To wyprowadzenie jest trudne. Podejście sugerowane wcześniej ma wadę. Pokażę to najpierw; wtedy dam prawidłowe rozwiązanie.
Chcemy powiązać transformację obniżonego próbkowania sygnału, , z transformacją oryginalnego sygnału .Y D ( z ) = Z { x [ M n ] } Z X ( z ) = Z { x [ n ] }ZYD(z)=Z{x[Mn]}ZX(z)=Z{x[n]}
Zły kierunek
Można by po prostu podłączyć wyrażenie dla sygnału o zmniejszonej częstotliwości próbkowania do wyrażenia transformacji :Z
YD(z)=∑n=−∞+∞x[Mn]z−n
Zmiana zmiennej wydaje się oczywista:n′=Mn
YD(z)=∑n′∈MZx[n′]z−n′/M
Jednak ważne jest, aby zdawać sobie sprawę, że mimo iż nowy indeks sumowania nadal działa w zakresie od do , suma jest teraz ponad 1 z M liczb całkowitych . Innymi słowy, - ∞ ∞n′−∞∞
n′∈MZ={...,−2M,−M,0,M,2M,...} ,
podczas gdy definicja -transform wymagaZ
n∈{...,−2,−1,0,1,2,...} .
Ponieważ nie jest to już transformacja , nie możemy napisać:Z
YD(z)=X(z1/M)
Właściwy sposób
Najpierw zdefiniujmy sygnał pociągu impulsowego „pomocnika” jako:tM[n]
tM[n]=∑k=−∞+∞δ[n−kM]={10:n∈MZ:n∉MZ
Ta funkcja jest równa na każdą z próbek i zero w każdym innym miejscu.mln1M
Równolegle funkcję ciągu impulsów można zapisać jako:
tM[n]=1M∑k=0M−1ej2πkn/M
Dowód: musimy osobno rozważyć przypadki i : n ∉ M Zn∈MZn∉MZ
n∉MZ
tM[n]=1M∑k=0M−1ej2πkn/M=⎧⎩⎨⎪⎪⎪⎪1M∑k=0M−111M1−ej2πkn1−ej2πkn/M:n∈MZ:n∉MZ={1MM1M1−11−ej2πkn/M:n∈MZ:n∉MZ={10:n∈MZ:n∉MZ
W przypadku, gdy ,
n∉MZ
Wróćmy teraz do pierwotnego problemu znalezienia -transformatora downsamplera:Z
YD(z)=∑n=−∞+∞x[Mn]z−n
Stosujemy podstawienie , pamiętając, że powoduje to, że sumowanie działa tylko na wielokrotnościach całkowitych M:n′=Mn
YD(z)=∑n′∈MZx[n′]z−n′/M
Możemy teraz użyć powyższej funkcji impulsowego pociągnięcia, aby bezpiecznie przepisać to jako sumę wszystkich :n∈Z
YD(z)=∑n=−∞+∞tM[n]x[n]z−n/M
Używając powyższego sformułowania funkcji ciągu impulsów jako skończonej sumy wykładniczej, otrzymujemy:
YD(z)=∑n=−∞+∞(1M∑k=0M−1ej2πkn/M)x[n]z−n/M=1M∑k=0M−1∑n=−∞+∞ej2πkn/Mx[n]z−n/M=1M∑k=0M−1∑n=−∞+∞x[n](e−j2πk/Mz1/M)−n
Sumowanie po prawej stronie jest sumowaniem wszystkich liczb całkowitych, a zatem jest poprawnym matematycznym -transformowanym w kategoriach . Dlatego możemy napisać:z ′ = e - j 2 π k / M z 1 / MZz′=e−j2πk/Mz1/M
YD(z)=1M∑k=0M−1X(e−j2πk/Mz1/M)
Jest to wzór na -transformator downsamplera.Z