83
Análisis de Sistemas Lineales Procesamiento Digital de Señales (PDS en español, DSP en ingles) Sistemas Lineales Invariantes en el Tiempo (LTI)

Clase7 Señales y sistemas discretos

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Apuntes sobre señales y sistemas discretos; autocorrelacion y correlacion.

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Page 1: Clase7 Señales y sistemas discretos

Análisis de Sistemas Lineales

Procesamiento Digital de Señales (PDS en español, DSP en ingles)

Sistemas Lineales Invariantes en el Tiempo (LTI)

Page 2: Clase7 Señales y sistemas discretos

2

Procesamiento digital de señales

• Filtros Digitales: FIR-IIR-Adaptativos

• Transformada de Fourier – Análisis de Espectro

• Conversor A/D • Conversor D/A

Procesamiento de Señales

Page 3: Clase7 Señales y sistemas discretos

3

• Una señal es una función que representa una cantidad física o matemática, que contiene información acerca del comportamiento o naturaleza de un fenómeno

x(t) señal en tiempo continúox[n] señal en tiempo discreto (secuencia)

s1

t

x(t)

n0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

x[n]

Señales

Page 4: Clase7 Señales y sistemas discretos

4

s1

t

t

s2

111

110

101

100

011

010

001

000

n0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

x(t)x[n]

quantización

Muestreo x(nTs)

Señal Analógica Señal Digital

Conversión A/D

s1

t

ta = 1 / fa

s2

Ts=1/fs

Muestreo de Señales

Page 5: Clase7 Señales y sistemas discretos

5

( ) cos(2 ) cos( )

Para una frecuencia de muestreo

[ ] cos(2 ) cos 2

[ ] cos 2

[ ] cos

s

ss

x t ft t

f

fx n fnT n

f

x n Fn

x n n

Muestreo de una señal de tiempo continuo

Ejemplo 1

, Frecuencia digital en radianes

Como y como debe de existir frecuencias positivas y negativas, . Así:

Page 6: Clase7 Señales y sistemas discretos

• Representación: x[n] = {1, 3, 7, 5 11}

(señala la posición para n=0)

13

75

11

n

x[n]

x[0]

Secuencia

6

Page 7: Clase7 Señales y sistemas discretos

• Reflexión

• Escalamiento -10 -5 0 5 10

-2

0

2

4

6

8

-10 -5 0 5 10-2

0

2

4

6

8

x[-n]x[n]

0 0 0

x(0.5t) x(2t)x(t)

Operaciones sobre las Señales

7

OPERACIONES SOBRE EL EJE DE TIEMPO

Page 8: Clase7 Señales y sistemas discretos

• Desplazamiento

-20 -10 0 10 20-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

-20 -10 0 10 20-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

... ... ...

x[n] x[n-n0]

n0

x[n] y[n]=x[n-no]

Operaciones sobre las Señales

8

Page 9: Clase7 Señales y sistemas discretos

Propiedades de las Señales

• Señales Pares e Impares

Par: x(t) = x(t) , x[n] = x[n]

Impar: x(t) = x(t) , x[n] = x[n]

• Periodicidad

Tiempo Continúo: x(t) = x(t + T) Tiempo Discreto: x[n] = x[ n + N]

9

Page 10: Clase7 Señales y sistemas discretos

Secuencias Básicas

Dadas las constantes

reales y , definimos una

secuencia exponen-cial

como: . La exponencial será

decre-ciente en amplitud a

lo largo del tiempo siempre

que , mientras que será

creciente cuan-do . Para el

caso en que tenemos una

secuencia constante

10

Secuencias Exponen-ciales Reales

Page 11: Clase7 Señales y sistemas discretos

11

Para que x[n] sea periódica:

Periodicidad de una señal de tiempo discreto

Ejemplo 2

cos 2 cos 2 ( )

cos 2 2

2 2

s

Fn F n N

Fn FN

FN k

FN k

f kF

f N

, Ω=2𝜋 𝐹=2𝜋𝑘𝑛

Así, para que exista periodicidad, F tiene que ser un numero racional y tiene que ser un numero racional multiplicado por 2π.

