II. Análisis de señales en tiempo discreto. TEMA I Señales y sistemas de tiempo discreto 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona Introducción. Señales de tiempo discreto. Sistemas de tiempo discreto. Sistemas lineales e invariantes en el tiempo (LIT). Propiedades de los sistemas LIT. Representación de sistemas LIT. Transformada de Fourier (TF) 20 12/08/02 Señales en tiempo discreto • Muestra unitaria (impulso en tiempo discreto): 0, n ≠ 0 1, n = 0 δ ( n) = −∞ < n< ∞ • Escalón unitario: • Su dominio es el conjunto de enteros. • No está definida para valores no enteros, pero es incorrecto pensar que es cero si n no es entero! 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 21 Ejemplos de secuencias (1) • Las señales en tiempo discreto se representan mediante secuencias. • Una secuencia de números x, en la cual el nésimo miembro de la familia es x(n), se denota formalmente como: x = {x (n)} EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 1, n ≥ 0 u( n) = 0, n < 0 22 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 23 Ejemplos de secuencias (2) • Es posible expresar cualquier secuencia como una suma de muestras unitarias escaladas y desplazadas. Sea la secuencia p(n) en la figura siguiente: α • u(n) está relacionado con δ(n): u ( n) = α-4 n ∑ δ (k ) k = −∞ (1.1) α2 Entonces, δ (n) = u(n) − u(n − 1) α5 0 p(n) = α-4.δ(n+3) + α0.δ(n) + α2.δ(n-2) + α5.δ(n-5) (1.2) Y en general, para cualquier secuencia x: x ( n) = ∞ ∑ x (k ) ⋅ δ (n − k ) (1.3) k = −∞ 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 24 12/08/02 Ejemplos de secuencias (3) • Exponencial real: x ( n) = Aα EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona Ejemplos de secuencias (4) n • Note que para r entero: j (ω + 2πr ) n 12/08/02 • Esto nos indica que para las secuencias exponenciales complejas o sinusoidales reales, solamente es necesario considerar frecuencias en un intervalo de longitud 2π. x ( n ) = e (σ + j ω 0 ) n EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona jω n Ae 0 = Ae 0 A cos[(ω 0 + 2πr )n + φ ] = A cos(ω 0 n + φ ) • Senoidal: x (n) = A cos(ω 0 n + φ ) • Exponencial compleja: 25 26 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 27 Operaciones con señales discretas Operaciones con secuencias: • • • • • 12/08/02 Combinación de Desplazamiento y Reflexión (inversión en el tiempo): La señal y(n) = x(-n - α) puede obtenerse de dos modos: (a) Se desplaza x(n) a la derecha α unidades para obtener x(n - α) y luego se refleja esta nueva señal para obtener x(-n - α) . (b) Se refleja x(n) para obtener x(-n) y luego se desplaza a la izquierda α unidades esta nueva señal para obtener x(-n - α). Suma: x + y = {x(n) + y(n)} (muestra a muestra) Producto: x . y = {x(n) . y(n)} (muestra a muestra) Multiplicación por un escalar: α.x = {α.x(n)} Retardo o desplazamiento: y(n) = x(n –n0) , n0 entero y(n) es la versión desplazada de x(n). Reflexión: y(n) = x(–n) EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona En ambos casos, una muestra de x(n) ubicada en el índice original n estará ubicada en un nuevo índice nN, dado por n = -nN - α. 28 12/08/02 Secuencias periódicas (1) EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona Secuencias periódicas (2) • En el caso de secuencias exponenciales complejas y suinusoidales reales periodicas: • Una secuencia x(n) es periódica con periodo N si: (1.4) x(n) = x(n+N) Para todo n. • N debe se necesariamente un entero! jω n jω ( n + N ) e 0 =e 0 A cos(ω 0 n + φ ) = A cos(ω 0 n + ω 0 N + φ ) Esto requiere que: ω0N = 2πk, con k entero 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 29 30 12/08/02 (1.5) EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 31 Secuencias periódicas (3) Secuencias periódicas (4) Ejemplo: Calcular el periodo de las siguientes señales: Cuando se combina la condición (1.5): ω0N = 2πk, con k entero Con el hecho de que: x(n) = cos(πn/4), y(n) = cos(3πn/8) z(n) = cos(n) j (ω 0 + 2πr ) n jω n = Ae 0 A cos[(ω 0 + 2πr )n + φ ] = A cos(ω 0 n + φ ) Ae Se concluye que existen solamente N frecuencias distintas para las cuales las secuencias correspondientes son periódicas con periodo N. 