng th i gian r i r c (g i t t là h th ng r i r c): 1.3.1.2. ðáp ng xung (impulse response) c a m t h th ng r i r c 1.3.1.3. Bi u di n h th ng b ng sơ ñ kh i 1.3.2. PHÂN LO I H TH NG R I R C 1/. H th ng không nh (Memoryless systems): 2/. H th ng tuy n tính (Linear systems)
  • 12. 3/. H th ng b t bi n theo th i gian (Time-Invariant systems) 4/. H th ng nhân qu (Causal systems) 5/. H th ng n ñ nh (Stable systems) 1.3.1. KHÁI NI M 1.3.1.1. H th ng th i gian r i r c (g i t t là h th ng r i r c): H th ng th i gian r i r c là m t thi t b (device) hay là m t toán thu t (algorithm) mà nó tác ñ ng lên m t tín hi u vào (dãy vào) ñ cung c p m t tín hi u ra (dãy ra) theo m t qui lu t hay m t th t c (procedure) tính toán nào ñó. ð nh nghĩa theo toán h c, ñó là m t phép bi n ñ i hay m t toán t (operator) mà nó bi n m t dãy vào x(n) thành dãy ra y(n). Ký hi u: y(n) = T{x(n)} (1.14) Tín hi u vào ñư c g i là tác ñ ng hay kích thích (excitation), tín hi u ra ñư c g i là ñáp ng (response). Bi u th c bi u di n m i quan h gi a kích thích và dáp ng ñư c g i là quan h vào ra c a h th ng. Quan h vào ra c a m t h th ng r i r c còn ñư c bi u di n như hình 1.5. Ví d 1.1: H th ng làm tr lý tư ng ñư c ñ nh nghĩa b i phương trình: y(n) = x(n – nd) , v i -∞ < n < ∞ (1.15) nd là m t s nguyên dương không ñ i g i là ñ tr c a h th ng. Ví d 1.2: H th ng trung bình ñ ng (Moving average system) ñư c ñ nh nghĩa b i phương trình: v i M1 và M2 là các s nguyên dương. H th ng này tính m u th n c a dãy ra là trung bình c a (M1 + M2 + 1) m u c a dãy vào xung qu../Anh m u th n, t m u th n-M2 ñ n m u th n+M1 . 1.3.1.2. ðáp ng xung (impulse response) c a m t h th ng r i r c ðáp ng xung h(n) c a m t h th ng r i r c là ñáp ng c a h th ng khi kích thích là tín hi u xung ñơn v ((n), ta có:
  • 13. Trong các ph n sau, ta s th y, trong các ñi u ki n xác ñ nh ñáp ng xung c a m t h th ng có th mô t m t cách ñ y ñ h th ng ñó. Ví d 1.3: ðáp ng xung c a h th ng trung bình ñ ng là: 1.3.1.3. Bi u di n h th ng b ng sơ ñ kh i ð có th bi u di n m t h th ng b ng sơ ñ kh i, ta c n ñ nh nghĩa các ph n t cơ b n. M t h th ng ph c t p s là s liên k t c a các ph n t cơ b n này. 1/. Ph n t nhân dãy v i dãy (signal multiplier), tương ng v i phép nhân hai dãy, có sơ ñ kh i như sau: 2/. Ph n t nhân m t dãy v i m t h ng s (Constant multiplier), tương ng v i phép nhân m t h s v i m t dãy, có sơ ñ kh i như sau: 3/. Ph n t c ng (Adder), tương ng v i phép c ng hai dãy, có sơ ñ kh i như sau: 4/. Ph n t làm tr m t m u (Unit Delay Element), tương ng v i phép làm tr m t m u, có sơ ñ kh i như sau: Trong các ph n sau, ta s thành l p m t h th ng ph c t p b ng s liên k t các ph n t cơ b n này. 1.3.2. PHÂN LO I H TH NG R I R C Các h th ng r i r c ñư c phân lo i d a vào các thu c tính c a nó, c th là các thu c tính c a toán t bi u di n h th ng (T). 1/. H th ng không nh (Memoryless systems):
  • 14. H th ng không nh còn ñư c g i là h th ng tĩnh (Static systems) là m t h th ng mà ñáp ng y(n) m i th i ñi m n ch ph thu c vào giá tr c a tác ñ ng x(n) cùng th i ñi m n ñó. M t h th ng không th a mãn ñ nh nghĩa trên ñư c g i là h th ng có nh hay h th ng ñ ng (Dynamic systems). Ví d 1.4: - H th ng ñư c mô t b i quan h vào ra như sau: y(n) = [x(n)]2 , v i m i giá tr c a n, là m t h th ng không nh . - H th ng làm tr trong ví d 1.1, nói chung là m t h th ng có nh khi nd>0. - H th ng trung bình ñ ng trong ví d 1.2 là h th ng có nh , tr khi M1=M2=0. 2/. H th ng tuy n tính (Linear systems) M t h th ng ñư c g i là tuy n tính n u nó th a mãn nguyên lý ch ng ch t (Principle of superposition). G i y1(n) và y2(n) l n lư t là ñáp ng c a h th ng tương ng v i các tác ñ ng x1(n) và x2(n), h th ng là tuy n tính n u và ch n u: v i a, b là 2 h ng s b t kỳ và v i m i n. Ta th y, ñ i v i m t h th ng tuy n tính, thì ñáp ng c a m t t ng các tác ñ ng b ng t ng ñáp ng c a h ng v i t ng tác ñ ng riêng l . M t h th ng không th a mãn ñ nh nghĩa trên ñư c g i là h th ng phi tuy n (Nonliear systems). Ví d 1.5: Ta có th ch ng minh ñư c h th ng tích lũy (accumulator) ñư c ñ nh nghĩa b i quan h : là m t h th ng tuy n tính. H th ng này ñư c g i là h th ng tích lũy vì m u th n c a ñáp ng b ng t ng tích lũy t t cã các giá tr c a tín hi u vào trư c ñó ñ n th i ñi m th n. = a.y1(n) + b.y2(n) v i a và b là các h ng s b t kỳ.
  • 15. V y h th ng này là m t h th ng tuy n tính. 3/. H th ng b t bi n theo th i gian (Time-Invariant systems) M t h th ng là b t bi n theo th i gian n u và ch n u tín hi u vào b d ch nd m u thì ñáp ng cũng d ch nd m u, ta có: N u y(n) =T{x(n)} và x1(n) = x(n-nd) thì y1(n) = T{x1(n)} = {x(n-nd)} = y(n - nd) (1.21) Ta có th ki m ch ng r ng các h th ng trong các ví d trư c ñ u là h th ng b t bi n theo th i gian. Ví d 1.6: H th ng nén (compressor) ñư c ñ nh nghĩa b i quan h : y(n) = x(M.n) (1.22) v i -∞ < n < ∞ và M là m t s nguyên dương. H th ng này ñư c g i là h th ng nén b i vì nó lo i b (M-1) m u trong M m u (nó sinh ra m t dãy m i b ng cách l y m t m u trong M m u). Ta s ch ng minh r ng h th ng này không ph i là m t h th ng b t bi n. Ch ng minh: G i y1(n) là ñáp ng c a tác ñ ng x1(n), v i x1(n) = x(n – nd), thì: y1(n) = x1(Mn) = x(Mn – nd) Nhưng: y(n-nd) = x[M(n-nd)] ( y1(n) Ta th y x1(n) b ng x(n) ñư c d ch nd m u, nhưng y1(n) không b ng v i y(n) trong cùng phép d ch ñó. V y h th ng này không là h th ng b t bi n, tr khi M = 1. 4/. H th ng nhân qu (Causal systems) M t h th ng là nhân qu n u v i m i giá tr n0 c a n, ñáp ng t i th i ñi m n=n0 ch ph thu c vào các giá tr c a kích thích các th i ñi m n ≤ n0. Ta th y, ñáp ng c a h ch ph thu c vào tác ñ ng quá kh và hi n t i mà không ph thu c vào tác ñ ng tương lai. Ta có; y(n) = T{x(n)} = F{x(n),x(n-1),x(n-2),. . .} (1.23) v i F là m t hàm nào ñó. H th ng trong ví d 1.1 là nhân qu khi nd ≥ 0 và không nhân qu khi nd < 0. Ví d 1.7: H th ng sai phân t i (Forward difference systems) ñư c ñ nh nghĩa b i quan h : y(n) = x(n+1) - x(n) (1.23) Rõ ràng y(n) ph thu c vào x(n+1), vì v y h th ng này không có tính nhân qu . Ngư c l i, h th ng sai phân lùi (Backward difference systems) ñư c ñ nh nghĩa b i quan h : y(n) = x(n) – x(n-1) (1.24)
  • 16. là m t h th ng nhân qu . 5/. H th ng n ñ nh (Stable systems) M t h th ng n ñ nh còn ñư c g i là h th ng BIBO (Bounded-Input Bounded- Output) n u và ch n u v i m i tín hi u vào b gi i h n s cung c p dãy ra gi i h n. M t dãy vào x(n) b gi i h n n u t n t i m t s dương h u h n Bx sao cho: |x(n)| ≤ Bx < +∞ , v i m i n (1.25) M t h th ng n ñ nh ñòi h i r ng, ng v i m i dãy vào h u h n, t n t i m t s dương By h u h n sao cho: |y(n)| ≤ By < +∞ , v i m i n (1.26) Các h th ng trong các ví d 1.1; 1.2; 1.3 và 1.6 là các h th ng n ñ nh. H th ng tích lũy trong ví d 1.5 là h th ng không n ñ nh. Ghi chú: Các thu c tính ñ phân lo i h th ng trên là các thu c tính c a h th ng ch không ph i là các thu c tính c a tín hi u vào. Các thu c tính này ph i th a mãn v i m i tín hi u vào. 1.4. H TH NG B C BI N THEO TH I GIAN (LTI: Linear Time-Invariant System) 1.4.1. KHÁI NI M 1.4.2. T NG CH P (CONVOLUTION SUM) 1.4.2.1. ð nh nghĩa: 1.4.2.2. Phương pháp tính t ng ch p b ng ñ th 1.4.2.3. Các tính ch t c a t ng ch p 1.4.3. CÁC H TH NG LTI ð C BI T 1.4.3.1. H th ng LTI n ñ nh: 1.4.3.2. H th ng LTI nhân qu 1.4.3.3. H th ng FIR (Finite-duration Impulse Response) và h th ng IIR 1.4.3.4. H th ng ñ o (Inverse systems) 1.4.1. KHÁI NI M H th ng tuy n tính b t bi n theo th i gian là h th ng th a mãn ñ ng th i hai tính ch t tuy n tính và b t bi n. G i T là m t h th ng LTI, s d ng cách bi u di n pt(1.13) và pt(1.14), ta có th vi t:
  • 17. v i k là s nguyên. Áïp d ng tính ch t tuy n tính, pt(1.27) có th ñư c vi t l i: ðáp ng xung c a h th ng là: h(n) = T{((n)}, vì h th ng có tính b t bi n, nên: h(n - k) = T{δ(n - k)} (1.29) Thay pt(1.29) vào pt(1.28) ta có: T pt(1.30), ta th y m t h th ng LTI hoàn toàn có th ñư c ñ c t b i ñáp ng xung c a nó và ta có th dùng pt(1.30) ñ tính ñáp ng c a h th ng ng v i m t kích thích b t kỳ. H th ng LTI r t thu n l i trong cách bi u di n cũng như tính toán, ñây là m t h th ng có nhi u ng d ng quan tr ng trong x lý tín hi u. 1.4.2. T NG CH P (CONVOLUTION SUM) 1.4.2.1. ð nh nghĩa: T ng ch p c a hai dãy x1(n) và x2(n) b t kỳ, ký hi u: * , ñư c ñ nh nghĩa b i bi u th c sau: Pt(1.30) ñư c vi t l i: y(n) = x(n)*h(n) (1.32) v y, ñáp ng c a m t h th ng b ng t ng ch p tín hi u vào v i ñáp ng xung c a nó. 1.4.2.2. Phương pháp tính t ng ch p b ng ñ th T ng ch p c a hai dãy b t kỳ có th ñư c tính m t cách nh../Anh chóng v i s tr giúp c a các chương trình trên máy vi tính. ñây, phương pháp tính t ng ch p b ng ñ th ñư c trình bày v i m c ñích minh h a. Trư c tiên, ñ d dàng tìm dãy x2(n-k), ta có th vi t l i: x2 (n-k) = x2 [-(k - n)] (1.33) T pt(1.33), ta th y, n u n>0, ñ có x2(n-k) ta d ch x2(-k) sang ph i n m u, ngư c l i, n u n<0 ta d ch x2(-k) sang trái |n| m u. T nh n xét này, Ta có th ñ ra m t qui trình tính t ng ch p c a hai dãy , v i t ng giá tr c a n, b ng ñ th như sau: Bư c 1: Ch n giá tr c a n. Bư c 2: L y ñ i x ng x2(k) qua g c t a ñ ta ñư c x2(-k). Bư c 3: D ch x2(-k) sang trái |n| m u n u n<0 và sang ph i n m u n u n>0, ta ñư c dãy x2(n-k). Bư c 4:Th c hi n các phép nhân x1(k).x2(n-k), v i -∞ < k < ∞
  • 18. Bư c 5: Tính y(n) b ng cách c ng t t c các k t qu ñư c tính bư c 4. Ch n giá tr m i c a n và l p l i t bư c 3. Ví d 1.8: Cho m t h th ng LTI có ñáp ng xung là : tín hi u vào là: x(n) = an u(n). Tính ñáp ng y(n) c a h th ng, v i N> 0 và |a| <1. Gi i: @ V i n < 0: Hình 1.5(a). trình bày hai dãy x(k) và h(n-k) torng trư ng h p n < 0 (v i N = 4 và n = -3). Ta th y trong trư ng h p này, các thành ph n khác 0 c a x(k) và h(n-k) không trùng nhau, vì v y: y(n) = 0, v i m i n < 0. (1.35) @ V i 0 ≤ n < N-1: Hình 1.5(b). trình bày hai dãy x(k) và h(n-k), trong trư ng này, ta th y: x(k).h(n-k) = ak nên: Ta th y, y(n) chính là t ng (n+1) s h ng c a m t chu i hình h c có công b i là a, áp d ng công th c tính t ng h u h n c a chu i hình h c, ñó là:
  • 19. Hình 1.5 : Các dãy xu t hi n trong quá trình t ng ch p. (a);(b);(c)Các dãy x(k) và h(n-k) như là m t hàm c a k v i các giá tr khác nhau c u n (ch các m u khác 0 m i ñư c trình bày ); (d) T ng ch p y(n) = x(n) * h(n). @ V i (N-1) < n: Hình 1.5(b). trình bày hai dãy x(k) và h(n-k), tương t như trên ta có: x(k).h(n-k) = ak
  • 20. Ví d này tính t ng ch p trong trư ng h p ñơn gi n. Các trư ng h p ph c t p hơn, t ng ch p cũng có th tính b ng phương pháp ñ th , nhưng v i ñi u ki n là 2 dãy ph i có m t s h u h n các m u khác 0. 1.4.2.3. Các tính ch t c a t ng ch p Vì t t c các h th ng LTI ñ u có th bi u di n b ng t ng ch p, nên các tính ch t c a t ng ch p cũng chính là các tính ch t c a h th ng LTI. a) Tính giao hoán (Commutative): cho 2 dãy x(n) và h(n) b t kỳ, ta có: y(n) = x(n)*h(n) = h(n)*x(n) (1.41) Ch ng minh: Thay bi n m=n-k vào pt (1.33), ta ñư c: b) Tính ph i h p (Associative): Cho 3 dãy x(n), h1 (n) và h2(n), ta có: y(n) = [x(n)*h1(n)]*h2 (n) = x(n)*[h1(n)*h2(n)] (1.44) Tính ch t này có th ch ng minh m t cách d dàng b ng cách d a vào bi u th c ñ nh nghĩa c a t ng ch p. H qu 1: Xét hai h th ng LTI có ñáp ng xung l n lư c là h1(n) và h2(n) m c liên ti p (cascade), nghĩa là ñáp ng c a h th ng th 1 tr thành kích thích c a h th ng th 2 (hình 1.6(a)). Áp d ng tính ch t ph i h p ta ñư c: y(n) = x(n)*h(n) = [x(n)*h1(n)]*h2(n) = x(n)*[h1(n)*h2(n)] hay h(n) = h1(n)*h2(n) = h2(n)*h1(n) ( tính giao hoán) (1.45) T pt(1.45) ta có ñư c các h th ng tương ñương như các hình 1.6(b) và 1.6(c).