F: frecuencia digital (adimensional) con

-1/2 < F <1/2

: frecuencia angular digital en radianes con

- < <

Page 12: Clase7 Señales y sistemas discretos

12

Periodicidad de una señal de tiempo discreto

Algunas observaciones respecto a las secuencias sinusoidales

• Aplicada a nuestro caso, se traduce en: siendo k una constante

entera. Sólo en el caso en que la frecuencia cumpla la anterior condición, nos encontraremos ante una secuencia sinusoidal periódica, de período N

• Nótese que una secuencia sinusoidal discreta puede proceder del muestreo de una señal continua. Dependiendo de cómo se efectúe este muestreo, los valores de las muestras seleccionadas en un período podrán coincidir (secuencia periódica) o no (secuencia noperiódica) con los valores elegidos en el resto de los períodos de la sinusoide continua.

Page 13: Clase7 Señales y sistemas discretos

13

Periodicidad de una señal de tiempo discreto

• El conjunto de valores con constante entera, generan todos la misma secuencia sinusoidal:

Por tanto, a la hora de realizar un análisis frecuencial de la secuencia x[n] = , sólo necesitamos considerar el intervalo de frecuencias — < < .• Visto lo anterior, para un valor de cercano a 0, la sinusoide presentara pocas oscilaciones (frecuencia baja), mientras que para valores de cercanos a ± la sinusoide correspondiente oscilara rápidamente (frecuencias altas).

• Como conclusión, dada una sinusoide periódica de perıodo N , su frecuencia fundamental vendría dada por 2/N y solo existirá un

conjunto finito de N frecuencias armónicas, a saber: .

Page 14: Clase7 Señales y sistemas discretos

14

Periodicidad de una señal de tiempo discreto

Ejemplo . Para la señal x[n] = cos(0.1), el numero de muestras por periodo es Graficando esta señal como en la figura A genera 20 vectores (N=20) por una vuelta (revolucion). Para la señal x[n] = cos(5), el numero de muestras por periodo es

Para , N no es un entero. Graficando esta señal como en la Figura B genera dos vectores (N=2) por cinco vueltas (). Comenzando en , los primeros dos vectores son y ; el proximo vector es el cual es el primer vector repetido. Para un ejemplo final, considere la señal . Entonces

y esta ecuacion es satisfecha para . Esta señal puede ser expresada como x[n] = cos(2)=1, por lo tanto la señal de tiempo disecreto es constante.

Page 15: Clase7 Señales y sistemas discretos

a) La secuencia ¿es periódica?b) ¿Existe un N, tal que x[n+N]=x[n]?

Debido a que “m” y “N” son números enteros, entonces o no puede asumir cualquier valor.

( )[ ] o o o oj n j n N j n j Nx n Ce e e e

2o N m 2

o m

N

2o

m

N

Periodicidad de una señal de tiempo discreto

15

Ejemplo 3

Page 16: Clase7 Señales y sistemas discretos

• ¿Cuál es el período de la señal?

1 2

0.2 0.3

2 2

11 1

1

22 2

2

1 2

1 2

[ ]

[ ]

Las frecuencias digitales son :

12 0.2

10

32 0.3

20

Sus peridos son 10 20

El periodo común es por tanto ( , ) 20

j n j n

j F n j F n

x n e e

x n e e

kF F

N

kF F

N

N y N

N MCM N N

Periodicidad de una señal de tiempo discreto

Ejemplo 4

16

Page 17: Clase7 Señales y sistemas discretos

Periodicidad de una señal de tiempo discreto

Ejercicios

1.Determine cual de las siguientes señales son periódicas:

a) x[n]=cos[π n] b) x[n]=cos[3 π n/2+ π] c) x[n]=1+cos[π n/2]

c) x[n]=-3 sin[0.01 π n] d) x[n]=sin[3.15n] e) x[n]=sin[3.15 π n]

2.Para cada señal, determine el periodo fundamental No, si la señal es periódica, en caso contrario, pruebe que no son periódicas.