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 32 Secuencias periódicas (5) 2πk , N k = 0,1,2,..., N − 1 • Estas propiedades de las secuencias senoidales y exponenciales complejas constituyen la base para la teoría y el diseño de algoritmos computacionales para el análisis de Fourier en tiempo discreto. 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 33 Altas y bajas frecuencias en secuencias exponenciales y sinusoidales • Por ejemplo, el conjunto de frecuencias ωk = 12/08/02 34 La interpretación de altas y bajas frecuencias en tiempo discreto es algo diferente a la de tiempo continuo: • Si ω0 se incrementa de 0 a π, la sinusoide oscila más rápidante • Si ω0 se incrementa de π a 2π, la sinusoide oscila más lentamente. Ej: veamos gráficamente que sucede con x(n) = cos(ω0 n) para ω0 = 0, π/8, π/4, π, 15π/8,7π/4, 2π 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 35 Medidas de señales discretas: ω0 = 0 ó ω0 = 2π SD = Suma Discreta: ω0 = π/8 ó ω0 =15π/8 ∑ x ( n) (1.6a) n = −∞ SA = Suma Absoluta: ω0 = π/4 ó ω0 = 7π/4 ∞ ∞ ∑ x ( n) (1.6b) n = −∞ Suma Acumulativa: s C ( n) = ∞ ∑ x (k ) (1.6c) k = −∞ ω0 = π 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 36 Medidas de señales discretas: 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 37 Simetría: • Secuencias con simetría par: Energía de una secuencia (señales aperiódicas): ε= ∞ ∑ x ( n) 2 (1.6d) n = −∞ Valor promedio: Potencia de una secuencia: (señales periódicas): x av P= 1 = N 1 N xe(n) = xe(-n) • Secuencias con simetría impar o antisimétricas: xo(n) = - xo(-n) N −1 ∑ x ( n) (1.6e) n= 0 N −1 ∑ x ( n) (1.6f) n= 0 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 38 (1.9) De donde se puede obtener, usando las propiedades de simetría (¿cómo?): xe(n) = 0.5x(n) + 0.5x(-n) xo(n) = 0.5x(n) - 0.5x(-n) 12/08/02 (1.8) • Partes par e impar de una secuencia: x(n) = xe(n) + xo(n) 2 (1.7) 12/08/02 (1.10) (1.11) EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 39 Sistemas de tiempo discreto Sistemas lineales Sea un sistema definido por: • Un sistema de tiempo discreto se define matemáticamente como una transformación o un operador que mapea una secuencia de entrada x(n) en una secuencia de salida y(n): y(n) = T[x(n)] Si y1(n) es la respuesta del sistema a x1(n) y y2(n) es la respuesta del sistema a x2(n), un sistema es lineal si y sólo si: y(n) = T[x(n)] • T[ax1(n) + bx2(n)] = aT[x1(n)] + bT[x2(n)] = ay1(n) + by2(n) (1.12) Representación gráfica: x(n) (principio de superposición) y(n) T[ ] para constantes arbitarias a y b. 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 40 Sistemas lineales • Esta propiedad implica que si h(n) es la respuesta a δ(n), entonces h(n-k) ser’a la respuesta a δ(n-k). si además el sistema es lineal, entonces (1.13) se transforma en: ∞ ∑ x(k )T [δ (n − k )] k = −∞ y ( n) = ∞ ∑ x (k )h k ( n) k = −∞ 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 41 • Sea un sistema con respuesta y(n) a una entrada x(n). Este sistema es invariante al desplazamiento si para todo k entero, una secuencia x1(n) = x(n-k) produce una respuesta y1(n)=y(n-k). ∞ y (n) = T ∑ x (k )δ (n − k ) k = −∞ y ( n) = EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona Sistemas invariantes al desplazamiento (invariantes en el tiempo) La propiedad anterior sugiere que un sistema lineal puede caracterizarse completamente mediante su respuesta a la muestra unitaria: • Sea h(k) = T[δ(n - k)] (respuesta a un impulso que ocurre en n=k), entonces: Usando (1.12): 