  • 21. c) Tính ch t phân b v i phép c ng (Distributes over addition): tính ch t này ñư c bi u di n b i bi u th c sau: y(n) = x(n)*[h1(n) + h2(n)] = x(n)*h1(n) + x(n)*h2(n) (1.46) và cũng này có th ch ng minh m t cách d dàng b ng cách d a vào bi u th c ñ nh nghĩa c a t ng ch p. H qu 2: xét hai h th ng LTI có ñáp ng xung l n lư t là h1(n) và h2(n) m c song song (parallel), (hình 1.7(a)). áp d ng tính ch t phân b ta ñư c ñáp ng xung c a h th ng tương ñương là: h(n) = h1(n) + h2(n) (1.47) sơ ñ kh i c a m ch tương ñương ñư c trình bày trong hình 1.7(b). 1.4.3. CÁC H TH NG LTI ð C BI T 1.4.3.1. H th ng LTI n ñ nh: ð nh lý: M t h th ng LTI có tính n ñ nh n u và ch n u v i h(n) là ñáp ng xung c a h th ng. Ch ng minh: @ ði u ki n ñ : xét m t tín hi u vào h u h n, nghĩa là: V y |y(n)| h u h n khi ñi u ki n pt(1.48) th a mãn, hay pt(1.48) là ñi u ki n ñ ñ h th ng n ñ nh.
  • 22. @ ði u ki n c n: ð ch ng minh ñi u ki n c n ta dùng phương pháp ph n ch ng. Trư c tiên ta gi s r ng h th ng có tính n ñ nh, n u ta tìm ñư c m t tín hi u vào nào ñó th a mãn ñi u ki n h u h n và n u t ng s phân kỳ (s →∞) thì h th ng s không n ñ nh, mâu thu n v i gi thi t. Th t v y, ta xét m t dãy vào ñư c nghĩa như sau: ñây, h*(n) là liên h p ph c c a h(n), rõ ràng |x(n)| b gi i h n b i 1, tuy nhiên, n u s →∞, ta xét ñáp ng t i n = 0: Ta th y, k t qu này mâu thu n v i gi thuy t ban ñ u (h th ng n ñ nh). V y, s ph i h u h n. 1.4.3.2. H th ng LTI nhân qu ð nh lý: M t h th ng LTI có tính nhân qu n u và ch n u ñáp ng xung h(n) c a nó th a mãn ñi u ki n: h(n) = 0 , v i m i n < 0 (1.49) Ch ng minh: T pt(1.50), ta th y gi i h n trên c a t ng là n, nghĩa là y(n) ch ph thu c vào x(k) v i k ( n, nên h th ng có tình hân qu . @ ði u ki n c n: Ta s ch ng minh b ng phương pháp ph n ch ng. Gi s r ng, h(m) ≠ 0 v i m < 0. T pt(1.42): , ta th y y(n) ph thu c vào x(n-m) v i m < 0 hay n-m > n, suy ra h th ng không có tính nhân qu . Vì v y, ñi u ki n c n và ñ ñ h th ng có tính nhân qu ph i là: h(n)=0 khi n < 0. Ví d 1.9: H th ng tích lu ñư c ñ nh nghĩa b i
  • 23. T pt(1.51) ta th y h(n) c a h h th ng này không th a ñi u ki n pt(1.48) nên không n ñ nh và h(n) th a ñi u ki n pt(1.49) nên nó là m t h th ng nhân qu . 1.4.3.3. H th ng FIR (Finite-duration Impulse Response) và h th ng IIR (Infinite-duration Impulse Response) H th ng FIR (H th ng v i ñáp ng xung có chi u dài h u h n) là m t h th ng mà ñáp ng xung c a nó t n t i m t s h u h n các m u khác 0. Ta th y, h th ng FIR luôn luôn n ñ nh n u t t c các m u trong ñáp ng xung c a nó có ñ l n h u h n. Ngư c l i, m t h th ng mà ñáp ng xung c a nó có vô h n s m u khác 0 ñư c g i là h th ng IIR (H th ng v i ñáp ng xung có chi u dài vô h n). M t h th ng IIR có th là h th ng n ñ nh ho c không n ñ nh. Ví d 1.10: Xét m t h th ng có ñáp ng xung là h(n) = an u(n), ta có: N u |a| < 1, thì S h i t và S = 1/(1-|a|) vì v y h th ng có tính n ñ nh. N u |a| ≥ 1, thì S → ∞ và h th ng không n ñ nh. 1.4.3.4. H th ng ñ o (Inverse systems) ð nh nghĩa: M t h th ng LTI có ñáp ng xung là h(n), h th ng ñ o c a nó , n u t n t i, có ñáp ng xung là hi(n) ñư c ñ nh nghĩa b i quan h : h(n)*hi(n) = hi(n)*h(n) = δ(n) (1.53) Ví d 1.11: Xét m t h th ng g m hai h th ng con m c n i ti p như hình 1.8: ðáp ng xung c a h th ng tương ñương là: h(n) = u(n)*[δ(n) - δ(n - 1)] = u(n) - u(n - 1) = δ(n) (1.54) K t qu ñáp ng xung c a h th ng tương ñương là xung ñơn v , nghĩa là ñáp ng c a h th ng luôn b ng v i tác ñ ng, vì x(n)*δ(n) = x(n), nên h th ng vi phân lùi là h th ng ñ o c a h th ng tích lũy và ngư c l i, do tính giao hoán c a t ng ch p, h th ng tích lũy là h th ng ñ o c a h th ng vi phân lùi. Hai h th ng ñ o c a nhau m c n i ti p, có ñáp ng xung tương ñương là δ(n), nên ñư c g i là h th ng ñ ng d ng (Identity systems).
  • 24. 1.5.PHƯƠNG TRÌNH SAI PHÂN TUY N TÍNH H S H NG (LCCDE: Linear Constant-Coefficient Difference Equations) 1.5.1. Khái ni m: 1.5.2. NGHI M C A LCCDE 1.5.2.1 Tìm nghi m c a phương trình sai phân thu n nh t 1.5.2.2. Nghi m riêng c a phương trình sai phân 1.5.2.3. Nghi m t ng quát c a phương trình sai phân: 1.5.3. H TH NG R I R C ð QUI (RECURSIVE) 1.5.3.1. H th ng r i r c ñ qui : 1.5.3.2. H th ng r i r c không ñ qui: 5.1. Khái ni m: M t h th ng LTI mà quan h gi a tác ñ ng x(n) và ñáp ng y(n) c a nó th a mãn phương trình sai phân truy n tính h s h ng b c N dư i d ng: ñư c g i là h th ng có phương trình sai phân truy n tính h s h ng (LCCDE). Trong ñó, các h s ak và br là các thông s ñ c trưng cho h th ng. H th ng LTI có LCCDE là m t l p con quan tr ng c a h th ng LTI trong x lý tín hi u s . Ta có th so sánh nó v i m ch R_L_C trong lý thuy t m ch tương t (ñư c ñ c trưng b ng phân trình vi tích phân tuy n tính h s h ng). Ví d 1.12: Xét h th ng tích lũy, như ta bi t, ñây là m t h th ng LTI, vì v y có th bi u di n b i m t LCCDE. Th y v y, ta xem l i hình 1.8, trong ñó y(n) là ñáp ng c a h th ng tích lũy ng v i tín hi u vào x(n), và y(n) ñóng vai trò tín hi u vào c a h th ng vi phân lùi. Vì h th ng vi phân lùi là h th ng ñ o c a h th ng tích lũy nên: y(n) - y(n-1) = x(n) (1.56) Pt(1.56) chính là LCCDE c a m t h th ng tích lũy, v i N=1, a0 =1, a1=-1, M=0 và b0 =1. Ta vi t l i: y(n) = y(n-1) + x(n) (1.57) T pt(1.57), ta th y, v i m i giá tr c a n, ph i c ng thêm vào x(n) m t t ng ñư c tích lũy trư c ñó y(n-1). H th ng tích lũy ñư c bi u di n b ng sơ ñ kh i hình 1.9 và pt(1.57) là m t cách bi u di n ñ qui c a h th ng. 1.5.2. NGHI M C A LCCDE
  • 25. Phương trình sai phân tuy n tính h s h ng là m t d ng quan h vào ra mô t h th ng LTI. Trong ph n này, ta s tìm bi u th c tư ng minh c a ñáp ng y(n) b ng phương pháp tr c ti p. Còn m t phương pháp khác ñ tìm nghi m c a phương trình này là d a trên bi n ñ i z s ñư c trình bày trong chương sau, ta g i là phương pháp gián ti p. Tương t như phương trình vi tích phân tuy n tính h s h ng c a h th ng liên t c theo th i gian. Trư c tiên, ta tìm nghi m c a phương trình sai phân thu n nh t (homogeneous diference equation), ñó là pt (1.55) v i v ph i b ng 0. ðây chính là ñáp ng c a h th ng v i tín hi u vào x(n) = 0. Sau ñó, ta tìm m t nghi m riêng (particular solution) c a pt(1.55) v i x(n)(0. Cu i cùng, nghi m t ng quát (total solution) c a LCCDE (1.55) là t ng nghi m c a phương trình sai phân thu n nh t v i nghi m riêng c a nó. Th t c tìm nghi m như sau: 1.5.2.1 Tìm nghi m c a phương trình sai phân thu n nh t (ðáp ng c a h th ng khi tính hi u vào b ng 0) Phương trình sai phân thu n nh t có d ng: (B ng cách chia 2 v cho a0 ñ có d ng (1.58) v i a0 = 1) Ta ñã bi t r ng, nghi m c a phương trình vi phân thư ng có d ng hàm mũ, vì v y, ta gi s nghi m c a phương trình sai phân thu n nh t có d ng: yh(n) = λn (1.59) Ch s h ñư c dùng ñ ch r ng ñó là nghi m c a phương trình thu n nh t. Thay vào pt(1.58) ta thu ñư c m t phương trình ña th c: hay: λn –N (λN + a1λN-1 + a2λN-2 + … + aN-1λ + aN) = 0 (1.60) ða th c trong d u ngo c ñơn ñư c g i là ña th c ñ c tính (characteristic polynomial) c a h th ng. Nói chung, ña th c này có N nghi m, ký hi u là λ1, λ2,…,λN, có giá tr th c ho c ph c. N u các h s a1, a2,…, aN có giá tr th c, thư ng g p trong th c t , các nghi m ph c n u có s là các c p liên h p ph c. Trong N nghi m cũng có th có m t s nghi m kép (mutiple-order roots). Gi s r ng, t t c các nghi m là phân bi t, không có nghi m kép, thì nghi m t ng quát c a phương trình sai phân thu n nh t là : yh(n) = C1λn1 + C2λn2 + …+ CNλnN (1.61) ñây, C1 , C2 ,…,CN là các h ng s tuỳ ñ nh. Các h ng s này ñư c xác ñ nh d a vào các ñi u ki n ñ u c a h th ng.