a) x[n]=exp(j8 π n/7) b) x[n]=exp(j2 π n) c) x[n]=exp(j8n)

17

Page 18: Clase7 Señales y sistemas discretos

Periodicidad de una señal de tiempo discreto

Ejercicios

1.Determine cual de las siguientes señales son periódicas:

a) x[n]=cos[π n] b) x[n]=cos[3 π n/2+ π] c) x[n]=1+cos[π n/2]

c) x[n]=-3 sin[0.01 π n] d) x[n]=sin[3.15n] e) x[n]=sin[3.15 π n]

2.Para cada señal, determine el periodo fundamental No, si la señal es periódica, en caso contrario, pruebe que no son periódicas.

a) x[n]=exp(j8 π n/7) b) x[n]=exp(j2 π n) c) x[n]=exp(j8n)

18

Page 19: Clase7 Señales y sistemas discretos

19

Escalón

Impulso

1, 0( )

0, 0

tu t

t

( )( )

du tt

dt

0 0 0( ) ( ) ( ) ( )x t t t x t t t

( ) (0) ( )Ix t x t

Señales Básicas en Tiempo Continuo

Page 20: Clase7 Señales y sistemas discretos

20

1, 0[ ]

0, 0

nn

n

Secuencia Impulso

0 0 0[ ] ( ) ( ) ( )x n n n x n n n

-3 -2 -1 0 1 2 3 n

......

[n]1

kn

knkn

,0

,1

k-3 k-2 k-1 k k+1 k+2 k+3 n

......

[n-k]1

Propiedad:

Señales Básicas en Tiempo Discreto

Page 21: Clase7 Señales y sistemas discretos

21

Secuencia Escalón

1, 0[ ]

0, 0

nu n

n

-3 -2 -1 0 1 2 3 n

......

u[n]1

kn

knknu

,0

,1

k-3 k-2 k-1 k k+1 k+2 k+3 n

......

u[n-k]1

Señales Básicas en Tiempo Discreto

Page 22: Clase7 Señales y sistemas discretos

Señales Básicas en Tiempo Discreto

, 0[ ] [ ]

0, 0

n nr n nu n

n

Secuencia Rampa

,

0,

n k n kr n k

n k

22

Page 23: Clase7 Señales y sistemas discretos

( )[ ] oj nx n C e

Secuencia Exponencial

Si

[ ] nx n C

,oj n je C C e

Señales Básicas en Tiempo Discreto

23

Page 24: Clase7 Señales y sistemas discretos

0 2

Si m=1 y N=4

Si m=1 y N=8

x[0]=x[4]

-A

x[1]

x[2]

x[3]

0 4

x[0]=x[8]

x[1]x[2]

x[3]

x[4]

x[5]x[6]

x[7]

0

0

2o

m

N

Señales Básicas en Tiempo Discreto

24

Page 25: Clase7 Señales y sistemas discretos

25

Un sistema puede ser definido como un proceso que realiza la transformación de señales, relacionadas a través de una función de transformación T{.}

x(t) y(t)

x[n] y[n]

Definición de Sistemas

Page 26: Clase7 Señales y sistemas discretos

26

1) C a u s a l i d a d Un sistema es causal si su salida para cualquier instante de tiempo depende

solamente de los valores de las entradas en el tiempo presente y pasados

Causal: No Causal:

2) L i n e a l i d a d

Obedecen a dos propiedades:

Aditividad Homogeneidad

Corresponden a las propiedades que permiten el principio da superposición

2[ ] [ ] 2 [ 1]y n x n x n

[ ] [ ] [ 1]y n x n x n

Propiedades de los Sistemas

Page 27: Clase7 Señales y sistemas discretos

27

• Propiedad de Aditividad

nxnxTnyny

nxTny

nxTny2121

22

11

T { }x1[n] y1[n]

T { }x2[n] y2[n]

y[n]

Propiedades de los Sistemas

x1[n]

x2[n]

T { } y[n]

Page 28: Clase7 Señales y sistemas discretos

28

• Propiedad de Homogeneidad:

