第五章时域离散系统的基本网络结构精选文档.ppt
第五章时域离散系统第五章时域离散系统的基本网络结构的基本网络结构1本讲稿第一页，共五十三页主要内容引言网络结构的信号流图表示IIR基本网络结构FIR基本网络结构本讲稿第二页，共五十三页一、引子本讲稿第三页，共五十三页二、引言二、引言什么是网络结构？什么是网络结构？l就是系统实现方法的构造形式（即系统函就是系统实现方法的构造形式（即系统函数的表达形式）数的表达形式）l网络结构表示具体的算法，即运算结构。网络结构表示具体的算法，即运算结构。本讲稿第四页，共五十三页二、引言(cont)为什么要研究网络结构？本讲稿第五页，共五十三页本讲稿第六页，共五十三页本讲稿第七页，共五十三页本讲稿第八页，共五十三页本讲稿第九页，共五十三页二、引言(cont)结论：结论：l网络结构表示一定的运算结构，而不同网络结构表示一定的运算结构，而不同结构的运算复杂程度、运算速度、运算结构的运算复杂程度、运算速度、运算误差是不同的，因此研究实现信号处理误差是不同的，因此研究实现信号处理的网络结构是很重要的。的网络结构是很重要的。本讲稿第十页，共五十三页三、信号流图本讲稿第十一页，共五十三页本讲稿第十二页，共五十三页五、网络结构分类本讲稿第十三页，共五十三页五、网络结构分类(cont)本讲稿第十四页，共五十三页六、IIR网络结构IIR网络结构特点网络结构特点l信号流图中含有反馈之路信号流图中含有反馈之路l单位脉冲响应是无限长单位脉冲响应是无限长本讲稿第十五页，共五十三页IIR网络结构本讲稿第十六页，共五十三页直接型IIR本讲稿第十七页，共五十三页本讲稿第十八页，共五十三页直接型的优缺点直接型的优缺点优点：优点：l可直接由传函或差分方程直接画出网结可直接由传函或差分方程直接画出网结构流图，简单直观。构流图，简单直观。缺点：缺点：l调整零、极点困难；调整零、极点困难；l极点对系数的变化过于敏感；极点对系数的变化过于敏感；l容易产生较大误差。容易产生较大误差。本讲稿第十九页，共五十三页级联型IIR本讲稿第二十页，共五十三页本讲稿第二十一页，共五十三页级联型优缺点优点：优点：l便于准确实现零、极点，易于调整；便于准确实现零、极点，易于调整；缺点：缺点：l存在计算误差累积；存在计算误差累积；l各种实现方案所带来的误差不同，存在各种实现方案所带来的误差不同，存在最优化问题；最优化问题；本讲稿第二十二页，共五十三页并联型IIR本讲稿第二十三页，共五十三页本讲稿第二十四页，共五十三页并联型优缺点优点：优点：l运算速度最快；运算速度最快；l调整极点方便；调整极点方便；l不存在误差累积问题；不存在误差累积问题；缺点：缺点：l调整零点困难。调整零点困难。本讲稿第二十五页，共五十三页习题本讲稿第二十六页，共五十三页本讲稿第二十七页，共五十三页本讲稿第二十八页，共五十三页四、习题开讲本讲稿第二十九页，共五十三页七、函数变形用MATLAB作系统函数的变形ltf2sos 直接型直接型 级联型级联型(类似类似tf2zp)lsos2tf 级联型级联型直接型直接型(类似类似zp2tf)lresiduez 直接型直接型部分分式（留数）部分分式（留数）形式形式tf2zpzp2tf residuez 分解到Z的-1次幂（从数学角度）tf2sossos2tf分解到z的-2次幂（从网络结构考虑）本讲稿第三十页，共五十三页例例5.3.2的求解程序如下：的求解程序如下：B=8，4，11，2；A=1，1.25，0.75，0.125；S，G=tf2sos(B,A)运行结果：运行结果：S=1.0000 0.1900 0 1.0000 0.2500 0 1.0000 0.3100 1.3161 1.0000 1.0000 0.5000G=8本讲稿第三十一页，共五十三页七、函数变形(cont)MATLAB 变传函形式为部分分式本讲稿第三十二页，共五十三页【例例5.3.3】画出例题5.3.2中的H(z)的并联型结构。