  • 26. Ví d 1.13: Xác ñ nh ñáp ng v i tín hi u vào x(n) = 0 c a m t h th ng ñư c mô t b i LCCDE b c 2 như sau: y(n) - 3y(n-1) - 4y(n-2) = 0 (1.62) Gi i: Ta bi t nghi m c a pt(1.62) có d ng: yh(n) = (n, thay vào pt(1.62), ta thu ñư c: λn - 3λn-1 - 4λn-2 = 0 hay λn -2 (λ2 - 3λ - 4) = 0 và phương trình ñ c tính là: (λ2 - 3λ - 4) = 0 Ta có 2 nghi m λ1 = -1 và λ2 = 4, nghi m c a phương trình thu n nh t có d ng t ng quát là: yh(n) = C1λn1 + C2λn2 = C1(-1)n + C2(4)n (1.63) ðáp c a h th ng v i tín hi u vào b ng 0 có th thu ñư c b ng cách tính giá tr các h ng s C1 và C2 d a vào các ñi u ki n ñ u. Các ñi u ki n ñ u ñư c cho thư ng là giá tr c a ñáp ng các th i ñi m n=-1; n = -2;...; n = -N. ñây, ta có N=2, và các ñi u ki n ñ u ñư c cho là y(- 1) và y(-2). T pt(1.62) ta thu ñư c: y(0) = 3y(-1) + 4y(-2) y(1) = 3y(0) - 4y(-1) = 13y(-1) + 12y(-2) M t khác, t pt(1.63) ta có: y(0) = C1 + C2 y(1) = -C1 + 4C2 Suy ra: C1 + C2 = 3y(-1) + 4y(-2) -C1 + 4C2 = 13y(-1) + 12y(-2) Gi i h 2 phương trình trên ta ñư c: C1 = (-1/5)y(-1) + (4/5)y(-2) C2 = (16/5)y(-1) + (16/5)y(-2) V y ñáp ng c a h th ng khi tín hi u vào b ng 0 là: yh(n) = [(-1/5)y(-1) + (4/5)y(-2)](-1)n + [(16/5)y(-1) + (16/5)y(-2)](4)n (1.64) Gi s , y(-2)=0 và y(-1)=5, thì C1=-1 và C2 =16. Ta ñư c: yh(n) = (-1)n+1 + (4)n+2 , v i n ≥ 0 Chú ý r ng, trong trư ng h p phương trình ñ c tính có nghi m kép, pt(1.61) ph i ñư c s a l i, ch ng h n, n u (1 là nghi m kép b c m, thì pt(1.61) tr thành: yh(n) = C1λn1 + C2nλn1 + C3n2λn1+ …+ Cmnm-1λn1 +…+ Cm+1λnm+1 +…+ CNλnN (1.65)
  • 27. 1.5.2.2. Nghi m riêng c a phương trình sai phân Tương t như cách tìm nghi m c a phương trình thu n nh t, ñ tìm nghi m riêng c a phương trình sai phân khi tín hi u vào x(n)≠0, ta ñoán r ng nghi m c a phương trình có m t d ng nào ñó, và th vào LCCDE ñã cho ñ tìm m t nghi m riêng, ký hi u yp(n). Ta th y cách làm này có v mò m m!. N u tín hi u vào x(n) ñư c cho b t ñ u t th i ñi m n ≥ 0 (nghĩa là x(n)=0 khi n<0), thì d ng c a nghi m riêng thư ng ñư c ch n là: yp (n) = Kx(n) (1.66) v i K là m t h ng s mà ta s tính. Ví d 1.14: Tìm ñáp y(n), v i n ≥ 0, c a h th ng ñư c mô t b i LCCDE b c hai như sau: y(n) - 3y(n-1) - 4y(n-2) = x(n) + 2x(n-1) (1.67) tín hi u vào là: x(n) = 4nu(n). Hãy xác ñ nh nghi m riêng c a pt(1.67). Gi i: Trong ví d 1.13, ta ñã xác ñ nh nghi m c a phương trình sai phân thu n nh t cho h th ng này, ñó là pt(1.63), ta vi t l i: yh (n) = C1(-1)n + C2(4)n (1.68) Nghi m riêng c a pt(1.63) ñư c gi thi t có d ng hàm mũ: yp(n) = K(4)nu(n) . Tuy nhiên chúng ta th y d ng nghi m này ñã ñư c ch a trong nghi m thu n nh t (1.68). Vì v y, nghi m riêng này là th a (th vào pt(1.67) ta không xác ñ nh ñư c K). Ta ch n m t d ng nghi m riêng khác ñ c l p tuy n tính v i các s h ng ch a trong nghi m thu n nh t. Trong trư ng h p này, ta x lý gi ng như trư ng h p có nghi m kép trong phương trình ñ c tính. Nghĩa là ta ph i gi thi t nghi m riêng có d ng: yp(n) = Kn(4)nu(n). Th vào pt(1.67): Kn(4)nu(n) - 3K(n-1)(4)n-1u(n-1) - 4 K(n-2)(4)n-2u(n-2) = (4)nu(n) + 2(4)n-1u(n- 1)ð xác ñ nh K, ta ư c lư ng phương trình này v i m i n ≥ 2, nghĩa là v i nh ng giá tr c a n sao cho hàm nhãy b c ñơn v trong phương trình trên không b tri t tiêu. ð ñơn gi n v m t toán h c, ta ch n n = 2 và tính ñư c K = 6/5. V y: yp(n) = (6/5)n(4)nu(n) (1.69) 1.5.2.3. Nghi m t ng quát c a phương trình sai phân: Tính ch t tuy n tính c a LCCDE cho phép ta c ng nghi m thu n nh t và nghi m riêng ñ thu ñư c nghi m t ng quát. Ta có nghi m t ng quát là: y(n) = yh (n) + yp (n) (1.70) Vì nghi m thu n nh t yh (n) ch a m t t p các h ng s b t ñ nh {Ci}, nên nghi m t ng quát cũng ch a các h ng s b t ñ nh này, ñ xác ñ nh các h ng s này, ta ph i có m t t p các ñi u ki n ñ u tương ng c a h th ng.
  • 28. Ví d 1.15: Tìm ñáp ng y(n), v i n ( 0, c a h th ng ñư c mô t b i LCCDE b c hai trong ví d 1.14 v i ñi u ki n ñ u là y(-1) = y(-2) = 0. Gi i: Trong ví d 1.13 ta ñã tìm ñư c nghi m thu n nh t, trong ví d 1.14 ta ñã tìm ñư c nghi m riêng. V y nghi m t ng quát c a pt(1.67) là: y(n) = yh(n) + yP(n) = C1(-1)n + C2(4)n + (6/5)n(4)n, v i n≥0 (1.71) v i các ñi u ki n ñ u là các giá tr y(-1) = y(-2) = 0, tương t như trong ví d 1.13, ta tính y(0) và y(1) t các pt(1.67) và (1.71) và thành l p ñư c h phân trình: C1 + C2 = 1 -C1 + 4C2 + 24/5 = 9 suy ra: C1 = -1/25 và C2 = 26/25. Cu i cùng ta thu ñư c ñáp ng y(n) c a h th ng v i các ñi u ki n ñ u b ng 0, v i tín hi u vào là x(n) = (4)nu(n) có d ng: 1.5.3. H TH NG R I R C ð QUI (RECURSIVE) VÀ KHÔNG ð QUI (NONRECURSIVE) 1.5.3.1. H th ng r i r c ñ qui : M t h th ng r i r c ñ qui là h th ng mà ñáp ng y(n) m i th i ñi m n ph thu c vào m t s b t kỳ các giá tr y(n-1); y(n-2);... các th i ñi m trư c ñó. Ta th y, m t h th ng ñ qui có th ñư c mô t b ng m t LCCDE có b c N≥1. ð tìm nghi m c a LCCDE, ngoài phương pháp tr c ti p ñã trình bày ph n trên và phương pháp gián ti p dùng bi n ñ i z s trình bày trong chương sau, ta còn có th xác ñ nh y(n) b ng phương pháp ñ qui, nghĩa là tính ñáp ng y(n) c a h th ng không ch d a vào tín hi u vào mà còn d a vào các giá tr c a ñáp ng các th i ñi m ñã tính ñư c trư c ñó. Gi s các ñi u ki n ñ u ñã cho là y(-1), y(-2),..., y(-N), ta s dùng phương pháp ñ qui ñ tính y(n) v i n ≥ 0 và v i n < -N. @ Tính y(n) v i n ≥ 0:
  • 29. Ta th y pt(1.73) bi u di n y(n) theo tín hi u vào và các giá tr c a ñáp ng các th i ñi m trư c ñó. Các m u y(n) ñư c tính v i n tăng d n, th t c này ñư c g i là phép ñ qui ti n. Ví d 1.16: Xét m t h th ng ñư c mô t b i LCCDE có d ng: y(n) - ay(n-1) = x(n) (1.74) và tín hi u vào là x(n) = K((n), v i a và K là các h ng s . ði u ki n ñ u là y(-1) = c, c cũng là m t h ng s . Ta tính y(n) v i n ≥ 0, b t ñ u v i n = 0: y(0) = a.c + K y(1) = a.y(0) + 0 = a.(a.c + K) = a2c + a.K y(2) = a.(a2c + a.K) = a3c + a2 K y(3) = a.( a3c + a2 K) = a4c + a3 K : : : : T các k t qu trên ta có th t ng quát hóa thành công th c tính y(n) y(n) = an+1c + an K, v i n ≥ 0 (1.75) @ Tính y(n) v i n < 0 Trong trư ng h p này Pt(1.55) ñư c vi t l i: Các giá tr c a ñáp ng y(n) v i -N ≤ n≤ -1 ñã ñư c cho b i các ñi u ki n ñ u, và ta tính ñư c l n lư t các giá tr y(-N -1), y(-N -2), y(-N - 3),... b ng cách thay l n lư t các giá tr n = -1, -2, -3,... vào pt(1.76). Các m u y(n) ñư c tính v i n gi m d n, th t c này ñư c g i là phép ñ qui lùi. Ví du 1.17: Xét m t h th ng ñư c mô t b i LCCDE (1.74) v i cùng ñi u ki n ñ u trong ví d 1.16 . ð xác ñ nh giá tr c a ñáp ng v i n < 0, ta vi t l i phương trình (1.74) như sau: y(n-1) = a-1 [y(n) - x(n)] (1.77) áp d ng ñi u ki n ñ u y(-1) = c, ta có th tính y(n) v i n <-1 m t cách l n lư t như sau : y(-2) = a-1[y(-1) - x(-1)] = a-1 c
  • 30. y(-3) = a-1 a-1 c = a-2 c y(-4) = a-1 a-2 c = a-3 c : : : : T các k t qu trên ta t ng quát hóa thành công th c tính y(n) v i n < 0 như sau: y(n) = an+1 c , v i n < 0 (1.78) T k t qu c a 2 ví d 1.16 và 1.17, ta t ng k t thành công th c tính ñáp ng y(n) v i m i n c a h th ng ñư c mô t b i phương trình sai phân (1.74), tín hi u vào là x(n) = Kδ(n), v i a và K là các h ng s , và ñi u ki n ñ u là y(-1) = c, như sau: y(n) = an+1 c + an Ku(n), v i m i n (1.79) Nh n xét: (1) Ta ñã th c hi n th t c ñ qui ñ tính ñáp ng theo chi u dương và chi u âm c a tr c th i gian, b t ñ u v i n = -1. Rõ ràng ñây là m t th t c không nhân qu . (2) Khi K=0, tín hi u vào luôn có giá tr b ng 0, nhưng ñáp ng có giá tr là y(n)=an+1 c. Nhưng m t h th ng tuy n tính ñòi h i r ng, n u giá tr c a tín hi u vào b ng 0, thì giá tr c a ñáp ng cũng b ng 0 (tính ch t này ñư c ch ng minh như m t bài t p). Vì vây, h th ng này không tuy n tính. (3) N u ta d ch tín hi u vào n0 m u, tín hi u vào lúc này là x1(n) = Kδ(n-n0), ta tính l i ñáp ng theo th t c như trên, k t qu là: Ta th y y1(n) ≠y(n-n0), v y h th ng không b t bi n theo th i gian. Theo phân tích trên, h th ng không ph i là h th ng LTI mà chúng ta mong ñ i, ngoài ra nó cũng không có tính nhân qu . S dĩ như v y là vì trong các ñi u ki n ñ u ñã cho không bao hàm các tính ch t này. Trong chương 2, ta s trình bày cách tìm nghi m c a LCCDE b ng cách dùng bi n ñ i z, ta s ng m k t h p các ñi u ki n cho tính ch t tuy n tính và b t bi n, và chúng ta s th y, ngay c khi các ñi u ki n b o ñ m tính ch t tuy n tính và b t bi n ñư c ñưa vào, nghi m c a phương trình sai phân cũng s không duy nh t. ð c bi t, c hai h th ng LTI nhân qu và không nhân qu có th cùng ñư c mô t b i m t phương trình sai phân. N u m t h th ng ñư c mô t b i m t LCCDE và th a mãn ñi u ki n ñ u ñ h th ng có các tính ch t tuy n tính, b t bi n và nhân qu thì nghi m s ñư c xác ñ nh duy nh t. ði u ki n này thư ng ñư c g i là ñi u ki n ngh (initial-rest conditions) và n i dung c a nó như sau: " N u tín hi u vào x(n) = 0 khi n ≤ 0 thì ñáp ng ph i b ng 0 v i n ≤ 0".