– donde a es una constante arbitraria

naxTnaynxTny

x[n] T { }y[n]

ay[n]a

Propiedades de los Sistemas

ay[n]x[n] T { }aax[n]

Page 29: Clase7 Señales y sistemas discretos

29

• Considerando las dos propiedades:

nbxnaxTnbynay

nxTny

nxTny2121

22

11

T { } ay1[n]

T { } by2[n]

y[n]

x1[n]

x2[n]

a

b

y1[n]

y2[n]

Propiedades de los Sistemas

y[n]

x1[n]

x2[n]

a

b

T { }

Page 30: Clase7 Señales y sistemas discretos

0 0y n T x n y n n T x n n

3) I nva r i a n za e n e l ti e m p o

Un sistema es invariante en el tiempo si para un desplazamiento en el tiempo de la señal de entrada, está causa un desplazamiento en el tiempo en la señal de salida.

Desplazamiento en la entrada

Desplazamiento en la salida

Propiedades de los Sistemas

30

Page 31: Clase7 Señales y sistemas discretos

-2 -1 0 1 2 3 n

......

x[n] 1

T { }

4

-2 -1 0 1 2 3 n

......

y[n] 1

4

1/3

-2 -1 0 1 2 3 n

......

x[n-2] 1

T { }

4

-2 -1 0 1 2 3 n

......

y[n-2] 1

4

1/3

31

Desplazamiento en el tiempo n0=2

Propiedades de los Sistemas

00 nnxTnnynxTny

Page 32: Clase7 Señales y sistemas discretos

4) M e m o r i a

a) Sistema con memoria Un sistema es con memoria, si su salida depende de los valores de las

entradas pasadas

b) Sistema sin memoria Solo depende del estado actual, n

5. I nv e r ti b i l i d a d

[ ] [ ] [ 1] [ 2]y n x n x n x n

[ ] [ ]y n ax n

Propiedades de los Sistemas

32

Page 33: Clase7 Señales y sistemas discretos

Propiedades de los Sistemas

6. B I B O E s ta b l e

33

Page 34: Clase7 Señales y sistemas discretos

1

1 1

2 1 0

2 2

Determinar si el sistema es invariante en el tiempo

[ ] sin( . [ ])

SOLUCION:

Para una entrada [ ] la salida del sistema es :

[ ] sin( . [ ]) (1)

Considerando una entrada [ ] [ ] , la salida es :

[ ] sin( . [ ]) sin(

y n a x n

x n

y n a x n

x n x n n

y n a x n

1 0

1

1 1

2 1

. [ ] ) (2)

Para un desplazamiento de la salida [ ]

[ ] sin( . [ ]) (3)

Comparando (2) (3) :

[ ] [ ]

Por lo tanto el sistema es invariante en el tiempo

o o

o

a x n n

y n

y n n a x n n

y

y n y n n

SLIT

Propiedades de los Sistemas

Ejemplo 5

34

Page 35: Clase7 Señales y sistemas discretos

35

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15-1

-0.5

0

0.5

1

n

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15-1

-0.5

0

0.5

1

n

[ ] sin( . [ ])y n a x n

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 150

2

4

6

8

10

n

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 150

2

4

6

8

10

n

Ejemplo 5

Propiedades de los Sistemas

Page 36: Clase7 Señales y sistemas discretos

1

1 1

2 1 0

2 2 1 0

Determinar si el sistema es invariante en el tiempo

[ ] [ ]

SOLUCION:

Para una entrada [ ] la salida del sistema es :

[ ] [ ] (1)

Considerando una entrada [ ] [ ], la salida es :

[ ] [ ] [ ] (2)

Para un desp

y n nx n

x n

y n nx n

x n x n n

y n nx n nx n n

1

1 1

2 1

lazamiento de la salida [ ]

[ ] ( ) [ ] (3)

Comparando (2) (3) :

[ ] [ ]

Por lo tanto el sistema es variante en el tiempo

o o o

o

y n

y n n n n x n n

y

y n y n n

SLIT

Propiedades de los Sistemas

Ejemplo 6

36

Page 37: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Lineales Invariantes

en el Tiempo (SLIT)

37

Page 38: Clase7 Señales y sistemas discretos

Formas de Representación

Una secuencia puede ser expresada en términos de una sumatoria de impulsos unitarios escalados y desplazados en el tiempo.

