जेड रूपान्तर

मुक्त ज्ञानकोश विकिपीडिया से
नेविगेशन पर जाएँ खोज पर जाएँ

गणित एवं संकेत प्रसंस्करण में जेड रूपान्तर (Z-transform) किसी डिस्क्रीट टाइम-डोमेन संकेत को समिश्र (कम्प्लेक्स) आवृत्ति-डोमेन में बदलता है। डिस्क्रीट टाइम-डोमेन संकेत से तात्पर्य ऐसे संकेत से है जो केवल कुछ निश्चित समयों पर अशून्य मान रखता है, शेष समय वह शून्य रहता है।

जेड-रूपान्तर को लाप्लास रूपान्तर का विविक्त-समय अनुरूप (discrete-time equivalent) के रूप में समझा जा सकता है। इसका उपयोग आंकिक संकेत प्रसंस्करण (डीएसपी) एवं आंकिक नियंत्रण (डिजिटल कन्ट्रोल) में किया जाता है।

परिभाषा

द्विपक्षीय Z-रूपान्तर

<math>X(z) = \mathcal{Z}\{x[n]\} = \sum_{n=-\infty}^{\infty} x[n] z^{-n} </math>

एकपक्षीय Z-रूपान्तर

<math>X(z) = \mathcal{Z}\{x[n]\} = \sum_{n=0}^{\infty} x[n] z^{-n}. \ </math>

गुण

z-ट्रांसफॉर्म के गुण
समय-डोमेन् Z-डोमेन सिद्धि ROC
निरूपण <math>x[n]=\mathcal{Z}^{-1}\{X(z)\}</math> <math>X(z)=\mathcal{Z}\{x[n]\}</math> z|<r_1 \ </math>
रैखिकता (Linearity) <math>a_1 x_1[n] + a_2 x_2[n]\ </math> <math>a_1 X_1(z) + a_2 X_2(z) \ </math> <math>\begin{array} {lcl} X(z) = & \\
    \sum_{n=-\infty}^{\infty} (a_1x_1(n)+a_2x_2(n))z^{-n}\ & \\
    = a_1\sum_{n=-\infty}^{\infty} (x_1(n))z^{-n} + & \\

a_2\sum_{n=-\infty}^{\infty}(x_2(n))z^{-n} & \\

    = a_1X_1(z) + a_2X_2(z)\end{array} </math>
At least the intersection of ROC1 and ROC2
Time expansion <math>x_{(k)}[n] = \begin{cases} x[r], & n = rk \\ 0, & n \not= rk \end{cases}</math>

<math>r</math>: integer

<math>X(z^k) \ </math> <math>\begin{array} {lcl} X_k(z)=\sum_{n=-\infty}^{\infty} x_k(n)z^{-n} = & \\

= \sum_{r=-\infty}^{\infty}x(r)z^{-rk} = & \\ =\sum_{r=-\infty}^{\infty}x(r)(z^{k})^{-r} = & \\ = X(z^{k}) \end{array}</math>

R^{1/k}
Time shifting <math>x[n-k]\ </math> <math>z^{-k}X(z) \ </math> <math> \begin{array} {lcl} Z\{x[n-k]\} = & \\

\sum_{n=0}^{\infty} x[n-k]z^{-n}\& \\ \text{ , let }j = n - k & \\ = \sum_{j=-k}^{\infty} x[j]z^{-(j+k)}& \\ = \sum_{j=-k}^{\infty} x[j]z^{-j}z^{-k}& \\ = z^{-k}\sum_{j=-k}^{\infty}x[j]z^{-j}& \\ = z^{-k}\sum_{j=0}^{\infty}x[j]z^{-j} & \\ \text{ , since }x[\beta]=0 \text{ if }\beta<0 & \\ = z^{-k}X(z)& \\ \end{array} </math>

ROC, except <math>z=0\ </math> if <math>k>0\,</math> and <math>z=\infty</math> if <math>k<0\ </math>
Scaling in

the z-domain

<math>a^n x[n]\ </math> <math>X(a^{-1}z) \ </math> <math>\begin{array} {lcl} Z \{a^n x[n]\} = & \\

\sum_{n=-\infty}^{\infty} a^{n}x(n)z^{-n}& \\ = \sum_{n=-\infty}^{\infty} x(n)(a^{-1}z)^{-n} & \\ = X(a^{-1}z) & \\ \end{array} </math>

a|r_2<|z|<|a|r_1 \ </math>
Time reversal <math>x[-n]\ </math> <math>X(z^{-1}) \ </math> <math>\begin{array} {lcl} \mathcal{Z}\{x(-n)\} = & \\