12/08/02 y ( n) = (1.13) 42 ∞ ∑ x (k )h(n − k ) (1.14) k = −∞ 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 43 Cálculo de la suma de convolución – ejemplo. Suma de Convolución y sistemas LIT y ( n) = ∞ ∑ x(k )h(n − k ) k = −∞ • Sea un sistema con h(n) = anu(n), con a<1. Encuentre la respuesta y(n)=h(n)*x(n) a la entrada x(n) = u(n)-u(n-8). • A la ecuación (1.14) se le denomina suma de convolución. (1.14) indica que un sistema lineal invariante en el tiempo (linear time-invariant system – LTI) ó LIT puede caracterizarse completamente por su respuesta al impulso. En este caso, y(n) es el resultado de la Convolución de x(n) y h(n) y se escribe: • Solución: Se debe construir la suma de convolución. En las siguientes laminas se muestra el proceso: Primero se obtiene x(k) y h(k). Luego se obtiene h(-k) y se le desplaza n unidades para obtener h(n-k). Se realiza la multiplicación x(k).h(n-k) y se acumula el resultado para obtener la muestra n-esima de y(n). Se continua desplazando h(n-k) hasta obtener todas las muestras de y(n) y(n) = x(n)*h(n) • Se puede demostrar que la convolución es conmutativa, es decir: x(n)*h(n) = h(n)*x(n) 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 44 Cálculo de la suma de convolución – ejemplo. 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 45 Cálculo de la suma de convolución – ejemplo. 46 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 47 Combinación de sistemas LIT: Conexión en Cascada x(n) h1(n) h2(n) Combinación de sistemas LIT: Conexión en paralelo y(n) h1(n) x(n) x(n) h2(n) x(n) h1(n) y(n) x(n) Los 3 sistemas representados arriba son equivalentes 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 48 12/08/02 S= y ( n) ≤ B y < ∞ ∑ h(k ) < ∞ EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 49 • Un sistema es causal si su salida para cualquier n = n0 depende solamente de la entrada para n ≤ n0. Esto implica que si x1(n) = x2(n) para n ≤ n0 entonces y1(n)=y2(n) para n ≤ n0. Es decir, el sistema es no anticipativo • Un sistema LIT es estable si su respuesta al impulso es sumable absolutamente, es decir, si: ∞ y(n) Causalidad • Un sistema es estable si para toda entrada acotada x(n) éstre produce una salida acotada y(n), es decir si entonces h1(n) + h2(n) Los dos sistemas representados arriba son equivalentes Estabilidad x ( n) ≤ B x < ∞ y(n) h2(n) y(n) h1(n)* h2(n) + • Un sistema LIT es causal si y solo si: h(n) = 0, (1.15) n<0 (1.16) k = −∞ 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 50 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 51 Estabilidad y causalidad - Ejercicios • • Estabilidad y causalidad - Ejercicios 2. Promedio móvil: Determine si el sistema con respuesta al impulso h(n) = anu(n) es estable y causal M2 1 y ( n) = ∑ x (n − k ) M 1 + M 2 + 1 k = − M1 3. Acumulador: y ( n) = Encuentre la respuesta al impulso de los siguientes sistema y determine si son estables y causales. 1. Retardo ideal: EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 4. Diferencia hacia adelante: y(n) = x(n+1)-x(n) 5. Diferencia hacia atrás: y(n) = x(n)-x(n-1) 52 12/08/02 • Los sistemas cuya respuesta al impulso tiene un número finito de muestras no nulas se denominan sistemas con respuesta al impulso de duración finita (finite-duration impulse response – FIR) 53 • Una subclase de sistemas LIT de importancia práctica consiste en aquellos sistemas para los cuales la entrada x(n) y la salida y(n) satisfacen una ecuación en diferencias de la forma: • Los sistemas cuya respuesta el impulso es finita en duración se denominan sistemas con respuesta al impulso de duración infinita (infinite-duration impulse response – IIR) EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona Ecuaciones en diferencias lineales con coeficientes constantes. Sistemas FIR y Sistemas IIR 12/08/02 ∑ x (k ) k = −∞ y(n)=x(n-nd) 12/08/02 n N ∑a k =0 54 12/08/02 M k y ( n − k ) = ∑ br x ( n − r ) r =0 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona (1.17) 55 Ejemplo: El sistema acumulador y ( n) = n ∑ x (k ) • En el caso anterior, N=1, a0=1, a1=-1, M=0, b0=1 • Sin información adicional, una ecuación en diferencias como (1.17) no especifica únicamente la relación E/S de un sistema. Como en las ecuaciones diferenciales, existe una familia de soluciones. • En general, a una solución yp(n) que satisfaga (1.17) se le puede agregar una solución yh(n) de la ecuación homogénea (es decir, (1.17) con el lado derecho igual a 0) y esta suma será también una solución de 1.17. k = −∞ y ( n) = x ( n) + n −1 ∑ x (k ) k = −∞ • Para n – 1: y (n − 1) = n −1 ∑ x (k ) k = −∞ • Por lo tanto, y ( n) = x (n) + y (n − 1) y ( n) − y ( n − 1) = x ( n) 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 56 Representación de sistemas LIT causales mediante ecuaciones en diferencias (1) 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 57 Representación de sistemas LIT causales mediante ecuaciones en diferencias (2) • Si lo anterior se satisface (1.17) nos dará la relación E/S al reescribirla así: • Un sistema que satisfaga (1.17) será LIT y causal sólo si se elige adecuadamente la componente homogénea. En este caso, se requiere que el sistema esté inicialmente en reposo, es decir, si x(n) = 0 para todo n < n0 entonces y(n) = 0 para todo n < n0. M b ak y (n − k ) + ∑ k x (n − r ) (1.18) k =1 a 0 r =0 a 0 N y ( n) = − ∑ • Para sistemas FIR: N=0 • Para sistemas IIR: N>0 • Ejemplo: hallar la respuesta al impulso de sistema LIT causal definido por: y(n)=a.y(n-1) + x(n) 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 58 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 59 Representación de señales y sistemas de tiempo discreto en el dominio de la frecuencia (1) Representación de señales y sistemas de tiempo discreto en el dominio de la frecuencia (2) • Esta propiedad permite que los sistemas LIT puedan representarse en términos de sinusoides o exponenciales complejas (Representación de Fourier). • La representación en el dominio de la frecuencia de una señal o sistema puede proporcionar en muchos casos una forma matemáticamente más simple para manipular la información acerca de la señal o el sistema. • Una propiedad fundamental de los sistemas LIT es que la respuesta en régimen permanente a una entrada sinusoidal es también sinusoidal de la misma frecuencia, con amplitud y fase determinadas por el sistema. 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 60 Respuesta de un sistema de tiempo discreto a una entrada exponencial compleja y ( n) = jω H (e ) = ∞ ∑ h(k )e − jωk (1.19) • Entonces, y (n) = H (e jω )e jωn ∑ h(k )e ω = e jω n 61 k = −∞ (1.20) j ( n− k ) k = −∞ ∞ ∑ h(k )e • H(ejω) describe los cambios en amplitud compleja de una exponencial compleja de frecuencia ω. − jω k k = −∞ 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona • Si definimos • Si a un sistema de tiempo discreto se le aplica una secuencia de entrada x(n)=ejωn para -∞ < n < ∞, entonces, usando la suma de convolución: ∞ 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 62 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 63 Respuesta en frecuencia Respuesta en fase y retardo de grupo • H(ejω) describe los cambios en amplitud compleja de una exponencial compleja de frecuencia ω. • A H(ejω) se le denomina respuesta en frecuencia del sistema con respuesta al impulso h(n). • H(ejω) es compleja y puede expresarse bien en forma rectangular o polar: H (e jω ) = H R (e jω ) + jH I (e jω ) H (e jω ) = H (e jω ) e j arg[ H ( e 12/08/02 jω )] EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 64 Ejemplo – Respuesta en frecuencia (1) • arg[H(ejω)] = respuesta en fase • A veces es conveniente referirse al retardo de grupo en lugar de la fase: Retardo de grupo = − ∂ arg[ H (e jω )] ∂ω { } (1.21) • Note que H(ejω) es una función continua de ω y que además es periódica de periodo 2π (recuerde que ej(ω+2π)k = ejωk). 