Matlab实现：b=8-4 11-2;a=1-1.25 0.75-0.125r,p,k=residuez(b,a);与以下等价(没有函数可以分解成此形式)本讲稿第三十三页，共五十三页习题练习本讲稿第三十四页，共五十三页(4)h(n)=h1(n)*h2(n)+h3(n)*h4(n)+h5(n)=h1(n)*h2(n)+h1(n)*h3(n)*h4(n)+h5(n)H(z)=H1(z)H2(z)+H1(z)H3(z)H4(z)+H5(z)本讲稿第三十五页，共五十三页6 题6图中画出了10种不同的流图，试分别写出它们的系统函数及差分方程。图（f）图（j）本讲稿第三十六页，共五十三页八、FIR网络结构FIR结构特点结构特点l没有反馈之路没有反馈之路l单位脉冲响应是有限长单位脉冲响应是有限长本讲稿第三十七页，共五十三页八、FIR网络结构本讲稿第三十八页，共五十三页2 级联型级联型级联型网络结构就是由一阶或二阶因子构成的级联结构。级联型网络结构就是由一阶或二阶因子构成的级联结构。【例【例5.4.1】设设FIR网络系统函数网络系统函数H(z)如下式：如下式：画出画出H(z)的直接型结构和级联型结构。的直接型结构和级联型结构。解解 将将H(z)进行因式分解，得到：进行因式分解，得到：其级联型结构和直接型结构如图其级联型结构和直接型结构如图5.4.2所示。所示。本讲稿第三十九页，共五十三页图5.4.2 例5.4.1图本讲稿第四十页，共五十三页八、八、FIR网络结构网络结构(Cont)频率采样结构频率采样结构l是根据是根据FIR系统函数的系统函数的z域内插表达式域内插表达式得到的一种网络结构。得到的一种网络结构。本讲稿第四十一页，共五十三页 表示表示FIR系统，系统，是一个是一个N节延时单元的梳状滤节延时单元的梳状滤波器波器零点：在单位圆上有零点：在单位圆上有N个等间隔的一阶零点：个等间隔的一阶零点：极点：有一个极点：有一个N阶极点：阶极点：本讲稿第四十二页，共五十三页八、FIR网络结构(Cont)本讲稿第四十三页，共五十三页该子滤波器为一阶该子滤波器为一阶IIR网络。网络。零点：一个一阶零点：零点：一个一阶零点：z=0极点：一个一阶极点：极点：一个一阶极点：使该频率使该频率 处的频率响应等于处的频率响应等于H(k)本讲稿第四十四页，共五十三页八、FIR网络结构(Cont)本讲稿第四十五页，共五十三页克服缺点克服缺点1，将单位圆的零极点都收缩到单位圆内，将单位圆的零极点都收缩到单位圆内本讲稿第四十六页，共五十三页克服缺点克服缺点2，根据根据DFT的共轭对称性，将互为共轭的的共轭对称性，将互为共轭的H(k)和和H(N-k)合并，复系数化为实系数合并，复系数化为实系数本讲稿第四十七页，共五十三页当当N为偶数为偶数N为奇数时为奇数时本讲稿第四十八页，共五十三页11 已知FIR滤波器的16个频率采样值为：H(0)=12，H(3)H(13)=0 H(1)=3j，H(14)=1 j H(2)=1+j，H(15)=3+j 试画出其频率采样结构，选择r=1，可以用复数乘法器。解解：N=16画出其结构图如题11解图所示。本讲稿第四十九页，共五十三页题11解图本讲稿第五十页，共五十三页12.已知已知FIR滤波器系统函数在单位圆上滤波器系统函数在单位圆上16个等间隔采个等间隔采样点为样点为:H(0)=12，H(3)H(13)=0 H(1)=3j，H(14)=1j H(2)=1+j，H(15)=3+j 试画出它的频率采样结构试画出它的频率采样结构,取修正半径取修正半径r=0.9,要求用实要求用实数乘法器。数乘法器。解：解：本讲稿第五十一页，共五十三页本讲稿第五十二页，共五十三页十、作业P144:245(c)(d)6(f)(g)(j)本讲稿第五十三页，共五十三页