38

x[n]= …+7[n+2]+5[n+1]+3[n]+5[n1] +...

x[n]= …+x[2][n+2]+x[1][n+1]+x[0][n]+x[1][n1] +...

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)

Page 39: Clase7 Señales y sistemas discretos

x [n ] =  …+ x [ 2 ] [n+2 ] + x [ 1 ] [n+1 ] + x [ 0 ] [n ] + x [ 1 ] [n 1 ] + . . .

[ ] [ ] [ ]k

x n x k n k

Escalados Desplazados

39

Formas de Representación

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)

Page 40: Clase7 Señales y sistemas discretos

Respuesta al Impulso

T { }[n-k] hk[n]

Es la respuesta de un Sistema Lineal (SL) a un impulso localizado en el instante k.   

knTnhk

S.L.

40

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)

Page 41: Clase7 Señales y sistemas discretos

T { }[n-k] hk[n]

Si el Sistema es Lineal e Invariante en el Tiempo (SLIT) 

S.L.I.T

knhknTnhk

41

Respuesta al impulso del sistema:

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)

Respuesta al Impulso

Page 42: Clase7 Señales y sistemas discretos

T { }x[n] y[n]

Si x[n] es una secuencia representada por una suma de impulsos

kknkxnx

kknkxTny

kknTkxny

Linealidad

42

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)

Respuesta al Impulso

Page 43: Clase7 Señales y sistemas discretos

kk nhkxny

kknTkxny

Invariante en el Tiempo

hk[n]

kknhkxny

43

Respuesta al Impulso

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)

Respuesta al Impulso

Page 44: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)

Relacion entre la respuesta al impulso y la respuesta al escalon unitario

En cualquier sistema LTI de tiempo-discreto, x[n], produce la respuesta ,y[n]. Luego la excitación x[n]-x[n-1] producirá la respuesta y[n]-y[n-1-].

Se sigue que la respuesta al impulso unitario es la primera diferencia hacia atrás de la respuesta a un escalón unitario y, inversamente, que la respuesta al escalón unitario es la acumulación de la respuesta al impulso unitario.

Donde s(n) es la respuesta al escalón unitario.

44

Page 45: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)Relacion entre la respuesta al impulso y la respuesta al escalon unitario

45

EjemploSuponga que la respuesta al escalón esta dado por

¿Cuál es la respuesta al impulso?

Respuesta:

Page 46: Clase7 Señales y sistemas discretos

k k

y n x k h n k h k x n k

Conocida la respuesta al impulso h[n], es posible calcular la respuesta a cualquier señal de entrada, a través de la sumatoria de la convolución.Ejemplo

[ ]* [ ]y n x n h n h n x n

46

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)

Sumatoria de la Convolucion

( ) ( ) ( )i

y n h i x n i

Page 47: Clase7 Señales y sistemas discretos

47

( ) ( ) ( )i

y n h i x n i

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)

Sumatoria de la Convolucion

Page 48: Clase7 Señales y sistemas discretos

Convolución

48

( ) ( ) ( )i

y n h i x n i

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)

Sumatoria de la Convolucion

Page 49: Clase7 Señales y sistemas discretos

Convolución

49

( ) ( ) ( )i

y n h i x n i

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)

Sumatoria de la Convolucion

Page 50: Clase7 Señales y sistemas discretos

50

( ) ( ) ( )i

y n h i x n i

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)

Sumatoria de la Convolucion

Page 51: Clase7 Señales y sistemas discretos

51

( ) ( ) ( )i

y n h i x n i

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)

Sumatoria de la Convolucion

Page 52: Clase7 Señales y sistemas discretos

52

( ) ( ) ( )i

y n h i x n i

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)

Sumatoria de la Convolucion

Page 53: Clase7 Señales y sistemas discretos

Calcular la convolucion de

Sistemas Lineales Invariantes en el tiempo (LTI)

Sumatoria de la ConvolucionEjemplo

Page 54: Clase7 Señales y sistemas discretos

Análisis de Sistemas Lineales

“Sistemas Descritos por Ecuaciones en

Diferencias”

54

Page 55: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

Representación General

m entradasn salidas

x1[n]

xm[n]

x2[n]

y1[n]

yn[n]

y2 [n]...