  • 31. Ta xét l i ví d 1.14 và 1.15, nhưng v i ñi u ki n ngh , nghĩa là y(n) = 0 v i n < 0, tương ng v i x(n) = Kδ(n) = 0 khi n < 0. Ta s th y h th ng là m t h th ng LTI nhân qu . 1.5.3.2. H th ng r i r c không ñ qui: M t h th ng mà ñáp ng y(n) ch ph thu c vào kích thích th i ñi m hi n hành và các th i quá kh là m t h th ng không ñ qui. Ta th y m t h th ng không ñ qui ñư c bi u di n b i m t LCCDE có b c N = 0, ñó là: (H s a0 ñã ñư c ñưa vào các h s br , b ng cách chia 2 v cho a0 ). ðáp ng xung c a h th ng là: Ta th y ñây là m t h th ng LTI có ñáp ng xung dài h u h n (FIR) và nhân qu . 1.6 Tương quan c a các tín hi u r i r c 1.6.1. TƯƠNG QUAN CHÉO (CROSSCORRELATION) 1.6.2. T TƯƠNG QUAN (AUTOCORRELATION) 1.6.3. M t s tính ch t c a tương quan chéo và t tương quan: Tương quan c a hai tín hi u là m t thu t toán ño lư ng m c ñ gi ng nhau gi a hai tín hi u ñó. Nó ñư c ng d ng trong nhi u lĩnh v c khoa h c k thu t như: radar, sonar, thông tin s ,. . . Ví d như trong lĩnh v c radar, radar phát ra rín hi u ñ tìm m c tiêu là x(n), tín hi u này sau khi ñ p vào m c tiêu (như máy bay ch ng h n) s ph n x tr l i . Radar thu l i tín hi u ph n x nhưng b tr m t th i gian là D = n0Ts (Ts là chu kỳ l y m u), tín hi u thu ñư c s b suy gi m v i h s suy gi m là a , t c là radar ñã thu l i ñư c tín hi u ax(n-n0). Ngoài tín hi u ph n x này còn có nhi u c ng γ(n). V y tín hi u mà radar thu ñư c khi có m c tiêu là: y(n) = ax(n-n0) + γ(n) Còn n u không có m c tiêu trong không gian ho c radar không phát hi n ñư c m c tiêu thì radar ch thu ñư c nhi u c ng, khi ñó: y(n) = γ(n)
  • 32. So sánh hai tín hi u x(n) và y(n) ta s phát hi n ñư c có m c tiêu hay không, và xác ñ nh ñư c th i gian tr D = n0Ts, t ñó ta xác ñ nh ñư c kho ng cách t m c tiêu ñ n radar. 1.6.1. TƯƠNG QUAN CHÉO (CROSSCORRELATION) Xét 2 dãy x(n) và y(n), gi s r ng ít nh t m t trong hai dãy có năng lư ng h u h n, khi ñó tương quan chéo c a x(n) và y(n) ñư c ñ nh nghĩa như sau: Ví d 1.18: Hãy xác ñ nh tương quan chéo rxy(n) c a 2 dãy sau: x(n) = { …, 0, 0, 2, -1, 3, 7, 1, 2, -3, 0, 0, …} y(n) = { …, 0, 0, 1, -1, 2, -2, 4, 1, -2, 5, 0, 0, …} Gi i: Theo ñ nh nghĩa ta tính rxy v i t ng giá tr n • • v0(k) = x(k)y(k) = {…, 0, 0, 2, 1, 6, -14, 4, 2, 6, 0, 0,…} Sau ñó l y t ng t t c các m u c a v0(k), ta ñư c: rxy(0) = 7 • V i n > 0, ta d ch y(k) sang ph i n m u, tính tích vn(k) = x(k)y(k-n) và sau ñó c ng t t c các m u c a vn(k), ta thu ñư c: rxy(1) = 13 rxy(2) = -18 rxy(3) = 16 rxy(4) = -7 rxy(5) = 5 rxy(6) = -3 và rxy(n) = 0, v i n ≥ 7 • V i n < 0, ta d ch y(k) sang trái n m u, tính tích vn(k) = x(k)y(k-n) và sau ñó c ng t t c các m u c a vn(k), ta thu ñư c: rxy(-1) = 0 rxy(-2) = 33 rxy(-3) = 14 rxy(-4) = 36 rxy(-5) = 19 rxy(-6) = -9 rxy(-7) = 10 và rxy(n) = 0, v i n≤-8 K t qu tương quan chéo c a hai dãy x(n) và y(n) là: rxy(n) = {…, 0, 0, 10, -9, 19, 36, -14, 33, 0, 7, 13, -18, 16, -7, 5, -3, 0, 0,…} 1.6.2. T TƯƠNG QUAN (AUTOCORRELATION) Trong ñ nh nghĩa tương quan chéo, n u x(n) = y(n) thì ta s có t tương quan. V y t tương quan c a dãy x(n) ñư c ñ nh nghĩa như sau:
  • 33. Ví d 1.19: Tính t tương quan c a dãy x(n) = u(n) – u(n – 4). G i: Cách tính t tương quan b ng ñ th ñư c trình bày trong hình 1.10 Ta th y, t tương quan c a m t dãy luôn luôn có giá tr c c ñ i t i n = 0, b i vì m t dãy bao gi cũng gi ng chính nó. 1.6.3. M t s tính ch t c a tương quan chéo và t tương quan: Xét 2 dãy có năng lư ng h u h n x(n) và y(n), nghĩa là:
  • 34. Ta d dàng ch ng minh ñư c các tính ch t sau ñây (Ph n ch ng minh xem như bài t p): (1) Ex = rxx(0) và Ey = ryy(0) (2) rxy(n) = ryx(-n) (3) rxx(n) = rxx(-n) (rxx là m t hàm ch n) (4) (5) N u y(n) = ±cx(n-n0), c là m t h ng s b t kỳ và n0 là s nguyên, thì Rxy(n) = ±crxx (n-n0) và ryy(0) = c2rxx(0) và –crxx(0) ≤ rxy(n) ≤ crxx(0) 1.7. X LÝ S TÍN HI U TƯƠNG T 1.7.1. CÁC H TH NG X LÝ TÍN HI U: 1.7.2. H TH NG X LÝ S TÍN HI U TƯƠNG T : 1.7.2.2. Bi n ñ i D/A (Digital to Analog Conversion) 1.7.2.3. Hi n tư ng bi t d../Anh (Aliasing) 1.7.2.4. ð nh lý l y m u: 1.7.1. CÁC H TH NG X LÝ TÍN HI U: Chúng ta có th phân lo i các h th ng theo chính tín hi u c n x lý. Theo ñó, ta có các lo i h th ng x lý như các sơ ñ sau ñây: Chú ý r ng, vì tín hi u s là m t trư ng h p riêng c a tín hi u r i r c, nên h th ng r i r c cũng có th x lý tín hi u s .
  • 35. 1.7.2. H TH NG X LÝ S TÍN HI U TƯƠNG T : X lý s tín hi u tương t là x lý tín hi u tương t b ng h th ng s . ð th c hi n vi c này, ta c n ph i bi n ñ i tín hi u tương t thành tín hi u s và sau khi x lý dãy k t qu có th ñư c ph c h i tr thành tín hi u tương t . Ví d như trư ng h p x lý tín hi u tho i. Trong nhi u trư ng h p, m c tiêu c a vi c x lý là trích l y các tham s c a tín hi u hay các thông tin c n thi t t tín hi u. Khi ñó, không c n chuy n ñ i tín hi u tr v d ng tương t . Ví d : X lý tính hi u radar ho c sonar. H th ng x lý s tín hi u tương t ñư c trình bày trong hình 1.12. 1.7.2.1. Bi n ñ i A/D (Analog-to-Digital Conversion) Bi n ñ i A/D là bi n ñ i tín hi u tương t thành tín hi u s . Bi n ñ i A/D có sơ ñ kh i như sau: L y m u và gi a m u (Sampling and hold) L y m u là quá trình bi n ñ i liên t c(tương t ) sang tín hi u r i r c. Có nhi u cách ñ l y m u m t tín hi u liên t c. Trong ñó, thông d ng nh t là cách l y m u tu n hoàn (periodic sampling), còn g i là l y m u ñ u (uniform sampling). ðó là cách l y nh ng m u biên ñ ü tín hi u liên t c t i nh ng th i ñi m r i r c cách ñ u nhau m t kho ng th i gian TS, mà ta g i là chu kỳ l y m u. N u xa(t) là tín hi u tương t ngõ vào b l y m u thì tín hi u r i r c ngã ra c a b l y m u là xa(nTS) (G i t t là tín hi u l y m u), n là s nguyên. Mô hình v t lý c a b l y m u ñư c minh h a
  • 36. trong hình 1.14. Trong ñó, b ph n l y m u ñư c mô t như là m t b khóa ñư c ñi u khi n ñóng m b i tín hi u xung ñ ng h Ck có t n s là FS= 1/TS. ð x lý b ng k thu t s ho c b ng máy tính, thông thư ng tín hi u r i r c c n ph i ñư c lư ng t hóa ñ có th bi u di n biên ñ c a các m u b ng m t t p h u h n các mã nh phân. Tuy nhiên, vi c lư ng t hóa và mã hóa không th th c hi n t c th i. Thông thư ng, ti n trình lư ng t hóa và mã hóa m t m u ñư c th c hi n trong kho ng th i gian TS. Vì v y, giá tr c a c a m t m u ph i ñư c duy trì trong th i gian TS. ðây là ch c năng c a b gi a m u. B gi a m u tiêu bi u là Zero-order-hold. B l y m u và gi m u ki u zero- order-hlod này tương ñương v i m t b ñi u ch dãy xung ch nh t theo sau b i m t b l c tuy n tính, mà tín hi u ngã ra c a nó (G i t t là tín hi u gi m u) có d ng b c thang hình 1.15. Lư ng t hóa và mã hóa (Quantizer and Coder) ðây là b bi n ñ i tín hi u r i r c sang tín hi u s có biên ñ ñư c bi u di n b ng các mã nh phân. Giá tr m i m u c a tín hi u l y m u ñư c gán b i m t giá tr ñư c l a ch n t m t t p h u h n các gía tr . Trong ti n trình mã hóa, m i giá tr r i r c ñư c gán b i m t mã nh phân m bit, tương ng có 2m m c lư ng t . N u biên ñ c a tín hi u l y m u ñư c chu n hóa trong kho ng -X0≤ x(n) ≤ X0thì bư c lư ng t hóa (kho ng cách gi a hai m c lư ng t k nhau) s là: ∆ = 2X0/2m = X0/2m - 1 (1.86) Ví d 1.19: V i X0 = 1volt và m =3 bit, ta có 8 m c lư ng t và: ∆ = 1/4 = 0,25 volt Các m c lư ng t có th ñư c mã hóa theo hai lo i mã nh phân: Two’s -complement code và Offset binary code như sau:
  • 37. Giá tr c a các Two’s Offset binary code m c lư ng t -complement code 0.75 011 111 0.50 010 110 0,25 001 101 0 000 100 -0,25 111 011 -0,50 110 010 -0,75 101 001 -1 100 000 ð sai bi t gi a nh ng m u x(n) c a tín hi u r i r c chưa ñư c lư ng t hóa và tín hi u lư ng t hóa xq(n) g i là sai s lư ng t (quantization eror). S bít mã hóa càng l n thì s m c lư ng t càng nhi u, sai s lư ng t càng nh . 1.7.2.2. Bi n ñ i D/A (Digital to Analog Conversion) Trong nhi u ng d ng th c t , tín hi u s sau khi ñư c x lý c n ph i ñư c ph c h i l i thành tín hi u tương t . ð h i làm vi c này, ta c n có b bi n ñ i s sang tương t (D/A converter). Nguyên t c chung c a bi n ñ i D/A là n i các ñi m r iì r c b ng m t phương pháp n i suy (Interpolation) nào ñó. Hình 1.16 trình bày m t ki u bi n ñ i D/A ñơn gi n, ki u x p x b c thang (staircase approximation), còn ñư c g i là zero-order hold. Có nhi u ki u bi n ñ i D/A khác, như: n i suy tuy n tính (linear interpolation), n i suy b c hai (quadratic interpolation),.... V i m t tín hi u có băng t n h u h n, lý thuy t l y m u s xác ñ nh m t hình th c n i suy t i ưu. 1.7.2.3. Hi n tư ng bi t d../Anh (Aliasing) ð minh h a, ta xét 2 tín hi u tương t hình sin l n lư t có t n s là F1 = 10 Hz và F2 = 50 Hz như sau: x1(t) = cos2π(10)t và x2(t) = cos2π (50)t (1.87)
  • 38. Hai tín hi u này cùng ñư c l y m u v i t n s FS =40 Hz. Các tín hi u r i r c tương ng là: x1(n) = cos2π(10)(n/40) = cos(π/2)n x2(n) = cos2π(50)(n/40) = cos(5π/2)n (1.88) Tuy nhiên, vì cos(5π/2)n = cos(2πn + πn/2) = cosπn/2, nên x1(n) = x2(n). V y, hai tín hi u r i r c hình sin ñư c l y m u t hai tín hi u liên t c ñã cho là không th phân bi t ñư c. ði u này có nghĩa là, khi ph c h i tín hi u tương t t tín hi u r i r c cos(π/2)n, ta không th bi t tín hi u tương t ñư c khôi ph c là x1(t) hay x2(t). Vì x2(t) cho m t k t qu l y m u ñúng như c a x1(t) t n s l y m u FS = 40 samples/second (s trùng m u), ta nói thành ph n t n s F2=50Hz là m t bi t d../Anh (alias) c a thành ph n t n s F1=10Hz t n s l y m u 40 samples/second. Th t ra, không ch có thành ph n F2 là bi t d../Anh c a F1 mà các thành ph n t n s Fk = (F1 + 40k) cũng là bi t d../Anh c a F1 , v i k là m t s nguyên. Th t v y, ta xét tín hi u tương t có t n s Fk là: x2(t) = cos2πFkt = cos2π(F1+40k) t (1.89) Tín hi u l y m u c a nó v i cùng t c ñ FS = 40Hz là: xk(n) = cos2π(F1+ 40k)(n/40) = cos(2πkn + πn/2)= cosπn/2 = x1(n) M t ví d v hi n tư ng bi t d../Anh ñư c minh h a trong hình 1.17. Trong ñó, 2 tín hi u tương t hình sin có t n s l n lư t là F1 = 1/8Hz và Fk = -7/8 Hz có các m u ñ ng d ng khi ñư c l y m u t n s FS = 1Hz. T pt(1.89), ta th y, v i k = -1 thì F1 = Fk + FS = (-7/8 + 1) Hz = 1/8Hz. 1.7.2.4. ð nh lý l y m u: Cho m t tín hi u tương t b t kỳ, v n ñ là ch n chu kỳ l y m u TS hay t n s l y m u FS như th nào cho h p lý? Xu hư ng chung là ch n t n s l y m u th p, b i vì t n s l y m u cao s làm tăng s m u, t ñó lư ng phép tính trong quá trình x lý tín hi u s tăng lên, kéo dài th i gian x lý, ñ ng th i lư ng b nh c n thi t cũng tăng theo. Tuy nhiên, n u t n s l y m u quá th p s xãy ra hi n tư ng bi t d../Anh, không th khôi ph c l i tín hi u tương t m t cách chính xác. Chúng ta s tr l i v n ñ này trong chương 3, khi phân tích tín hi u trong mi n t n s , t ñó ch ng minh ñ nh lý l y m u, mà ta s phát bi u sau ñây.
