다운 샘플러의 Z- 변환


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에서는 이 종이 또는 멀티 레이트 필터, 저자는 다음의 수학적 관계를 확립한다. yD 다운 샘플러의 출력 이라고합시다.

yD[n]=x[Mn]

여기서 M 은 다운 샘플링 계수입니다. 다시 말해, 우리 는 최초 신호의 모든 M 번째 샘플을 유지합니다 . 그런 다음 저자는 다음을 진술합니다.

... 의 z- 변환 yD[n]은 다음과 같이 주어진다.

YD[z]=1M∑k=0M−1X[z1/MWk]

여기서 Wk 는 M 포인트 이산 푸리에 변환 커널, 즉 e(−j2πk)/M 입니다.

우리는 어떻게 이전의 표현에서 후자의 표현으로 갈 수 있습니까? 그러한 전환을 가능하게하는 DFT와 Z 변환 사이의 관계는 무엇입니까?

답변:


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이 파생은 까다로운 것입니다. 이전에 제안 된 접근 방식에는 결함이 있습니다. 이것을 먼저 설명하겠습니다. 그런 다음 올바른 해결책을 제시 할 것입니다.

우리는 관련 목적 다운 샘플링 된 신호 - 기존, Y D ( Z ) = Z를 { X [ M N ] } 의 행 Z의 원래 신호의 - 기존 X ( Z ) = Z { X [ N ] } .ZYD(z)=Z{x[Mn]}ZX(z)=Z{x[n]}

잘못된 길

다운 샘플링 된 신호의 표현을 변환의 표현에 간단히 연결하는 것을 생각할 수 있습니다 .Z

YD(z)=∑n=−∞+∞x[Mn]z−n

변수 의 변화는 명백해 보인다 :n′=Mn

YD(z)=∑n′∈MZx[n′]z−n′/M

그러나, 새로운 합계 지수에도 불구하고 그것을 실현하는 것이 중요하다 여전히에서 실행 - ∞ 에 ∞ , 합계 숫자의 정수 M에서 지금 이상 1입니다 . 다시 말해,n′−∞∞

,n′∈MZ={...,−2M,−M,0,M,2M,...}

의 정의 에는Z

.n∈{...,−2,−1,0,1,2,...}

이것은 더 이상 이 아니기 때문에 다음 과 같이 쓸 수 없습니다 .Z

YD(z)=X(z1/M)

옳은 길

먼저 '도우미'임펄스 트레인 신호 를 다음과 같이 정의하겠습니다 .tM[n]

tM[n]=∑k=−∞+∞δ[n−kM]={1:n∈MZ0:n∉MZ

이 기능은 매 중 1에서 M의 샘플 및 다른 곳 제로.1M

마찬가지로 펄스 트레인 기능은 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

tM[n]=1M∑k=0M−1ej2πkn/M

증명 : 우리는 와 n ∉ M Z를 따로 고려해야합니다 :n∈MZn∉MZ

의 경우N∉MZ는, 우리는에 대한 식을 사용하여기하학적 인 일련의 유한 합.

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

이제 다운 샘플러 의 을 찾는 원래 문제로 돌아가 봅시다 .Z

YD(z)=∑n=−∞+∞x[Mn]z−n

n′=Mn

YD(z)=∑n′∈MZx[n′]z−n′/M

n∈Z

YD(z)=∑n=−∞+∞tM[n]x[n]z−n/M

임펄스 트레인 함수에 대한 위의 공식을 유한 지수의 합으로 사용하면 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다.

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

Zz′=e−j2πk/Mz1/M

YD(z)=1M∑k=0M−1X(e−j2πk/Mz1/M)

Z


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아주 좋아요 위의 이전 답변을 읽는 동안 나는 당신과 같은 결함을 발견했습니다.
— Jason R

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M

yD[n]=x[Mn]

z

YD(z)=∑n=−∞∞yD[n]z−n=∑n=−∞∞x[Mn]z−n

n′=Mn

YD(z)=∑n′=−∞∞x[n′]z−n′/M

zx[n]

X(z)=∑n=−∞∞x[n]z−n

zx[n]yD[n]

YD(z)=X(z1/M)

zzM

YD(z)zz1/MzYD(z)z1/MMzX(z)z∈CMM

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

={rp, rpW, rpW2, … , rpWM−1}

Wkej2πk/MrpMz

rp=|z|Mej∠zM

zMrpzMzzMrp

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

YD(z)=1M∑k=0M−1X(rp(z)Wk)

rp(z)MzM1Mz1/M

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


아주 좋은 대답입니다.
— Spacey

감사. 면허가있는 수학자라면 제가 설명하려고 할 때 울었습니다 (저는 분명히 엔지니어입니다). 나는 그것이 명확하지 않다고 생각하지만, 다른 누군가가 더 명확한 설명을 제안 할 수도 있고, 더 나은 말을 할 방법을 생각할 수도 있습니다.
— Jason R

나는 전반부를 이해하지만 일이 끝날 때 퍼지게됩니다.
— Spacey

나는 기회가 생겼을 때 후반부를 다시 써야한다. 실제로는 두 함수의 구성에 대한 표현식을 도출하기위한 표준 기술 일뿐입니다. 나는 그것을하는 방법에 대한 세부 사항을 기억해야합니다.
— Jason R
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