.

.

.

SISTEMA

SISO: Simple Entrada-Simple SalidaMIMO: Múltiples Entradas-Múltiples SalidasSIMO: Simple Entrada-Múltiples Salidas

55

Page 56: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

Ecuación en Diferencias General de un Sistema SISO, Lineal, Causal e Invariante en Tiempo

N

jj

M

ii

M

ii

N

jj

jkyaikxbky

ikxbjkya

10

0

00

][][][

escribir puede se 1a para

][][

(Solución abierta de la ecuación en diferencias)

56

Page 57: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

Ecuación en Diferencias Lineal (solución cerrada)

Solución Homogénea, yh[k]

También se conoce como:

Respuesta a Entrada Cero o Respuesta Natural

yZ i[k]

Solución Particular, yp[k]

También se conoce como:

Respuesta a Estado Cero o Respuesta Forzada

yz s[k]

y [k] = yh [k] + yp [k] = yZ i[k] + yZ S[k]

Solución Completa, yc[k]

a y k j b x k ijj

N

ii

M

[ ] [ ]

0 0

57

Page 58: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

Ecuación en Diferencias Lineal (solución homogénea)

i raiz la a asociada potencia una es k] donde

forma la atendr nosoluci La ltiples.um o simples

,conjugadas complejas o realesser pueden cuales la

rrr raices, N tiene noecuaci esta

auxiliar micaopolin noecuaci la define se

N21

[

][][

,...,,

0)(

0][][

1

1

1

i

N

iiih

N

k

kNk

N

N

jk

y

kyAky

qaqqD

jkyaky

58

Page 59: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

Ecuación en Diferencias Lineal (solución homogénea)

ki

mki

ki

kii

i

kii

i

rkrkkrrky

ky

rky

ky

12 ,....,,,][

][

)2

][

)1

:][

funciones m generan se

m, dadmultiplici con real r Raiz

simple real r Raiz

funciones de noiDeterminac

i

i

59

Page 60: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

),...sin( ),cos( ),sin( ),cos(

),sin( ),cos( ),sin( ),cos(][

][ funciones m*2generan se

m, dadmultiplicicon conjugada compleja r Raiz)4

)sin( ),cos(][

][ funciones 2generan se

r simple, conjugada compleja r Raiz)3

][ funciones den oiDeterminac

3322

i

ii

kkkkkkkk

kkkkkkky

ky

kkky

ky

e

ky

kkkk

kkkki

i

kki

i

j

i

Ecuación en Diferencias Lineal (solución homogénea)

60

Page 61: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

Ecuación en Diferencias Lineal (solución homogénea)

)9273.0sin(5)9273.0cos(52][

aser neaehomogn osoluci la entonces,

543 ,2son raices las

050378

aserauxiliar n oecuaci la

0]3[50]2[37]1[8][

de neaehomogn osoluci laHallar

1 EJEMPLO

321

9273.03,21

23

kAkAAky

ejrr

qqq

kykykyky

kkkh

j

61

Page 62: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

Ecuación en Diferencias Lineal (solución homogénea)

kkkh AkAAky

rr

qqq

kykykyky

322][

aser neaehomogn osoluci la entonces,

3 ,2son raices las

012167

aserauxiliar n oecuaci la

0][12]1[16]2[7]3[

de neaehomogn osoluci laHallar

2 EJEMPLO

321

32,1

23

62

Page 63: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

Ecuación en Diferencias Lineal (solución particular)