  • 39. Tín hi u liên t c trong th c t có ñ dài h u h n (t n t i trong m t kho ng th i gian h u h n) là t h p tuy n tính c a nhi u thành ph n hình sin. Ta xét các tín hi u có băng t n h u h n, nghĩa là t n s cao nh t trong băng t n có th xác ñ nh. Ví d : tín hi u tho i có các thành ph n t n s t vài trăm Hz ñ n 3KHz, tín hi u hình có t n s cao nh t là 6MHz. N u ta bi t thành ph n t n s cao nh t Fmax, ta có th ch n t n s l y m u thích h p. ð nh l y l y m u ñư c phát bi u như sau: ð nh lý : N u t n s cao nh t ch a trong m t tín hi u tương t xa(t) là Fmax thì tín hi u ch có th ñư c khôi ph c m t cách chính xác t các m u c a nó n u t n s l y m u FS ≥ 2Fmax,. ð cho g n, ta ñ t Fmax = B. ð nh lý trên cũng ch ra r ng xa(t) có th ñư c khôi ph c t các m u xa(nTS) b ng cách dùng hàm n i suy: ñây xa(n/FS) = xa(nTS) = x(n) là các m u c a xa(t). N u t n s l y m u FS=2Fmax=2B, thì công th c khôi ph c (1.91) tr thành: T n s l y m u FS =2B = 2Fmax ñư c g i là t n s Nyquist. Hình 1.18 minh h a m t cách bi n ñ i A/D lý tư ng dùng hàm n i suy (1.90). Trong sơ ñ hình 1.12, m ch l c trư c có tác d ng ch ng hi n tư ng bi t d../Anh. ðây là m t m ch l c thông th p có ch c năng l c b các thành ph n t n s cao hơn FS/2, trong trư ng h p ph t n c a tín hi u vư t quá kh năng c a b l y m u (khi ñó
  • 40. ta ph i ch p nh n k t qu g n ñúng c a tín hi u ra). Ngay c khi thành ph n t n s cao nh t c a tín hi u nh hơn FS/2, nhi u t n s cao cũng gây ra hi n tư ng bi t d../Anh và c n ph i l c b . M ch l c sau sơ ñ trong hình 1.12 cũng là m t m ch l c thông th p. Nó có ch c năng làm trơn (smoothing) ñ s a d ng tín hi u tương t thu ñư c ngã ra chính xác hơn. Bài t p chương 1: 1.1. Xét m t h th ng tuy n tính b t kỳ v i kích thích là x(n) và ñáp ng là y(n). Hãy ch ng minh r ng, n u x(n) = 0 v i m t giá tr n nào ñó thì y(n) = 0. 1.2. Hãy xác ñ nh các h th ng ñư c cho có các tính ch t sau ñây hay không: n ñ nh; nhân qu ; tuy n tính; b t bi n theo th i gian; không nh . 1.3. H th ng L ñư c bi t là có tính ch t tuy n tính và có ñáp ng y1(n), y2(n), y3(n) tương ng v i các tín hi u vào x1(n), x2(n),x3(n) như sau: a) Tìm ñáp ng xung h(n) c a h th ng. b) L có b t bi n theo th i gian hay không? 1.4. Cho các c p dãy x(n) và h(n). Hãy tìm ñáp ng y(n) trong t ng trư ng h p sau:
  • 41. 1.5. ðáp ng xung c a m t h th ng LTI có giá tr b ng 0 ngoài kho ng N0 ≤ n ≤ N1. Tính hi u vào x(n) có giá tr b ng 0 ngoài kho ng N2≤ n ≤ N3. K t qu là tín hi u ra y(n) b ng 0 ngoài kho ng N4 ≤n ≤ N5. Hãy xác ñ nh N4 và N5 theo N0, N1, N2 và N3. 1.6. Tính và v ñ th ñáp ng xung c a h th ng có quan h vào ra như sau: 1.7. Xác ñ nh ñáp ng bư c (kích thích là u(n)) c a h th ng có ñáp xung h(n) = anu(n). 1.8. Cho m t h th ng LTI có ñáp ng xung như sau: Hãy dùng ñ th ñ xác ñ nh ñáp ng c a h th ng ñ i v i tín hi u vào là x(n)=u(n) - u(n-4). 1.9. Xét m t h th ng LTI có ñáp ng xung là h(n). N u dãy vào tu n hoàn v i chu kỳ N. Hãy ch ng t r ng tín hi u ra y(n) cũng là m t dãy tu n hoàn v i chu kỳ N. 1.10. Xét m t h th ng có kích thích và ñáp ng th a mãn LCCDE: y(n)=n.y(n-1) + x(n) ðư c bi t h th ng có tính nhân qu và th a mãn ñi u ki n ngh . a) Xác ñ nh ñáp ng xung c a h th ng. b) H th ng có tuy n tính hay không? Ch ng minh. c) H th ng có b t bi n theo th i gian hay không? 1.11. Xét tín hi u tương t : xa(t)=3.cos(100.π.t) a) Xác ñ nh t n s l y m u nh nh t ñ tránh hi n tư ng bi t d../Anh. b) Gi s tín hi u ñư c l y m u t n s FS=200 Hz (sample/second). Xác ñ nh tín hi u r i r c thu ñư c sau khi l y m u? c) G a s tín hi u ñư c l y m u t n s FS=75 Hz. Xác ñ nh tín hi u r i r c thu ñư c sau khi l y m u? d) Xác ñ nh t n s F<FS/2 (FS = 75Hz) c a tín hi u sin mà k t qu l y m u ñ ng d ng v i k t qu thu ñư c câu c).
  • 42. 1.12. Xét tín hi u tương t xa(t)=3.cos(50.π.t)+ 10.sin(300.π.t)- cos(100. π.t). Xác ñ nh t n s Nyquist c a tín hi u này. 1.13. Cho các dãy sau ñây: x(n) = u(n) - u(n-5) y(n) = (1/2)nu(n) - (1/2)nu(n-4) s(n) = (-1/2)nu(n) - (-1/2)nu(n-4) Hãy tính tương quan chéo cho t ng c p dãy và tính t tương quan c a các dãy này. Nh n xét. 1.14. Cho các h th ng con có ñáp ng xung h1(n), h2(n) và h3(n) ñư c liên k t như sau : Cho bi t h2(n) = u(n) – u(n – 3); h3(n) = δ(n) + 4δ(n-1) - δ(n-2). Tính ñáp ng xung h(n) c a h th ng tương ñương . 1.15. L p lưu ñ thu t toán và vi t chương trình (Pascal, Matlab,...) tính t ng ch p c a hai dãy có ñ dài h u h n. 1.16. L p lưu ñ thu t toán và vi t chương trình tính ñáp ng c a m t h th ng ñ qui. 1.17. L p lưu ñ thu t toán và vi t chương trình tính ñáp ng c a h th ng không ñ qui. 1.18. L p lưu ñ thu t toán và vi t chương trình tính tương quan chéo c a hai dãy có ñ dài h u h n. 1.19. L p lưu ñ thu t toán và vi t chương trình tính t tương quan c a hai dãy có ñ dài h u h n.
  • 43. 1.20. Cho m t tín hi u tương t xa(t) = 2.sin(20πt) + cos(30πt + π/3), vi t chương trình: - L y m u và v tín hi u r i r c v i t n s l y m u là FS=30samples/second. - Khôi ph c tín hi u tương t t các m u c a nó theo công th c n i suy (1.91), v d ng sóng tín hi u tương t xa(t) và tín hi u tương t khôi ph c ñư c t tín hi u r i r c trong m t chu kỳ. So sánh và nh n xét. - Lư ng t hóa tín hi u r i r c v i 8 m c lư ng t và 16 m c lư ng t , v ñ th tín hi u s thu ñư c trong hai trư ng h p này. - Khôi ph c tín hi u tương t t tín hi u s trong hai trư ng h p trên, v d ng sóng và nh n xét.