\sum_{n=-\infty}^{\infty} x(-n)z^{-n}\ & \\ = \sum_{m=-\infty}^{\infty} x(m)z^{m}\ & \\ = \sum_{m=-\infty}^{\infty} x(m){(z^{-1})}^{-m}\ & \\ = X(z^{-1}) & \\ \end{array} </math>

z|<\frac{1}{r_2} \ </math>
Complex conjugation <math>x^*[n]\ </math> <math>X^*(z^*) \ </math> <math>\begin{array} {lcl}Z\{x^*(n)\} = & \\

\sum_{n=-\infty}^{\infty} x^*(n)z^{-n}\ & \\ = \sum_{n=-\infty}^{\infty} [x(n)(z^*)^{-n}]^*\ & \\ = [ \sum_{n=-\infty}^{\infty} x(n)(z^*)^{-n}\ ]^* & \\ = X^*(z^*)& \\ \end{array} </math>

ROC
Real part <math>\operatorname{Re}\{x[n]\}\ </math> <math>\frac{1}{2}\left[X(z)+X^*(z^*) \right]</math> ROC
Imaginary part <math>\operatorname{Im}\{x[n]\}\ </math> <math>\frac{1}{2j}\left[X(z)-X^*(z^*) \right]</math> ROC
Differentiation <math>nx[n]\ </math> <math> -z \frac{dX(z)}{dz}</math> <math>\begin{array} {lcl}Z\{nx(n)\} = & \\

\sum_{n=-\infty}^{\infty} nx(n)z^{-n}\ & \\ = z \sum_{n=-\infty}^{\infty} nx(n)z^{-n-1}\ & \\ = -z \sum_{n=-\infty}^{\infty} x(n)(-nz^{-n-1})\ & \\ = -z \sum_{n=-\infty}^{\infty} x(n)\frac{d}{dz}(z^{-n})\ & \\ = -z \frac{dX(z)}{dz}& \\ \end{array} </math>

ROC
Convolution <math>x_1[n] * x_2[n]\ </math> <math>X_1(z)X_2(z) \ </math> <math>\begin{array} {lcl}\mathcal{Z}\{x_1(n)*x_2(n)\} = & \\
                 \mathcal{Z} \{\sum_{l=-\infty}^{\infty} x_1(l)x_2(n-l)\}\ & \\
                 = \sum_{n=-\infty}^{\infty} [\sum_{l=-\infty}^{\infty} x_1(l)x_2(n-l)]z^{-n}\ & \\
                 =\sum_{l=-\infty}^{\infty} x_1(l) \sum_{n=-\infty}^{\infty} x_2(n-l)z^{-n} ]\ & \\
                 =[\sum_{l=-\infty}^{\infty} x_1(l)z^{-l}] [\sum_{n=-\infty}^{\infty} x_2(n)z^{-n} ]\ & \\
                 =X_1(z)X_2(z)& \\

\end{array} </math>

At least the intersection of ROC1 and ROC2
Cross-correlation <math>r_{x_1,x_2}=x_1^*[-n] * x_2[n]\ </math> <math>R_{x_1,x_2}(z)=X_1^*(1/z^*)X_2(z)\ </math> At least the intersection of ROC of <math>X_1(1/z^*)</math> and <math>X_2(z)</math>
First difference <math>x[n] - x[n-1] \ </math> <math> (1-z^{-1})X(z) \ </math> z|>0</math>
Accumulation <math>\sum_{k=-\infty}^{n} x[k]\ </math> <math> \frac{1}{1-z^{-1} }X(z)</math> <math>\begin{array} {lcl}\sum_{n=-\infty}^{\infty}\sum_{k=-\infty}^{n} x[k]\cdot z^{-n}\\
   =\sum_{n=-\infty}^{\infty}(x[n]+x[n-1]+\\

x[n-2]\cdots x[-\infty])z^{-n}\\

   =X[z](1+z^{-1}+z^{-2}+z^{-3}\cdots)\\
   =X[z]\sum_{j=0}^{\infty}z^{-j}  \\
   =X[z] \frac{1}{1-z^{-1}}\end{array}</math>
Multiplication <math>x_1[n]x_2[n]\ </math> <math>\frac{1}{j2\pi}\oint_C X_1(v)X_2(\frac{z}{v})v^{-1}\mathrm{d}v \ </math> z|<r_{1u}r_{2u} \ </math> |-
Parseval's relation <math>\sum_{n=-\infty}^{\infty} x_1[n]x^*_2[n]\ </math> <math>\frac{1}{j2\pi}\oint_C X_1(v)X^*_2(\frac{1}{v^*})v^{-1}\mathrm{d}v \ </math>
<math>x[0]=\lim_{z\rightarrow \infty}X(z) \ </math>, If <math>x[n]\,</math> causal
<math>x[\infty]=\lim_{z\rightarrow 1}(z-1)X(z) \ </math>, Only if poles of <math>(z-1)X(z) \ </math> are inside the unit circle

