数字信号处理习题集附答案a.doc

1、第一章 数字信号处理概述 简答题： 1 在 A/D 变换之前和 D/A 变换之后都要让信号通过一个低通滤波器，它们分别起什么作用？ 答：在 A/D 变化之前让信号通过一个低通滤波器，是为了限制信号的最高频率，使其满足当采样频率一定时，采样频率应大于等于信号最高频率 2 倍的条件。此滤波器亦称位“抗折叠”滤波器。 在 D/A 变换之后都要让信号通过一个低通滤波器，是为了滤除高频延拓谱，以便把抽样保持的阶梯形输出波平滑化，故友称之为“平滑”滤波器。 判断说明题： 2模拟信号也可以与数字信号一样在计算机上进行数字信号处理，自己要增加 一道采样的工序就可以了。 （ ） 答：错。需要增加采样和量化两道工

2、序。 3 一个模拟信号处理系统总可以转换成功能相同的数字系统，然后基于数字信号处理 理论，对信号进行等效的数字处理。（ ） 答：受采样频率、有限字长效应的约束，与模拟信号处理系统完全等效的数字系统未必一定能找到。因此数字信号处理系统的分析方法是先对抽样信号及系统进行分析，再考虑幅度量化及实现过程中有限字长所造成的影响。故离散时间信号和系统理论是数字信号处理的理论基础。 第二章 离散时间信号与系统分析基础 一、 连续时间信号取样与取样定理 计算题： 1 过滤限带的模拟数据时，常采用数字滤波器，如图所示，图中 T表示采样周期（假设 T足够小，足以防止混迭效应），把从 )()( tytx 到 的整个

3、系统等效为一个模拟滤波器。 （ a） 如果 kH zTradnh 101,8)( 截止于 ，求整个系统的截止频率。 （ b） 对于 kHzT 201 ，重复（ a）的计算。 采样（T） nh nx tx nyD/A 理想低通 Tc ty解 （ a）因为当 0)(8 jeHra d时 ，在数 模变换中 )(1)(1)( TjXTjXTeYaaj 所以 )(nh 得截止频率 8 c 对应于模拟信号的角频率 c 为 8Tc 因此 HzTf cc 6 2 51612 由于最后一级的低通滤波器的截止频率为 T ，因此对 T8 没有影响，故整个系统的截止频率由 )( jeH 决定，是 625Hz。 （ b

4、）采用同样的方法求得 kHzT 201 ，整个系统的截止频率为 HzTfc 1250161 二、 离散时间信号 与系统频域分析 计算题： 1设序列 )(nx 的傅氏变换为 )( jeX ，试求下列序列 的傅里叶变换。 （ 1） )2(nx （ 2） )(*nx （共轭） 解：（ 1） )2(nx 由序列傅氏变换公式 DTFT nnjj enxeXnx )()( ) 可以得到 DTFT 2)()2()2( njn njn enxenxnx 为偶数)()(21)(21)(21)(21)(21)()1()(2122)2(2)2(22jjjjnjnnjnnjnneXeXeXeXenxenxenxnx（

5、 2） )(* nx （共轭） 解： DTFT )(*)()(*)(* jn njnjn eXenxenxnx 2 计算下列各信号的傅里叶变换。 （ a） 2 nun （ b） 2)41( nun （ c） 24 n （ d） nn )21( 解：（ a） 0 22)(nnjnnjnn eenuX jnnjee 2111)21(0 （ b） 2 )41(241)(nnjnnjnn eenuX ）（ jjmmjmeee 41116)41( 20)2(2 （ c） 224)( jnnjnjn eenenxX （ d） 1211 1211 121)( jjnjnneeeX ）（利用频率微分特性，可得

6、 22 )211(121)211(121)()(jjjjeeeedXdjX3 序列 )(nx 的傅里叶变换为 )( jweX ，求下列各序列的傅里叶变换。 （ 1） )(* nx （ 2） )(Re nx (3) )(nnx 解： （ 1） )(*)()( *)(* jwnnjwnjw n eXenxenx （ 2） njwjwj w nnj w n eXeXenxnxenx )()(21)()(21)(R e （ 3）dw edXjenxdwdjdw endxjennxjwnjw nnjw nnjw n )()()(1)( 4 序列 )(nx 的傅里叶变换为 )( jweX ，求下列各序列的

7、傅里叶变换。 （ 1） )(nx （ 2） )(Im nxj (3) )(2nx 解：（ 1） )()()()( )()( jwnnwjnnwjnj w n eXenxenxenx （ 2） )()(21)()(21)()(21)()(21)(jwjwnnwjjwn njw njw njw nneXeXenxeXenxenxenxnx （ 3） )()(21)()(21)()(21)()()(2jwjwjjn nnwjjnjw neXeXdeXeXenxdeXenx 5 令 )(nx 和 )( jweX 表示一个序列及其傅立叶变换，利用 )( jweX 表示下面各序列的傅立叶变换。 （ 1）

8、)2()( nxng （ 2） 为奇数为偶数nnnxng 0 2)( 解：（ 1） 为偶数kkwkjnjn wnjn wjw ekxenxengeG 2)()2()()( )()(2121)(21)(21)(21)(21)(21)()1()(2122)2(2)2(2222wjwjwjwjkwjkwjkwjkjkwjkkwkjkeXeXeXeXekxeXeekxekxekxkx（ 2） )()()2()()( 222 wjrwjrrrwjnj n wjw eXerxergengeG 6 设序列 )(nx 傅立叶变换为 )( jweX ，求下列序列的傅立叶变换。 （ 1） )( 0nnx 0n 为