  • 44. Chương II BI U DI N TÍN HI U VÀ H TH NG R I R C TRONG MI N Z *** * N i dung * M ñ u * Khái ni m * Các tính ch t c a bi n ñ i Z * Các phương pháp tìm bi n ñ i Z ngư c * Gi i phương trình sai phân tuy n tính h s h ng b ng bi n ñ i Z m t phía * Phân tích h th ng LTI trong mi n Z * Th c hi n các h th ng r i r c 2.1 M ñ u Chương 1 ñã trình bày cách tính ñáp ng c a m t h th ng tr c ti p t ñáp ng xung c a nó, b ng cách tính t ng ch p c a kích thích v i ñáp ng xung. Cách tính t ng ch p tr c ti p d a vào công th c ñ nh nghĩa như ñã làm t n r t nhi u th i gian và công s c. Hơn n a , trong th c t s m u khác không c a kích thích và ñáp ng xung là r t nhi u nên ta không th ‘tính b ng tay’. Tuy nhiên, phương pháp tính t ng ch p b ng ñ th như ñã trình bày cho ta m t thu t toán c a chương trình tính t ng ch p b ng máy tính. Vi c gi i phương trình sai phân tuy n tính h s h ng b ng phương pháp ñ qui cũng ch có ý nghĩa khi s d ng máy tính. K thu t bi n ñ i là m t công c h u hi u ñ phân tích h th ng LTI. Bi n ñ i Z ñ i v i tín hi u r i r c có vai trò tương t như bi n ñ i Laplace ñ i v i tín hi u liên t c, và chúng có quan h gi ng nhau v i bi n ñ i Fourier. T ng ch p c a hai dãy trong mi n th i gian s bi n thành tích c a hai bi n ñ i Z tương ng trong mi n bi n ph c z. Tính ch t này s làm ñơn gi n hóa vi c tính ñáp ng c a h th ng v i các tín hi u vào khác nhau. Phương trình sai phân tuy n tính h s h ng cũng ñư c gi i m t cách d dàng hơn khi dùng công c bi n ñ i Z. Như ta s th y trong các chương sau, bi n ñ i Fourier gi a vai trò chìa khóa trong trong vi c bi u di n và phân tích các h th ng r i r c. Tuy nhiên, trong m t s trư ng h p c n ph i s d ng d ng t ng quát hóa c a bi n ñ i Fourier, ñó là bi n ñ i Z. 2.2 Các khái ni m v bi n ñ i Z 2.2.1. BI N ð I Z ( THE Z - TRANSFORM): 2.2.2. MI N H I T (ROC: Region Of Convergence)
  • 45. 1/. ð nh nghĩa: 2/. C c và zeros : 3/. Tính ch t c a ROC: 2.2.3. BI N ð I Z NGƯ C (The inverse Z -transform) 2.31. ð nh nghĩa: 1. ð nh lý tích phân Cauchy, ñư c phát bi u b i công th c sau: 2.Thi t l p công th c tính bi n ñ i z ngư c 2.2.1. BI N ð I Z ( THE Z - TRANSFORM): Bi n ñ i z c a m t dãy x(n) ñư c ñ nh nghĩa như là chu i lũy th a: , v i z là m t bi n ph c. (2.1) Ta có th coi bi n ñ i Z như là m t toán t (operator) mà nó bi n m t dãy thành m t hàm, ký hi u Z |.|, ta vi t l i: (2.2) hay: x(n) ----Z----> X(z) (2.3) Bi n ñ i Z ñư c ñ nh nghĩa b i pt (2.1) ñư c g i là bi n ñ i Z hai phía (bilateral Z- transform) do bi n n ch y t -∞ ñ n ∞. Bi n ñ i Z m t phía (unilateral Z-transform) ñư c ñ nh nghĩa như sau: (2.4) trong trư ng h p này bi n n ch y t 0 ñ n ∞. Ta th y bi n ñ i Z hai phía và m t phía ch b ng nhau khi x(n) = 0 v i m i n ≤ 0 (x(n) là dãy nhân qu ). Trong tài li u này, khi nói ñ n bi n ñ i Z mà không xác ñ nh rõ là m t phía hay hai phía, thì ta ng m hi u r ng ñó là bi n ñ i Z hai phía. N u bi u di n Z theo t a ñ c c z = r.ejω, pt (2.1) tr thành: (2.5) ð c bi t, n u r =1 ( nghĩa là |z| = 1), thì bi n ñ i Z tr thành bi n ñ i Fourier: (2.6) Ta s ñ c p ñ n chương sau. Vì bi n ñ i Z là hàm c a m t bi n ph c, nên nó thư ng ñư c bi u di n trên m t ph ng ph c c a bi n z (hình 2.1). Ta th y, bi n ñ i Z l y trên vòng tròn ñơn v chính là bi n ñ i Fourier.
  • 46. 2.2.2. MI N H I T (ROC: Region Of Convergence) Pt (2.1) là m t chu i lũy th a, g i là chu i Laurent, do ñó không ph i lúc nào bi n ñ i Z cũng h i t v i m i tín hi u hay v i m i giá tr c a z, vì v y ph i xét ñ n mi n h i t c a nó. 1/. ð nh nghĩa: V i m t dãy x(n) xác ñ nh, t p h p các giá tr c a z sao choĀ h i t ñư c g i là mi n h i t (ROC) c a X(z). ð nh nghĩa trên hàm ý r ng: |X(z)| < ∞, v i m i z trong ROC. ði u ki n ñ ñ bi n ñ i Z h i t là: (2.7) N u m t giá tr z = z1 nào ñó trong ROC, thì vòng tròn có bán kính là |z|=|z1| cũng n m trong ROC. ði u này cho th y r ng ROC là m t mi n hình vành khăn bao qu../Anh góc t a ñ (Hình 2.2). 2/. C c và zeros :
  • 47. M t lo i bi n ñ i Z thông d ng và quan tr ng ñó là bi n ñ i Z mà X(z) c a nó có d ng là m t hàm h u t v i m i z trong ROC, nghĩa là: X(z) = P(z)/Q(z) (2.8) Trong ñó, P(z) và Q(z) là các ña th c bi n z hay z-1. Các giá tr c a z sao cho X(z) = 0 ñư c g i là các zeros c a X(z), và các giá tr c a z sao cho X(z) = ∞ñư c g i là các c c (poles) c a X(z). Các c c là các nghi m xác ñ nh c a ña th c m u s Q(z) và thêm vào các giá tr z = 0 hay z = ∞. ð th c c-zero là ñ th trên m t ph ng ph c, ta v các ñi m c c, ký hi u x , và các ñi m zero, ký hi u o. Ví d 2.1: Xét dãy x(n) = ((n). Thay vào pt (2.1), ta có: (2.9) Mi n h i t c a X(z) trong trư ng h p này là toàn b m t ph ng z. Ví d 2.2: Xét dãy x(n) = anu(n), a là m t h ng s th c ho c ph c. Thay vào pt (2.1), ta có: Ta th y, ROC là mi n mà z có giá tr sao cho |az-1| < 1 hay |z| > |a|, và trong ROC, X(z) h i t ñ n: ( Aùp d ng công th c tính t ng vô h n c a chu i hình h c). V i a = 1, x(n) là dãy nhãy b c ñơn v , có bi n ñ i Z là:
  • 48. Hình 2.3 trình bày mi n h i t c a bi n ñ i Z trong ví d 2.2 v i các v trí c a c c và zeros. N u |a| > 1, ROC không ch a vòng tròn ñơn v , ñi u này hàm ý r ng, v i giá tr này c a |a|, bi n ñ i Fourier c a m t dãy lũy th a anu(n) là không h i t . Ví d 2.3: Xét dãy x(n) = -anu(-n-1), thì: N u |a-1z| < 1, hay |z| < |a|, thì t ng (2.14) h i t , và: ð th c c-zero và mi n h i t c a bi n ñ i Z trong ví d 2.2 ñư c trình bày trong hình 2.4. Nh n xét: Hai dãy trong ví d 2.2 và 2.3 hoàn toàn khác nhau nhưng bi u th c X(z) và ñ th c c-zero là như nhau. Như v y khi nói ñ n bi n ñ i Z thì c n xác ñ nh c bi u th c l n ROC.
  • 49. Ví d 2.4: Xét trư ng h p tín hi u là t ng c a hai hàm mũ th c: x(n) = (1/2)nu(n) - (-3)nu(-n-1) (2.16) Bi n ñ i Z s là: ð X(z) h i t , hai t ng trong pt (2.18) ph i h i t , ñi u ki n là: |(1/2)z-1| < 1 và |(-3)-1z| < 1 hay |z| > 1/2 và |z| <3 . Vì v y, ROC là mi n 1/2 < |z| < 3. ð th c c-zero và ROC ñư c trình bày trong hình 2.5. Và: Nh n xét: T các ví d trên ta th y r ng: v i các dãy lũy th a dài vô h n, bi n ñ i Z c a nó có th ñư c bi u di n b ng t s c a các ña th c bi n z hay z-1. Cách bi u di n này ñ c bi t thu n l i. Ví d 2.5:Xét tín hi u :
  • 50. ROC ñư c xác ñ nh b i t p h p các giá tr c a z sao cho: Vì ch có m t s h u h n các s h n khác 0, nên t ng trong b t phương trình (2.21) s h u h n khi |az-1| h u h n, ñi u này ñòi h i r ng |a| là h u h n và z ≠ 0. Vì v y, ROC bao g m toàn b m t ph ng z, ngo i tr g c t a ñ (z = 0). Hình 2.6 là ñ th c c-zero và ROC c a ví d 2.4, v i N =16 và a là m t s th c và 0<a<1. N nghi m c a ña th c t s c a X(z) là: zk = aej(2(k/N) v i k = 0, 1, 2,. . ., N-1. (2.22) Zero k = 0 b tri t tiêu b i c c z = a, vì v y, không có c c nào khác ngoài g c t a ñ và còn l i (N-1) zero tương ng v i k = 1, 2,. . ., N-1. 3/. Tính ch t c a ROC: Gi s r ng x(n) có biên ñ h u h n, ngo i tr t i n = ±∞ và bi u th c c a bi n ñ i Z có d ng h u t . T kh o sát th c t , ta có th t ng k t ñư c các tính ch t c a ROC như sau: (1) ROC không ch a các ñi m c c, vì t i ñó X(z) không h i t . (2) N u x(n) có ñ dài h u h n, thì ROC là toàn b m t ph ng z, ngo i tr các ñi m z=0 ho c z= ∞ (Ví d 2.5).
  • 51. (3) N u x(n) là dãy bên ph i (right-sided sequence), nghĩa là x(n) = 0 v i m i n < N1 < ∞, thì ROC là mi n bên ngoài c a vòng tròn ñi qua ñi m c c h u h n ngoài cùng (Ví d 2.2). (4) N u x(n) là dãy bên trái (left-sided sequence), nghĩa là x(n)=0 v i m i n>N2>-∞, thì ROC là mi n bên trong c a vòng tròn ñi qua ñi m c c trong cùng khác 0 (Ví d 2.3) (5) N u x(n) là dãy hai bên (two-sided sequence) và có chi u dài vô h n v phía ph i cũng như v phía trái thì ROC có d ng hình vành khăn, các vòng tròn gi i h n trong và ngoài ñi qua hai ñi m c c trong các ñi m c c c a X(z) (Ví d 2.4) (6) ROC ph i là m t mi n không b chia c t. Hình 2.7 minh h a các tính ch t c a ROC, cùng các v trí c a các c c (z1=2/3, z2=-3/2, z3=2) và zeros (z1=0, z2=-1/2) có th ñúng v i 4 bi n ñ i z . 2.2.3. BI N ð I Z NGƯ C (The inverse Z -transform) 2.31. ð nh nghĩa: N u X(z) là bi n ñ i Z c a x(n), thì x(n) là bi n ñ i Z ngư c c a X(z), ta có c p bi n ñ i Z: Bi n ñ i Z ngư c còn ñư c ñ nh nghĩa là m t th t c ñ bi n ñ i t mi n z sang mi n th i gian. V m t toán h c, bi n ñ i Z ngư c là m t toán t mà nó bi n m t hàm X(z) thành dãy x(n). Chú ý r ng, ta ch có th xác ñ nh bi n ñ i Z ngư c c a X(z) khi mi n h i t c a X(z) ñư c xác ñ nh. Công th c ñ tính dãy x(n) t X(z) ñư c thành l p d a vào ñ nh lý tích phân Cauchy. 1. ð nh lý tích phân Cauchy, ñư c phát bi u b i công th c sau:
  • 52. v i C là ñư ng cong kín có chi u ngư c chi u kim ñ ng h và bao qu../Anh g c t a ñ . 2.Thi t l p công th c tính bi n ñ i z ngư c T công th c ñ nh nghĩa c a bi n ñ i z: Nhân hai v c a công th c trên cho zk-1 và l y tích phân trên ñư ng cong kín C bao qu../Anh g c t a ñ , ngư c chi u kim ñ ng h và n m trong mi n h i t c a X(z), ta ñư c: Áp d ng ñ nh lý Cauchy, pt(2.25) tr thành: Tích phân ñư ng trong pt(2.27) ñư c tính b ng ñ nh lý giá tr th ng dư c a Cauchy (Cauchy’s residue theorem) như sau: Giá tr th ng dư (residue) t i m t ñi m c c d0, b c s c a X(z)zn-1 , ð i v i các ñi m c c ñơn, pt(2.29) tr thành:
  • 53. Ví du 2.6: ðư ng cong kín C n m trong ROC c a X(z) nên có bán kính l n hơn |a|. @ V i n ≥ 0, C bao qu../Anh m t c c duy nh t t i z = a, ta có: k t qu là: x(n) = an @ V i n < 0 , có c c kép b c n t i z = 0. - Khi n = -1, có 2 c c trong C là z = a và z = 0 K t qu là x(-1) = a-1 - a-1 = 0 - Khi n = -2, có 1 c c ñơn z = a và m t c c kép b c 2 t i z = 0 trong C.