k

rq

jNN

jj

Np

k

jNN

jj

Np

jNN

jj

Np

N

jj

Arqaq

ky

rArkx

kxqaq

kykxqaqky

kxjkyaky

1

1

1

1

1Re][

,][

][1

][][][

][][][

real tipo del noexcitaci una supone se si

bien o

auxiliar ecuacion la define se

63

Page 64: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

Ecuación en Diferencias Lineal (solución particular)

jsk

jsq

iNN

ii

Np

jsk

jsk

jsq

iNN

ii

Np

jsk

Aeqaq

ky

sAeagskAkx

Aeqaq

ky

sAeskAkx

1

1

1agIm][

real ],[Im)sin(][

tipodel excitación una supone se si

1Re][

real ],Re[cos][

tipodel excitación una supone se si

64

Page 65: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

Ecuación en Diferencias Lineal (solución particular)

kp

kp

kp

k

ky

q

qqqky

qqqky

kykykyky

)5.0(26764

][

5.0

)5.0(850378

1][

)5.0(8)50378]([

)5.0(8][50]1[37]2[8]3[

23

23

será particular solución la , en evaluando

será auxiliar ecuación la

de particular solución la Hallar

3 EJEMPLO

65

Page 66: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

Ecuación en Diferencias Lineal (solución)

Solución Homogénea, yh[k] Solución Particular, yp [k]

y [k] = yh[k] + yp[k]

Solución Completa, yc[k]

a y k j b x k ijj

N

ii

M

[ ] [ ]

0 0

66

Page 67: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

Ecuación en Diferencias Lineal (solución)

kkkkc

kp

kkkh

k

kAkAAky

ky

kAkAAky

kykykyky

)5.0(26764

)9273.0sin(5)9273.0cos(52][

)5.0(26764

][

)9273.0sin(5)9273.0cos(52][

)5.0(8][50]1[37]2[8]3[

321

321

es completa solución la

es particular solución la

es homogénea solución la

de completa solución laHallar

4EJEMPLO

67

Page 68: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

Ecuación en Diferencias Lineal (solución)

35666.0,05108.0,1886.2

5]2[,3]1[,2]0[

]2[],1[],0[

321

AAA

yyy

yyy

que doconsiguien

:caso este En

iniciales scondicione las cuenta en toman se

Aconstantes las determinar Para i

68

Page 69: Clase7 Señales y sistemas discretos

Ejercicio Torres de HanoiDibujar 3 torres y n discosa) ¿Cuántos movimientos son necesarios para trasladar n discos de una torre a otra, si

1. sólo se puede mover un disco cada vez, y

2. un disco no puede estar sobre otro menor?

y[0] = 0, y[1] = 1, y[2] = 3, y[n]=2y[n−1] + 1, n≥1.Podemos poner y[n]−2y[n−1] =u[n−1]. La ecuación característica es k−2=0, por tanto

yh[n]=C2nu[n−1].

La completa es y[n]=(C2n+D)u[n−1].

Como y[1] = 1 e y[2] = 3, solución completa y[n]=(2n−1)u[n−1]. 69

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

Ecuación en Diferencias Lineal (solución)

Page 70: Clase7 Señales y sistemas discretos

Sistemas Descritos por Ecuaciones en Diferencias

EJERCICIO 1Determine la solución completa de las ecuaciones en diferencias siguientes

ecuación

y[k] + 0.6 y[k-1] +0.08y[k-2]= 4 2

y[1]

5

y[0]

1 2

1 2

2 5

2 5y[k] + 0.6 y[k-1] +0.25y[k-2]= 4(0.4)k

y[k] + 0.6 y[k-1] +0.09y[k-2]= 4cos(k/3)

y[k] + 8y[k-1] + 80y[k-2]= x[k]+3x[k-1]x[k]= 3cos(pk/3)

y[k] + 6y[k-1] + 9y[k-2]= x[k]+3x[k-1]x[k]= 2k (0.4)k

70

Page 71: Clase7 Señales y sistemas discretos

Correlación de Señales

71

Correlación

Relación, Vínculo, Parentesco, Similitud

Correlación de SeñalesSimilitud temporal entre señales

t

x(t)t

y(t)

𝑹𝒙𝒚 (𝒕)Correlación x, y Rxy(t)

