什麼是脈衝響應

對系統輸入單位脈衝 δ[n](只有 n = 0 為1,其他為0)時的輸出 h[n]。對線性非時變(LTI)系統,任意輸入的輸出都可由輸入與 h[n] 的摺積 y[n] = Σx[k]h[n − k] 求得,因此 h[n] 代表系統的全部性質。h[n] 在有限長度結束的稱為FIR濾波器,無限延續的稱為IIR濾波器。Σ|h[n]| 為有限是BIBO穩定的條件,h[n] 的z轉換就是轉移函數 H(z)。

日文名稱: インパルス応答

「脈衝響應」出現在1領域的5道練習題中(數位訊號處理基礎等)。

這個名詞所屬的領域: 數位訊號處理基礎

練習脈衝響應的題目

設 u[n] 為單位步階。脈衝響應如下的LTI系統中,BIBO穩定(有界的輸入必定得到有界的輸出)的為下列何者?

  1. Ah[n] = (−0.9)ⁿu[n]
  2. Bh[n] = u[n]
  3. Ch[n] = (1.1)ⁿu[n]
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正確答案:A. h[n] = (−0.9)ⁿu[n]

LTI系統BIBO穩定的充要條件,是脈衝響應絕對值的總和 Σ|h[n]| 為有限。h[n] = (−0.9)ⁿu[n] 的 Σ|h[n]| = Σ0.9ⁿ = 1/(1 − 0.9) = 10,為有限,因此穩定。h[n] = u[n] 是持續累加輸入的累加器,總和為無限大,對固定的輸入,輸出會無止境地增加。(1.1)ⁿ 隨時間變大,因此不穩定。

把 x[n] = {1, 2, 3}(n = 0, 1, 2)輸入脈衝響應為 h[n] = {1, −1}(n = 0, 1)的LTI系統。輸出 y[0]~y[3] 為下列何者?

  1. A−1, −1, −1, 3
  2. B1, 3, 5, 3
  3. C1, 1, 1, −3
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正確答案:C. 1, 1, 1, −3

摺積(卷積)y[n] = Σx[k]h[n − k] 在 h[n] = {1, −1} 時成為 y[n] = x[n] − x[n − 1](與前1個輸入的差)。y[0] = 1 − 0 = 1,y[1] = 2 − 1 = 1,y[2] = 3 − 2 = 1,y[3] = 0 − 3 = −3。輸出的長度由輸入長度3與脈衝響應長度2得 3 + 2 − 1 = 4。

解析中的「脈衝響應」

出現「脈衝響應」的題目(5題)

  1. 設 u[n] 為單位步階。脈衝響應如下的LTI系統中,BIBO穩定(有界的輸入必定得到有界的輸出)的為下列何者?
  2. 把 x[n] = {1, 2, 3}(n = 0, 1, 2)輸入脈衝響應為 h[n] = {1, −1}(n = 0, 1)的LTI系統。輸出 y[0]~y[3] 為下列何者?
  3. 有限脈衝響應(FIR)濾波器的特徵為下列何者?
  4. 對差分方程式 y[n] = x[n] + 0.5y[n − 1] 表示的系統,從 n = 0 起輸入單位步階(n ≥ 0 時 x[n] = 1)。y[−1] = 0 時,y[2] 為下列何者?
  5. 由類比濾波器的轉移函數 H(s) 設計數位濾波器時所用的雙線性轉換,下列敘述何者正確?

相關名詞

無限脈衝響應濾波器(IIR) 摺積(卷積) 有限脈衝響應濾波器(FIR) 線性相位 差分方程式 混疊 截止頻率 快速傅立葉轉換(FFT) 降取樣 移動平均濾波器

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