  • 54. K t qu là x(-2) = 0 Tính ti p t c v i n = -3, -4, -5,… ta th y x(n) = 0, v i m i n < 0. V y, k t qu cu i cùng là: x(n) = anu(n). 2.3 Các tính ch t c a bi n ñ i Z 1. Tuy n tính (Linearity): 2 . D ch th i gian (Time shifting) 3. Thay ñ i thang ño trong mi n z (Scaling in the z domain). 4/. ð o th i gian (Time Reversal) 5/. Vi phân trong mi n z (Differentiation in the z-domain) 6/. Ch p (Convolution) 7/. Tương quan (Correlation) 8/ Tích cu hai dãy (Multiplication of two Sequences) 9/. ð nh lý giá tr ñ u (The initial value theorem): Gi s ta có các c p bi n ñ i Z như sau: Các ký hi u ROC = Rx có nghĩa là rL < |z| < rH ROC = Rx1 có nghĩa là rL1 < |z| < rH1 ROC = Rx2 có nghĩa là rL2 < |z| < rH2 trong ñó rL , rH , rL1 , rH 1, rL2 , rH 2 là các s th c dương, tương t cho Ry. Bi n ñ i Z có các tính ch t như sau: 1. Tuy n tính (Linearity):
  • 55. trong ñó a và b là các h ng s b t kỳ. Tính ch t này ñư c ch ng minh tr c ti p t ñ nh nghĩa c a bi n ñ i z (xem như m t bài t p). Mi n h i t Ry c a a X1(z) + b X2(z) nh nh t là ph n giao nhau gi a Rx1 và Rx2. N u t h p tuy n tính a X1(z) + b X2(z) phát sinh các ñi m zeros kh ñi m t s ñi m c c thì mi n h i t Ry ñư c m r ng ra (Ta s tr l i s kh c c trong ph n sau). Ví d 2.7: Xác ñ nh bi n ñ i Z c a tín hi u: ω (a) x(n) = (cosω0n)u(n) ω (b) x(n) = (sinω0n)u(n) Gi i: (a) Tín hi u x(n) có th ñư c bi u di n b i các hàm mũ ph c theo công th c Euler: Sau m t s thao tác ñ i s ñư c k t qu : (b) Tương t , tín hi u x(n) có th ñư c bi u di n b i các hàm mũ ph c theo công th c Euler: Áp d ng tính ch t tuy n tính, ta ñư c:
  • 56. Sau m t s thao tác ñ i s ñư c k t qu : 2 . D ch th i gian (Time shifting) ROC c a z-k X(z) là Rx tr ra z = 0 n u k > 0 ho c tr ra z = ∞ n u k < 0. Ch ng minh: Nh n xét: D ch ph i k m u t c là làm tr tín hi u k m u s tương ng v i nhân cho z-k trong phép bi n ñ i z. V i k = 1, ta ký hi u toán t z-1 tương ng v i phép làm tr m t m u, ñây là ký hi u ñã ñư c dùng ñ bi u di n ph n t làm tr m t m u. Tính ch t tuy n tính và tính ch t d ch th i gian làm cho bi n ñ i z tr thành c c kỳ h u d ng trong vi c phân tích h th ng LTI. 3. Thay ñ i thang ño trong mi n z (Scaling in the z domain). v i a là h ng s th c ho c ph c b t kỳ. ROC c a X(z/a) là |a|.Rx = |a|.rL < |z| < |a|.rH. Chúng minh: T ñ nh nghĩa c a bi n ñ i Z ta có: Vì ROC c a X(z) là Rx = rL < |z| < rH nên ROC c a X(a-1z) là rL < | a-1z| < rH hay |a|rL < |z| < |a|rH.
  • 57. Ví d 2.8: Xác ñ nh bi n ñ i Z c a các tín hi u: (a) x(n) = an (cosω0n)u(n) ω (b) x(n) = an (sinω0n)u(n) ω Gi i: (a) T k t qu (2.32) trong ví d 2.7 k t h p v i tính ch t (2.35) ta thu ñư c k t qu m t cách ñ dàng: 4/. ð o th i gian (Time Reversal) Trong bi u th c trên ta ñã ñ i bi n m = -n. ROC c a X(z-1) là : rL < |z-1| < rH hay 1/rH < |z| < 1/rL Ví du 2.9: Xác ñ nh bi n ñ i Z c a tín hi u x(n) = u(-n) Gi i: ví d 2.2 ta ñã bi t : 5/. Vi phân trong mi n z (Differentiation in the z-domain)
  • 58. V i Ry = Rx (Ngo i tr trư ng h p thêm vào hay lo i b các ñi m c c t i z = 0 hay z=∞. Ch ng minh: B ng cách l y ñ o hàm 2 v c a bi u th c ñ nh nghĩa bi n ñ i Z, ta có: Ví d 2.10: Xác ñ nh bi n ñ i Z c a tín hi u x(n) = nanu(n) . Gi i: ð t x1(n) = anu(n), ta ñư c x(n) = nx1(n) . T ví d 2.2 ta ñã bi t: 6/. Ch p (Convolution) v i ROC Rx c a X(z) nh nh t là mi n giao nhau c a ROCx1 và ROCx2 N u có các zeros ñư c sinh ra kh ñi m t s ñi m c c thì mi n h i t Rx ñư c m r ng ra. Ch ng minh: Theo ñ nh nghĩa, t ng ch p c a 2 dãy x1(n) và x2(n) là: Bi n ñ i z c a x(n) là:
  • 59. Ví d 2.11: Tính t ng ch p x(n) c a 2 dãy : và x2(n) = u(n) – u(n – 6) Gi i: T ñ nh nghĩa ta tín ñư c bi n ñ i Z c a x1(n) và x2(n) như sau: X1(z) = 1 – 2z-1 + z-2 X2(z) = 1 + z-1 + z-2+ z-3+ z-4+ z-5 Theo tính ch t (2.41), ta nhân X1(z) v i X2(z) và suy ra x(n) = x1(n)*x2(n): X1(z). X2(z) = 1 - z-1 - z-6 + z-7 Suy ra: Tính ch t ñư c áp d ng ñ tính t ng ch p m t cách có hi u qu . 7/. Tương quan (Correlation) Ch ng minh: Ta nh c l i ñ nh nghĩa c a tương quan gi a 2 dãy x1(n) và x2(n), ñó là: Gi ng như trư ng h p tính t ng ch p, tương quan gi a hai tín hi u có th tính m t cách d dàng hơn b ng cách áp d ng tính ch t (2.42), sau ñó tìm bi n ñ i Z ngư c ñ thu ñư c k t qu . 8/ Tích cu hai dãy (Multiplication of two Sequences)
  • 60. ñây C là ñư ng cong kín bao qu../Anh g c t a ñ và n m trong mi n h i t c a X1(v) and X2(1/v). Ch ng minh: ð t: x3(n) = x=(n).x2(n), bi n ñ i Z c a x3(n) là: thay th bi n ñ i Z ngư c c a x1(n): ñó là k t qu mong mu n. ð thu ñư c ROC c a X3(z), ta chú ý r ng, n u X1(v) h i t trong mi n r1L<|v|<r1H và X2(z) h i t trong mi n r2L<|z|<r2H, thì ROC c a X2(z/v) là: r2L<|z/v|<r2H, và mi n h i t c a X3(z) s nh nh t là: R1L.r2L<|z/v|<r2H. r1H (2.44) 9/. ð nh lý giá tr ñ u (The initial value theorem): N u x(n) là m t dãy nhân qu (nghĩa là: x(n) = 0 v i m i n < 0), thì: Ch ng minh: Vì x(n) là m t dãy nhân qu , nên t ñ nh nghĩa bi n ñ i z ta có:
  • 61. Rõ ràng, khi z → ∞, thì z-n → 0 vì n > 0 và X(z) → x(0). T t c các tính ch t ñã ñư c trình bày trên s ñư c t ng k t trong b ng 2.1 ñ thu n ti n khi tham kh o. ð n ñây, ta ñã tìm ñư c h u h t các c p bi n ñ i Z cơ b n. Các c p bi n ñ i Z này ñư c t ng k t trong b ng 2.2. B ng 2.1: Các tính ch t c a bi n ñ i Z Tính ch t Mi n th i gian Mi n z ROC Ký hi u x(n) X(z) Rx ≡ rL < |z| < rH x1(n) X1(z) Rx1≡ r1L < |z| < r1H x2(n) X2(z) Rx2≡ r2L < |z| < r2H Tuy n tính a1x1(n) + a2x2(n) a1X1(z) + a2X2(z) Nh nh t là ph n giao c a Rx1 và Rx2 _K D ch th i x(n-k) z X(z) Rx , ngo i tr z=0 n u k>0 và z=( n u k<0 gian Thay ñ i anx(n) X(a-1z) |a|rL<|z|<|a|rH thang ño trong mi n z ð o th i x(-n) X(z-1) 1/rH < |z| < 1/rL gian Vi phân nx(n) Rx trong mi n z Ch p x1(n)*x2(n) X1(z)X2(z) Nh nh t b ng ph n giao c a Rx1 và Rx2 -1 Tương quan rx1x2(n)=x1(n)*x2(-n) Rx1x2=X1(z)X2(z Nh nh t b ng ph n giao c a ROC ) c a X1(z) và X2(z-1) Nhân x1(n)x2(n) Nh nh t nh t là r1Lr2L<|z|< r1H r2H ð nh lý giá N u x(n) nhân qu tr ñ u B ng 2.2: Các c p bi n ñ i z cơ b n Tín hi u x(n) Bi n ñ i z, X(z) ROC 1 δ(n) 1 T t c m t ph ng z 2 u(n) |z| > 1 3 nu(n) |z| > 1
  • 62. 4 anu(n) |z| > |a| 5 nanu(n) |z| > |a| 6 -anu(-n -1) |z| < |a| 7 -n anu(-n -1) |z| < |a| 8 (cosω0n)u(n) |z| > 1 9 (sinω0n)u(n) |z| > 1 10 (ancosω0n)u(n) |z| > |a| 11 (ansinω0n)u(n) |z| > |a| 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÌM BI N ð I z NGƯ C 2.4.1. PHƯƠNG PHÁP TRA B NG: 2.4.2. PHƯƠNG PHÁP TRI N KHAI THÀNH CÁC PHÂN TH C H U T 2.4.3. PHƯƠNG PHÁP TRI N KHAI THÀNH M T CHU I LŨY TH A 1/. Khai tri n m t tích s : 2/. Khai tri n Taylor 3/. Khai tri n b ng phép chia: Phương pháp d a trên ñ nh lý tích phân Cauchy ñ tìm bi u th c c a bi n ñ i z ngư c ñã ñ nh trình bày trong ph n ñ nh nghĩa bi n ñ i z ngư c. Phương pháp này có v kinh ñi n, nhưng khá ph c t p. Bây gi , ta s trình bày m t s phương pháp khác, ñơn gi n hơn, ñ tìm bi n ñ i z ngư c t m t bi u th c X(z) k t h p v i m t ROC xác ñ nh. 2.4.1. PHƯƠNG PHÁP TRA B NG: ðây là phương pháp ñơn gi n và nh../Anh chóng nh t, ñ tìm bi n ñ i z ngư c ta ch c n d a vào b ng các c p bi n ñ i z có s n (b ng 2.2). Ví d 2.12: áp d ng công th c bi n ñ i này v i a = ½ , ta ñư c x(n) = (1/2)n u(n). 2.4.2. PHƯƠNG PHÁP TRI N KHAI THÀNH CÁC PHÂN TH C H U T (PARTIAL FRACTION EXPANSION) Trư ng h p X(z) không có s n m t cách tư ng minh trong b ng các c p bi n ñ i z. Ta có th bi n ñ i bi u th c X(z) thành t ng c a các s h ng ñơn gi n có th tra b n. ðây là trư ng h p X(z) có d ng h u t , nghĩa là X(z) = P(z)/Q(z), v i P(z) và Q(z) là các ña th c theo bi n
  • 63. z hay z-1, b i vì trong trư ng h p này ta có th khai tri n X(z) thành các phân th c h u t ñơn gi n. Gi s r ng X(z) ñư c bi u di n b ng t s c a 2 ña th c c a z-1, như sau: Pt (2.47) ch ra r ng, s có M zeros và N c c các v trí khác 0 trên m t ph ng ph c. Thêm vào, cũng s có M-N c c z = 0 n u M > N hay có N-M zeros z=0 n u N > M. Nói khác ñi, bi n ñ i z có d ng pt(2.46) luôn luôn có s c c và zero b ng nhau trong m t ph ng z h u h n, và không có c c và zero z = ∞. Pt (2.46) còn có th bi u di n d ng: ñây, ck là các zeros khác 0 và dk là các c c khác 0 c a X(z). • Trư ng h p M ( N, b ng cách chia ña th c t s cho ña th c m u s ta có th ñưa X(z) v d ng: Trong ñó, ta có th d dàng tìm bi n ñ i z ngư c c a ña th c Āb ng cách tra b ng k t h p v i áp d ng tính ch t tuy n tính và tính ch t d ch th i gian; còn Xht(z) là m t hàm h u t có b c c a t s nh hơn b c c a m u s , Các hàm h u t có d ng như Xht(z) ñư c g i là hàm h u t th t s (Proper rational function). V y, v n ñ là tìm bi n ñ i z ngư c c a các hàm h u t th t s .