Page 72: Clase7 Señales y sistemas discretos

Correlación de Señales

72

Correlación Rxy(t) (Tiempo Contínuo)

(t) = x(t) y(t-t) dt

t = -

t=

= x(t+t) y(t) dt

t = -

t=

Señales: x(t), y(t)

Propiedad: (t) = (-t)

Autocorrelación de una señal x(t): Rxx(t)

(t) = x(t) x(t-t) dt

t = -

t=

= x(t+t) x(t) dt

t = -

t=

Page 73: Clase7 Señales y sistemas discretos

73

Correlación de Señales

Correlación Rxy(m)

Rxy(m) = S x(n) y(n-m) n= -

n= S x(n+m) y(n)

n= -

n= =

0.72

3.60

3.84

3.51

-0.56

1.44

-0.72

.

.

.

x(n) =

n=0 0.81

1.32

2.23

2.34

-0.98

1.71

-2.23

.

.

.

y(n) =

n=-2 2.32

1.21

-0.29

0.43

-0.21

3.33

-0.28

.

.

.

Rxy(m) =

m=-2

Rxy(m) = Ryx(-m)

Page 74: Clase7 Señales y sistemas discretos

74

Correlación de Señales

Autocorrelación Rxx(m)

Rxx(m) = S x(n) x(n-m) n= -

n= S x(n+m) x(n)

n= -

n= = Rxx(m) = Rxx(-m)

t

x(t)

t

x(t)

t

Rxx(t)

La autocorrelación es máxima para t =0 (n=0)

Page 75: Clase7 Señales y sistemas discretos

75

Correlación de Señales

Correlación Rxx(m) de señales desfasadas en el tiempo

t

x(t)

t

y(t)t

Rxy(t)

La autocorrelación es máxima para t = t (n=n*)

tt

Page 76: Clase7 Señales y sistemas discretos

76

Correlación de Señales

Autocorrelación Rxx(m) de señales periódicas

t

x(t)

El periodo T aparece en la correlación

t

x(t)t

Rxx(t)

TT

T

Periodo T (seg)

Page 77: Clase7 Señales y sistemas discretos

77

Correlación de Señales

Aplicaciones de la Correlación

• Determinación de distancias

• Determinación de velocidades

• Determinación de frecuencias

• Determinación de periodicidad

• Determinación de usuarios

Page 78: Clase7 Señales y sistemas discretos

78

Correlación de Señales

Determinación de Distancia

Radar

Aviónd

t

Rxx(t)

t

Señal emitida

t

x(t)

t

y(t)

t

Señal recibida

Correlación

Page 79: Clase7 Señales y sistemas discretos

79

Correlación de Señales

Determinación de Velocidad

t

Rxy(t)

t

Señal rueda delantera

t

x(t)

t

y(t)

t

Correlación

d

Señal rueda trasera

v

Page 80: Clase7 Señales y sistemas discretos

80

Correlación de Señales

Determinación de Frecuencia

t

y(t)

Correlación

Señal recibida

Radar A Radar B

Señal periódica más ruido

t

Rxx(t)

TT

Page 81: Clase7 Señales y sistemas discretos

81

Correlación de Señales

Determinación de Usuarios (Telefonía Móvil)

t

x(t)Señal recibida por antena

Usuario B

Usuario A

Antena

Usuario Z

Código Usuario B

t

B(t)

t

A(t) Código Usuario A

Código Usuario Z

t

Z(t)

.

.

.

.

Page 82: Clase7 Señales y sistemas discretos

82

Correlación de Señales

Determinación de Usuarios (Telefonía Móvil)

Usuario B

Usuario A

Antena

Usuario Z

.

.

.

.

t

RxA(t)x - A

t

RxZ(t)

x - ZSeñal de usuario B

t

x - B

RxB(t)

Page 83: Clase7 Señales y sistemas discretos

83

Correlación de Señales

Problema

Calcular la autocorrelación de la señal

x(n) = anu(n)

Problema

Hacer un programa en Matlab para calcular y graficar la correlación de dos señales x(n) , y(n).