Grundlagen der digitalen Signalverarbeitung

Welche Aussage über die bilineare Transformation, mit der aus der Übertragungsfunktion H(s) eines analogen Filters ein digitales Filter entworfen wird, ist richtig?

  1. ASie bildet die gesamte imaginäre Achse eineindeutig auf den Einheitskreis ab, sodass keine Rückfaltung auftritt; die Frequenzachse wird jedoch verzerrt, daher werden wichtige Frequenzen durch Prewarping korrigiert
  2. BSie tastet die Impulsantwort des analogen Filters direkt ab und verwendet die Abtastwerte als Koeffizienten, sodass hochfrequente Anteile zurückgefaltet werden und sich die Charakteristik ändert
  3. CSie ist die Substitution z = 1 + sT, die eine Ableitung durch eine Vorwärtsdifferenz annähert, daher wird ein stabiles analoges Filter immer zu einem stabilen digitalen Filter
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Antwort: A. Sie bildet die gesamte imaginäre Achse eineindeutig auf den Einheitskreis ab, sodass keine Rückfaltung auftritt; die Frequenzachse wird jedoch verzerrt, daher werden wichtige Frequenzen durch Prewarping korrigiert

Die bilineare Transformation substituiert s = (2/T)(z − 1)/(z + 1); sie bildet die linke Hälfte der s-Ebene in das Innere des Einheitskreises ab, sodass ein stabiles analoges Filter zu einem stabilen digitalen Filter wird. Die imaginäre Achse von 0 bis ∞ wird eineindeutig auf ω = 0 bis π des Einheitskreises abgebildet, daher tritt keine Rückfaltung auf, doch die Frequenzachse wird gemäß Ω = (2/T)tan(ω/2) gestaucht. Wichtige Frequenzen wie die Grenzfrequenz werden deshalb vor dem Entwurf mit dieser Beziehung vorab korrigiert (Prewarping). Das Abtasten der Impulsantwort heißt impulsinvariante Transformation, und dabei tritt Rückfaltung auf.

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