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 65 Ejemplo – Respuesta en frecuencia (2) • Hallar la respuesta en frecuencia de un sistema definido por 1, 0 ≤ n ≤ N − 1 h(n) = 0, en otros casos • Las gráficas para N= 6 de h(n), H(ejω) y arg[H(ejω) ] se muestran a continuación. • Solución: sustituyendo h(n) en (1.13): 1 − e − jω N H (e ) = ∑ e = 1 − e − jω k =0 sen(ωN / 2) − j ( N −1)ω / 2 = e sen(ω / 2) jω 12/08/02 N −1 − jω k EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 66 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 67 Transformada de Fourier (1) Transformada de Fourier (2) • Como H(ejω) es una función periódica de ω, se puede representar mediante una serie de Fourier, que es de hecho la representación dada por (2.13), donde los coeficientes de Fourier corresponden a los valores de la respuesta al impulso h(n). Por lo tanto, es posible hallar h(n) mediante la fórmula usada para hallar los coeficientes de Fourier: 1 h(n) = 2π π ∫ H ( e )e jω jω n dω −π ∞ ∑ h(n)e − jω n X (e ) = EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 1 x ( n) = 2π 68 12/08/02 Transformada de Fourier (2) π ∫π H (e jω jω ) X (e )e jω n (1.24) π ∫π X (e jω )e jωn dω (1.25) − EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona Si ωco = π/2 dω 69 1, ω ≤ ω co H ( e jω ) = 0, ω co < ω ≤ π |H(ejω)| − jω jω Y (e ) = H (e ) X (e ) EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona π -π (1.26) -2π -(2π-ωco) -ωco -ωco 2π-ωco 2π arg[H(ejω)] • Nota: (1.26) se puede obtener formalmente tomando la transformada de (1.14). 12/08/02 − jω n Hallar la respuesta al impulso del filtro ideal pasa-bajo en tiempo discreto, definido por: • Por lo que: jω ∑ x ( n) e Ejemplo – Transformada inversa (1) • (1.25) puede interpretarse como una superposición de exponenciales complejas de amplitud incremental. Entonces, para un sistema LIT (por el principio de superposición) la salida será la superposición de las respuestas incrementales a cada exponencial. Como cada secuencia se obtiene al multiplicar por H(ejω): 1 y ( n) = 2π ∞ n = −∞ (1.22) (1.23) n = −∞ 12/08/02 jω • y la transformada inversa como • donde H ( e jω ) = • Las ecuaciones (2.16) y (2.17) constituyen el par de transformadas de Fourier para la secuencia h(n) siempre y cuando la serie en (2.17) converja. • Para una secuencia general x(n), se define la transformada de Fourier como 70 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 71 Ejemplo – Transformada inversa (2) Propiedades de simetría de la T.F. • Solución:Usando la ecuación de la transformada inversa de Fourier (2.19): 1 h(n) = 2π ω co ∫ω e − jω n dω = co Secuencia x(n) 1. x*(n) 2. x*(-n) 3. Re[x*(n)] sen(ω co n) sen(πn / 2) = πn πn • Gráfica de h(n): Transformada de Fourier X(ejω) X*(e-jω) X*(ejω) Xe(ejω) [parte conj. simétrica de X(ejω)] 4. jIm[x*(n)] 5. xe(n) [parte conj. Xo(ejω) [parte conj. antisim. de X(ejω)] Re[ X(ejω)] simétrica de x(n)] 6. xo(n) [parte conj. jIm[ X(ejω)] antisim. de x(n)] 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 72 12/08/02 Propiedades de simetría de la T.F. para secuencias reales (1) Secuencia x(n) Secuencia x(n) X(ejω)= X*(e-jω) 11. Cualquier x(n) real Re[X(ejω)]=Re[X(e-jω)] 12. xe(n) [parte par de x(n)] Re[ X(ejω)] 13. xo(n) [parte impar de x(n)] jIm[ X(ejω)] Im[X(ejω)]= - Im[X(e-jω)] EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona arg[X(ejω)]= - arg[X(e-jω)] (la fase es impar) (la parte imaginaria es impar) 12/08/02 |X(ejω)|= |X(e-jω)| (la magnitud es par) (la parte real es par) 9. Cualquier x(n) real Transformada de Fourier X(ejω) 10. Cualquier x(n) real (la transformada de Fourier es conjugada simétrica) 8. Cualquier x(n) real 73 Propiedades de simetría de la T.F. para secuencias reales (2) Transformada de Fourier X(ejω) 7. Cualquier x(n) real EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 74 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 75 Teoremas de la transformada de Fourier (2) Teoremas de la transformada de Fourier (1) Secuencia 1. 