प्रमुख Z-रूपान्तर युग्म

यहाँ:

  • <math>u[n] = \begin{cases} 1, & n \ge 0 \\ 0, & n < 0 \end{cases}</math>
  • <math>\delta[n] = \begin{cases} 1, & n = 0 \\ 0, & n \ne 0 \end{cases}</math>
Signal, <math>x[n]</math> Z-transform, <math>X(z)</math> ROC
1 <math>\delta[n] \, </math> <math>1\, </math> <math> \mbox{all }z\, </math>
2 <math>\delta[n-n_0] \,</math> <math> z^{-n_0} \, </math> <math> z \neq 0\,</math>
3 <math>u[n] \,</math> <math> \frac{1}{1-z^{-1} }</math> z| > 1\,</math>
4 <math>\, e^{-\alpha n} u[n] </math> <math> 1 \over 1-e^{-\alpha }z^{-1}</math> z| > |e^{-\alpha}| \,</math>
5 <math> -u[-n-1] \,</math> <math> \frac{1}{1 - z^{-1}}</math> z| < 1\,</math>
6 <math> n u[n] \,</math> <math> \frac{z^{-1}}{(1-z^{-1})^2}</math> z| > 1\,</math>
7 <math> - n u[-n-1] \,</math> <math> \frac{z^{-1} }{ (1 - z^{-1})^2 }</math> z| < 1 \,</math>
8 <math>n^2 u[n] \,</math> <math> \frac{ z^{-1} (1 + z^{-1})}{(1 - z^{-1})^3} </math> z| > 1\,</math>
9 <math> - n^2 u[-n - 1] \,</math> <math> \frac{ z^{-1} (1 + z^{-1})}{(1 - z^{-1})^3} </math> z| < 1\,</math>
10 <math>n^3 u[n] \,</math> <math> \frac{z^{-1} (1 + 4 z^{-1} + z^{-2})}{(1-z^{-1})^4} </math> z| > 1\,</math>
11 <math>- n^3 u[-n -1] \,</math> <math> \frac{z^{-1} (1 + 4 z^{-1} + z^{-2})}{(1-z^{-1})^4} </math> z| < 1\,</math>
12 <math>a^n u[n] \,</math> <math> \frac{1}{1-a z^{-1}}</math> z| > |a|\,</math>
13 <math>-a^n u[-n-1] \,</math> <math> \frac{1}{1-a z^{-1}}</math> z| < |a|\,</math>
14 <math>n a^n u[n] \,</math> <math> \frac{az^{-1} }{ (1-a z^{-1})^2 }</math> z| > |a|\,</math>
15 <math>-n a^n u[-n-1] \,</math> <math> \frac{az^{-1} }{ (1-a z^{-1})^2 }</math> z| < |a|\,</math>
16 <math>n^2 a^n u[n] \,</math> <math> \frac{a z^{-1} (1 + a z^{-1}) }{(1-a z^{-1})^3} </math> z| > |a|\,</math>
17 <math>- n^2 a^n u[-n -1] \,</math> <math> \frac{a z^{-1} (1 + a z^{-1}) }{(1-a z^{-1})^3} </math> z| < |a|\,</math>
18 <math>\cos(\omega_0 n) u[n] \,</math> <math> \frac{ 1-z^{-1} \cos(\omega_0) }{ 1-2z^{-1}\cos(\omega_0)+ z^{-2} }</math> z| >1\,</math>
19 <math>\sin(\omega_0 n) u[n] \,</math> <math> \frac{ z^{-1} \sin(\omega_0) }{ 1-2z^{-1}\cos(\omega_0)+ z^{-2} }</math> z| >1\,</math>
20 <math>a^n \cos(\omega_0 n) u[n] \,</math> <math> \frac{ 1-a z^{-1} \cos(\omega_0) }{ 1-2az^{-1}\cos(\omega_0)+ a^2 z^{-2} }</math> z| > |a|\,</math>
21 <math>a^n \sin(\omega_0 n) u[n] \,</math> <math> \frac{ az^{-1} \sin(\omega_0) }{ 1-2az^{-1}\cos(\omega_0)+ a^2 z^{-2} }</math> z| > |a|\,</math>

इन्हें भी देखें

सन्दर्भ

साँचा:reflist

बाहरी कड़ियाँ