  • 64. • Trư ng h p M ( N, X(z) là hàm h u t th t sư và có N c c khác 0 phân bi t (không có c c kép): Khi ñó X(z) có th vi t l i: v I Ak là các h s mà ta c n ph i tính. ð tính các h s Ak, ta nhân hai v phương trình (2.49) v i (1 –dkz-1) và cho z = dk, ta tính ñư c các h s Ak : Ví d 2.13: Gi s x(n) có bi n ñ i z là: v i ROC là |z| > 1. Tìm x(n). Gi i: T ROC c a X(z), ta th y x(n) là m t dãy bên ph i. Vì M = N và t t c các c c ñ u là b c nh t. Ta có th bi u di n X(z) dư i d ng: H s B0 ñư c tìm b i phép chia ña th c t s cho ña th c m u s : X(z) ñư c vi t l i: ð t , ta s khai tri n Xht(z) thành t ng c a 2 phân th c ñơn gi n, các h s A1 và A2 ñư c tính b ng cách áp d ng pt(2.51), như sau:
  • 65. Áp d ng tính ch t tuy n tính, ta ñư c: x(n) = 2δ(n) – 9 (1/2)nu(n) + 8 u(n) • Trư ng h p M ( N, X(z) là hàm h u t th t sư và có N c c khác 0, trong ñó có c c képï: Pt(2.47) có th ñư c vi t l i: X(z) b 0 z N −1 + b1 z N − 2 + b 2 z N −3 + ... + b M z N − M −1 = z a 0 z N + a 1 z N −1 + a 2 z N − 2 + ... + a N (2.53) Sau ñó khai tri n X(z)/z thành t ng các phân th c h u t ñơn gi n. Gi s , X(z) có c c kép b c s t i dj. Pt(2.53) s ñư c tri n khai dư i d ng: T pt(2.54), ta vi t l i X(z) ñư i d ng: Các h s Ak ñư c tính như trên, ta có th tìm công th c t ng quát ñ tính các h s Cm , tuy nhiên công th c này khá ph c t p. Trong th c t , ñ th c hi n m t h th ng l n, ngư i ta thư ng liên k t nhi u h th ng b c 2. Vì v y, ñ ñơn gi n, ta ch c n kh o sát trư ng h p nghi m kép b c 2 như trong ví d 2.14. Sau khi tìm ñư c các h s Ak và Cm, ta áp d ng
  • 66. phương pháp tra b ng k t h p v i các tính ch t tuy n tính và tính ch t vi phân trong mi n z ñ tìm bi n ñ i z ngư c. Ví d 2.14: Hãy xác ñ nh dãy nhân qu x(n) có bi n ñ i z là: Gi i: Ta th y X(z) có m t nghi m kép b c 2 t i z = 1, ta vi t l i X(z) dư i d ng: Các h s A và C2 có th tính ñư c m t cách d dàng như sau: ð tính C1, ta vi t l i: Áp d ng phương pháp tra b ng k t h p v i các tính ch t tuy n tính, vi phân trong mi n z, v i x(n) là m t dãy nhân qu , ta thu ñư c:
  • 67. X(n) = ¼ (-1)nu(n) + ¾ u(n) + ½ n u(n) = [¼ (-1)n + ¾ + n/2]u(n) 2.4.3. PHƯƠNG PHÁP TRI N KHAI THÀNH M T CHU I LŨY TH A (POWER SERRIES EXPANSION) T ñ nh nghĩa c a bi n ñ i z, ta th y X(z) là môt chu i lũy th a, trong ñó x(n) chính là h s c a z-n . Ta vi t l i: V y, n u ta có th ñưa X(z) v d ng này, ta s xác ñ nh ñư c giá tr c a x(n) tương ng v i giá tr c a n. 1/. Khai tri n m t tích s : Ví d 2.15: Hãy xác ñ nh dãy x(n) mà bi n d i z c a nó là: Ta th y X(z) cũng có d ng hàm h u t , nhưng ch có m t c c là z = 0, Ta có th khai tri n thành m t chu i lũy th a như sau: 2/. Khai tri n Taylor Phương pháp này thư ng ñư c áp d ng khi X(z) có d ng logarit, sin, hyperbolic, hàm mũ. Ta nh c l i công thúc Taylor c a m t hàm f(x) t i ñi m x = x0, như sau: trong ñó, c n m gi a x và x0. N u trong công th c (2.54), ta cho x0 = 0, ta ñư c: trong ñó, c n m gi a 0 và x, công th c (2.58) ñư c g i là công th c Mac Laurin. Ví d 2.16: Hãy xác ñ nh dãy x(n) có bi n ñ i z là: X(z) = ln(1 + az-1), v i ROC là |z| > |a|. G i:
  • 68. Khai tri n Taylor c a X(z) theo z-1 , v i n n →∞, ta có: 3/. Khai tri n b ng phép chia: Phương pháp này thư ng ñư c th c hi n khi X(z) có d ng h u t : X(z) = P(z)/Q(z). Ta có th th c hi n phép chia ña th c P(z) cho Q(z) ñ có ñư c m t chu i lũy th a, t ñó, nh n ñư c t ng m u c a dãy x(n). Ví d 2.17: Hãy xác ñ nh bi n ñ i Z ngư c c a: khi: (a) ROC là |z| > 1 (b) ROC là |z| < 0.5 Gi i: (a) T ROC c a X(z) ta th y x(n) là m t dãy bên ph i. Vì v y , ta s tìm m t khai tri n chu i lũy th a v i s mũ âm. B ng cách chia t cho m u x p theo s mũ âm d n, ta ñư c: So sánh v i pt(2.56), ta ñư c: (b) T ROC c a X(z), ta th y x(n) là m t dãy bên trái. Vì v y, ta ph i th c hi n phép chia sao cho thu ñư c khai tri n lũy th a dương c a z. Mu n v y, ta x p các ña th c t s và m u s theo th t sao cho lũy th a c a z-1 gi m d n (t c s mũ ít âm d n cho ñ n 0). Ta th c hi n phép chia như sau:
  • 69. Ta thu ñư c: 2.5 GI I PHƯƠNG TRÌNH SAI PHÂN TUY N TÍNH H S H NG DÙNG BI N ð I Z M T PHÍA 2.5.1. BI N ð I Z M T PHÍA (UNILATERAL Z-TRANSFORM) 2.5.2. GI I PHƯƠNG TRÌNH SAI PHÂN TUY N TÍNH H S H NG: 2.5.1. BI N ð I Z M T PHÍA (UNILATERAL Z-TRANSFORM) ð NH NGHĨA: Bi n ñ i z m t phía c a tín hi u x(n) ñã ñư c ñ nh nghĩa pt(2.4), ta nh c l i: Nó khác v i bi n ñ i z hai phía ch ch tính các giá tr x(n) v i n ( 0, gi i h n dư i c a t ng là 0. Ta th y, n u x(n) là m t tín hi u nhân qu (nghĩa là x(n) = 0 v i m i n < 0) thì bi n ñ i z m t phía và bi n ñ i z hai phía là ñ ng nh t, ngư c l i, n u x(n) ( 0 khoi n < 0 thì chúng khác nhau.
  • 70. ROC c a t t c các bi n ñ i z m t phía là |z| > rH (rH là m t s th c dương), v i bi n ñ i z m t phía có d ng h u t thì rH là modul c a c c xa g c t a ñ nh t. Vì v y, khi s d ng bi n ñ i z m t phía, ngư i ta thư ng không ñ c p ñ n ROC . Ví d 2.18: Xét tín hi u x(n) =δ(n) Ta th y, vì x(n) = 0 v i m i n < 0 nên bi n ñ i z hai phía và m t phía là gi ng nhau. Ví d 2.19: Xét tín hi u x(n) = δ (n + 1) Trong trư ng h p này, xung ñơn v xu t hi n th i ñi m n = -1. Ta th y, vì x(n) không nhân qu , nên bi n ñ i z hai phía và m t phía là phân bi t nhau. TÍNH CH T: H u h t các tính ch t c a bi n ñ i z hai phía ñ u ñúng v i bi n ñ i z m t phía ng ai tr tính ch t d ch th i gian. • Tính ch t d ch th i gian: Xét m t tín hi u x(n) có bi n ñ i z m t phía là X+(z). Ta xét 2 trưòng h p: Trư ng h p 1: D ch ph i. Xét tín hi u x1(n) = x(n – k),v i k > 0, ta có: Ch ng minh:
  • 71. Ta ñư c k t qu trên b ng cách ñ i bi n n = -l. Trư ng h p 2: D ch trái. Xét tín hi u x2(n) = x(n + k),v i k > 0, ta có: Trư ng h p này cũng ñư c ch ng minh tương t như trư ng h p 1. • ð nh lý giá tr cu i (Final value theorem) Gi i h n (2.63) t n t i n u ROC c a (z-1)X+(z) ch a vòng tròn ñơn v . Vi c ch ng minh ñ nh lý này ñư c xem như bài t p. Ví d 2.20: ðáp ng xung c a m t h th ng LTI ngh là h(n) = anu(n), v i |a| < 1. Hãy xác ñ nh ñáp ng c a h th ng v i tín hi u vào là tín hi u nh y b c ñơn v khi n → ∞. Gi i: ðáp ng c a h th ng là: y(n) = h(n)*x(n) v i : x(n) = u(n). Rõ ràng, n u ta kích thích m t h th ng nhân qu v i m t tín hi u vào nhân qu thì tín hi u ra cũng nhân qu . Vì x(n), h(n) và y(n) ñ u là các dãy nhân qu , nên bi n ñ i Z m t phía và bi n ñ i Z hai phía là ñ ng nh t. Áp d ng tính ch t ch p ta ñư c:
  • 72. Vì |a| < 1 nên ROC c a (z-1)Y(z) ch a vòng tròn ñơn v . Áp d ng ñ nh lý giá tr cu i, ta ñư c: 2.5.2. GI I PHƯƠNG TRÌNH SAI PHÂN TUY N TÍNH H S H NG: M t công d ng quan tr ng c a bi n ñ i z m t phía là phân tích h th ng ñư c mô t b i phương trình sai phân tuy n tính h s h ng không có ñi u ki n ngh . Vì kích thích ñư c ñưa vào m t th i gian xác ñ nh, ta coi như n = 0, nên tín hi u vào cũng như tín hi u ra ch ñư c kh o sát các th i ñi m n ≥ 0, ñi u này không có nghĩa là các tính hi u ra b ng 0 các th i ñi m n < 0. Ta th y, bi n ñ i z m t phía là m t công c thích h p trong trư ng h p này. Ta xét ví d sau ñây: Ví d 2.21: Xác ñ nh ñáp ng nh y b c ñơn v c a h th ng ñư c mô t b i phương trình sai phân sau: y(n) = ay(n-1) + x(n) , v i –1 < a < 1 v i ñi u ki n ñ u là: y(-1) = 1. Gi i: L y bi n ñ i Z m t phía hai v c a phương trình sai phân ta ñư c: Y+(z) = a[z-1Y+(z) + y(-1)] + X+(z) V i x(n) = u(n) ta có X+(z) = 1/(1-z-1). Thay th y(-1) và X+(z) vào phương trình trên và s p x p l i ta ñư c: Tìm bi n ñ i Z ngư c b ng phương pháp khai tri n thành các phân th c h u t ñơn gi n, ta ñư c: 2.6 PHÂN TÍCH H TH NG LTI TRONG MI N Z 2.6.1. HÀM TRUY N ð T C A H TH NG LTI 2.6.1.1. Hàm truy n ñ t (hàm h th ng) 2.6.1.2. Hàm truy n ñ t c a m t h th ng ñư c ñ c trưng b i LCCDE 2.6.1.3. S k t n i c a các h th ng LTI 2.6.2. ðÁP NG C A H TH NG C C - ZERO NGH 2.6.3. ðÁP NG C A H T H NG C C-ZERO V I ðI U KI N ð U KHÁC 0 2.6.4. ðÁP NG QUÁ ð (TRANSIENT RESPONSE) 2.6.5. H TH NG N ð NH VÀ NHÂN QU 2.6.1. HÀM TRUY N ð T C A H TH NG LTI
  • 73. 2.6.1.1. Hàm truy n ñ t (hàm h th ng) T chương I, ta ñã th y r ng m t h th ng LTI hoàn toàn có th ñ c trưng trong mi n th i gian b i ñáp ng xung h[n] c a nó, v i tín hi u vào x[n], ñáp ng c a h th ng ñư c tính b i t ng ch p: y[n] = x(n) * h(n) (2.64) Chúng ta cũng th y ñư c các khó khăn khi xác ñ nh ñáp ng c a h th ng tr c ti p b ng t ng ch p. G i X(z) và H(z) l n lư t là bi n ñ i z c a x(n) và h(n), áp d ng tính ch t ch p c a bi n ñ i Z, ta ñư c bi n ñ i Z c a y(n) như sau: Y(z) = X(z).H(z) (2.65) v i m t mi n h i t thích h p. V y, thông qua phép bi n ñ i Z, t ng ch p c a hai dãy ñã bi n thành phép nhân ñơn gi n. Sau khi có ñư c Y(z), ta dùng phép bi n ñ i Z ngư c ñ tính ñáp ng y(n). Cách làm này rõ ràng là d dàng hơn cách tính tr c ti p t t ng ch p. Pt(2.65) có th ñư c vi t l i: H(z) ñư c g i là hàm h th ng (System function) hay hàm truy n ñ t (Transfer function). Vì H(z) và h(n) là m t c p duy nh t, nên m t h th ng LTI b t kỳ hoàn toàn có th ñư c ñ c t b i hàm h th ng c a nó. 2.6.1.2. Hàm truy n ñ t c a m t h th ng ñư c ñ c trưng b i LCCDE Xét m t h th ng LTI mà quan h vào ra c a nó th a mãn phương trình sai phân tuy n tính h s h ng (LCCDE) như sau: Chúng ta cũng ñã bi t r ng, t phương trình sai phân (2.67) ta có th tìm ñư c y(n) theo phương pháp ñ qui. N u ñi u ki n ban ñ u ngh ñư c th a mãn, h th ng s là tuy n tính, b t bi n và nhân qu . Áp d ng bi n ñ i Z cho c hai v c a pt(2.67) và ñ ý ñ n tính ch t tuy n tính, d ch th i gian c a bi n ñ i Z, ta