2. 3. 4. 5. 6. 12/08/02 x(n) x(n) y(n) ax(n) + by(n) x(n - nd) e-jωo x(n) x(-n) Secuencia x(n) Transformada de Fourier X(ejω) X(ejω) Y(ejω) aX(ejω) + bY(ejω) e-jωnd X(ejω) X(ej(ω-ωo)) X(e-jω) X*(ejω) si x(n) es real EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona j 8. x(n)* y(n) X(ejω) Y(ejω) 9. x(n) y(n) 1 2π Teorema de Parseval: ∞ 1 ∑ 2 π n = −∞ ∞ 1 x ( n) y * ( n) = ∑ 2 π n = −∞ 76 12/08/02 2 x ( n) = π ∫ π ∫π X (e jθ Teorema de modulación )Y (ej (ω −θ ) )dθ − 2 X ( e jω ) d ω −π π ∫π X (e jω )Y * (e jω )dω − EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 77 REPASO: Secuencias periódicas En general, para que: • En la literatura se encuentran tablas de pares de transformadas de Fourier (secuencia – Transformada de Fourier) para las señales fundamentales ( impulso unitario, escalón, exponencial, tren de impulsos, coseno y otras que aparecen con frecuencia en problemas prácticos). EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona dX (e jω ) dω 7. nx(n) Tablas de pares de transformadas de Fourier para señales discretas 12/08/02 Transformada de Fourier X(ejω) jω ( n + N ) =e 0 A cos(ω 0 n + φ ) = A cos(ω 0 n + ω 0 N + φ ) e jω 0 n sean periódicas, se debe cumplir que: ω0N = 2πk, con k entero 78 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 79 REPASO: Suma de Convolución y sistemas LIT ∞ REPASO Operaciones con señales discretas y ( n) = ∑ x(k )h(n − k ) Combinación de Desplazamiento y Reflexión (inversión en el tiempo): La señal y(n) = x(-n - α) puede obtenerse de dos modos: (a) Se desplaza x(n) a la derecha α unidades para obtener x(n - α) y luego se refleja esta nueva señal para obtener x(-n - α) . (b) Se refleja x(n) para obtener x(-n) y luego se desplaza a la izquierda α unidades esta nueva señal para obtener x(-n - α). • A la ecuación (2.8) se le denomina suma de convolución. (2.8) indica que un sistema lineal invariante en el tiempo (linear time-invariant system – LTI) ó LIT puede caracterizarse completamente por su respuesta al impulso. En este caso, y(n) es el resultado de la Convolución de x(n) y h(n) y se escribe: En ambos casos, una muestra de x(n) ubicada en el índice original n estará ubicada en un nuevo índice nN, dado por n = -nN - α. • Se puede demostrar que la convolución es conmutativa, es decir: x(n)*h(n) = h(n)*x(n) 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 80 • Un sistema LIT es estable si su respuesta al impulso es sumable absolutamente, es decir, si: ∞ S = ∑ h(k ) < ∞ 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 81 M b ak y ( n) = − ∑ y (n − k ) + ∑ k x (n − r ) k =1 a 0 r =0 a 0 Estabilidad en en sentido Entrada acotada-salida acotada • Para sistemas FIR: N=0 • Para sistemas IIR: N>0 • Esto se cumple siempre y cuando el sistema esté inicialmente en reposo n<0 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 12/08/02 N • Un sistema LIT es causal si y solo si: h(n) = 0, y(n) = x(n)*h(n) Representación de sistemas LIT causales mediante ecuaciones en diferencia REPASO: Estabilidad y Causalidad k = −∞ k = −∞ 82 12/08/02 EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 83 REPASO: Transformada de Fourier • Para una secuencia general x(n), se define la transformada de Fourier como ∞ jω X (e ) = ∑ x ( n) e − jω n (1.18) n = −∞ • y la transformada inversa como 1 x ( n) = 2π 12/08/02 π jω jω n X ( e ) e dω ∫ (1.19) −π EL-500020 Proc. Digital de Señales - DIP UNEXPO Bqto - L. Tarazona 84