9、任意实整数 （ 2） 为奇数为偶数nnnxng 0 2)( （ 3） )2(nx 解： （ 1） 0)( jwnjw eeX （ 2） )2(nx n 为偶数 )(ng )( 2wjeX 0 n 为奇数 （ 3） )()2( 2jweXnx 7 计算下列各信号的傅立叶变换。 （ 1） )2()3()21( nunun （ 2） )2s in()718c o s ( nn （ 3） 其它0 41)3c o s ()( nnnx 【解】 （ 1） nknNjn enunukX 2)2()3()21()( 2232 )21()21( n knNjnn knNjn ee kNjkNjkNjkNjeee

10、e222223211412118 kNjkNjkNjeee 225523211)21(18 （ 2）假定 )718cos( n 和 )2sin( n 的变换分别为 )(1kX 和 )(2kX ，则 k kkNkkNkX )27182()27182()(1 k kkNkkNjkX )222()222()(2 所以 )()()( 21 kXkXkX k kkNjkkNjkkNkkN )22()222()27182()27182( （ 3） 4423c o s)( n kNjnnekX 44233 )(21n kNjnnjnj eee 90)23()32(490)23()32(4 2121nnNjk

11、NjnnkNjkNj eeee )23()23()32(4)23()23()32(41121112199kNjkNjkNjkNjkNjkNjeeeeee 8求下列序列的时域离散傅里叶变换 )( nx ， )(Re nx ， )(0nx 解： )()()( )( jnj eXenxnx )()()(21)()(21)(Re jejjnj eXeXeXenxnxnx )(Im)()(21)(0 jnjj eXjenxnxenx 三、 离散时间系统系统函数 填空题： 1 设 )(zH 是线性相位 FIR 系统，已知 )(zH 中的 3 个零点分别为 1， 0.8， 1+j，该系统阶数至少为（ ）。

12、解：由线性相位系统零点的特性可知， 1z 的零点可单独出现， 8.0z 的零点需成对出现，jz 1 的零点需 4 个 1 组，所以系统至少为 7 阶。 简答题： 2 何谓最小相位系统？最小相位系统的系统函数 )(min ZH 有何特点？ 解：一个 稳定的因果线性移不变系统，其系统函数可表示成有理方程式 NkkkMrrrZaZbZQZPZH101)()()( ，他的所有极点都应在单位圆内，即 1k 。但零点可以位于 Z 平面的任何地方。有些应用中，需要约束一个系统，使它的逆系统)(1)( ZHZG 也是稳定因果的。这就需要 )(ZH 的零点也位于单位圆内，即 1r 。一个稳定因果的滤波器，如果它

13、的逆系统也是稳定因果的，则称这 个系统是最小相位。等价的，我们有如下定义。 【定义】一个有理系统函数，如果它的零点和极点都位于单位圆内，则有最小相位。 一个最小相位系统可由它的傅里叶变换的幅值 )( jweH 唯一确定。从 jwe 求 )(ZH 的过程如下：给定 jwe ，先求 2jwe ，它是 )cos(kw 的函数。然后，用 )(21 kk ZZ 替代 )cos(kw ，我们得到 )()()( 1 ZHZHZG 。最后，最小相位系统由单位圆内的 )(ZG 的极、零点形成。 一个稳定因果系统总可以分解成一个最小相位系统和一个全通系统的乘积，即 )()()( m in ZHZHZH ap 完成

14、这个因式分解的过程如下：首先，把 )(ZH 的所有单位圆外的零点映射到它在单位圆内的共轭倒数点，这样形成的系统函数 )(minZH 是最小相位的。然后，选择全通滤波器)(ZHap ，把与之对应的 )(min ZH 中的零点映射回单位圆外。 3 何谓全通系统？全通系统的系统函数 )(ZHap 有何特点？ 解： 一个稳定的因果全通系统，其系统函数 )(ZHap 对应的傅里叶变换幅值 1)( jweH ，该单位幅值的约束条件要求一个有理系统函数方程式的零极点必须呈共轭 倒数对出现，即 Nk kkNkkkMrrrap ZZZaZbZQZPZH1111011)()()(。因而，如果在kZ 处有一个极点，

15、则在其共轭倒数点 kZ 1处必须有一个零点。 4 有一线性时不变系统，如下图所示，试写出该系统的频率响应、系统（转移）函数、差分方程和卷积关系表达式。 nh nx ny解： 频率响应： njj enheH )()( 系统函数： nZnhZH )()( 差分方程： )( )(1 ZX ZYZ卷积关系： )()()( nxnhny第三章 离散傅立叶变换 一、 离散傅立叶级数 计算题： 1如果 )(nx 是一个周期为 N的周期序列，那么它也是周期为 2N的周期序列。把 )(nx 看作周期为 N的周期序列有 )()( 1 kXnx （周期为 N）；把 )(nx 看作周期为 2N的周期序列有 )()(

16、2 kXnx （周期为 2N）；试用 ）（ kX1 表示 ）（ kX2 。 解： 101021 )()()(NnNnknNjknN enxWnxkX nkNjNNnNnNnnkNjknN enxenxWnxkX 2212120102222 )()()()( 对后一项令 Nnn ，则 10 10 )(22222 )()()( Nn Nn NnkNjnkNj eNnxenxkX )2()1()()1(1022kXeenxejkNnnkNjjk 所以0)2(2)( 12 kXkX 为奇数为偶数kk 二、 离散傅立叶变换定义 填空题 2 某 DFT 的表达式是 10 )()(NkklMWkxlX ，则变换后数字频域上相邻两个频率样点之间的间隔是（ ）。 解： M2 3 某序列 DFT的表达式是 10 )()(NkklMWkxlX ，由此可看出，该序列的时域长度是（ ），变换后数字频域上相邻两个频率样点之间隔是（ ）。