Mudanças entre as edições de "PSD29007-Engtelecom(2017-1) - Prof. Marcos Moecke"

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===ATUAL===
 
===ATUAL===
;Aula 12 (31 Mar):
+
;Aula 12 e 13 (31 Mar e 2 Abr):
 
*Filtros Digitais:  Filtros IIR: Uso do Matlab.
 
*Filtros Digitais:  Filtros IIR: Uso do Matlab.
 
::*Ver as funções de discretização usadas no Matlab: [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/bilinear.html bilinear], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/impinvar.html impinvar]
 
::*Ver as funções de discretização usadas no Matlab: [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/bilinear.html bilinear], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/impinvar.html impinvar]
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::O projeto dos filtros digitais IIR baseados na transformada bilinear no Matlab é realizada em dois passos:  (1)  Determinação da ordem do filtro; (2) Determinação dos coeficientes do numerador <math> b(n) </math> e denominador  <math> a(n) </math> de <math> H(z) </math> .
 
::O projeto dos filtros digitais IIR baseados na transformada bilinear no Matlab é realizada em dois passos:  (1)  Determinação da ordem do filtro; (2) Determinação dos coeficientes do numerador <math> b(n) </math> e denominador  <math> a(n) </math> de <math> H(z) </math> .
  
:* Outros tipos de filtros IIR:  [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/yulewalk.html yulewalk], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/filtfilt.html filtfilt], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/maxflat.html maxflat], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/lpc.html lpc], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/invfreqz.html invfreqz] e outros filtros de [http://www.mathworks.com/help/signal/ug/parametric-modeling.html modelagem paramétrica].
+
:* Outros tipos de filtros IIR:  [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/yulewalk.html yulewalk], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/filtfilt.html filtfilt], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/maxflat.html maxflat], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/invfreqz.html invfreqz] e outros filtros de [http://www.mathworks.com/help/signal/ug/parametric-modeling.html modelagem paramétrica].
 +
 
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===Unidade 3===
 +
;Aula 13 (7 Abr):
 +
*Filtros Digitais: Filtros FIR
 +
:*Filtros de fase linear: simétricos e antisimétricos
 +
:*Filtros de fase linear: propriedades
 +
:*Ver pag. 249 a 256 de <ref name="SHENOI2006"/>
 +
 
 +
<!--
 +
;Aula 14 ()
 +
*Filtros Digitais: Filtros FIR:*Coeficientes da série de Fourier de filtros ideias: LP, HP, BP, BS
 +
::*Passa-baixas (''Low-pass'')
 +
::<math>c_\text{LP}(n) = \left \{ \begin{matrix} \frac{\omega_c}{\pi}; & \qquad n = 0 \\ \frac {\sin (\omega_c n)}{\pi n}; & \qquad \left | n \right | > 0 \end{matrix}\right. </math>
 +
::*Passa-altas (''High-pass'')
 +
::<math>c_\text{HP}(n) = \left \{ \begin{matrix} 1-\frac{\omega_c}{\pi}; \qquad n = 0 \\ -\frac {\sin (\omega_c n)}{\pi n}; \qquad \left | n \right | > 0 \end{matrix}\right. </math>
 +
::*Passa-faixa (''Band-pass'')
 +
::<math>c_\text{BP}(n) = \left \{ \begin{matrix} \frac{\omega_{c2}-\omega_{c1}}{\pi}; \qquad n = 0 \\ \frac {\sin (\omega_{c2} n)- \sin (\omega_{c1} n)}{\pi n}; \qquad \left | n \right | > 0 \end{matrix}\right. </math>
 +
::*Rejeita-banda (''Band-stop'')
 +
::<math>c_\text{BS}(n) = \left \{ \begin{matrix} 1-\frac{\omega_{c2}-\omega_{c1}}{\pi}; \qquad n = 0 \\ -\frac {\sin (\omega_{c2} n)- \sin (\omega_{c1} n)}{\pi n}; \qquad \left | n \right | > 0 \end{matrix}\right. </math>
 +
:*Janela retangular, fenômeno de Gibbs
 +
:*Estudar no Matlab as funções [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/wintool.html wintool], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/wvtool.html wvtool], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/window.html window]
 +
 
 +
:*Uso de funções de janelamento temporal no projeto de filtros digitais.
 +
:*Tipos de janelas temporais usadas no projeto de filtros digitais.
 +
::*Retangular
 +
::<math>w(n)=1; \qquad -M \le n \le M </math>
 +
 
 +
::*Bartlett
 +
::<math>w(n)= 1 - \frac{\left | n \right |}{M+1}; \qquad -M \le n \le M  </math>
 +
 
 +
::*Hanning
 +
::<math>w(n) = 0.5 + 0.5 \cos \left( \frac{2\pi n}{2M+1} \right),  -M \le n \le M</math>
 +
 
 +
::*Hamming
 +
::<math>w(n) = 0.54 + 0.46 \cos\left(\frac{2\pi n}{2M+1}\right); \qquad -M \le n \le M</math>
 +
 
 +
::*Blackman
 +
::<math>w(n) = 0.42 + 0.5 \cos\left(\frac{2\pi n}{2M+1}\right) + 0.08\cos\left(\frac{4\pi n}{2M+1}\right); \qquad -M \le n \le M</math>
 +
* em todas as janelas <math>w\left ( n \right ) = 0 </math> quando <math> \left | n \right | \ge M</math>
 +
::onde <math>M </math>  é <math>N/2</math> para <math>N</math> par e <math>(N+1)/2</math> para <math>N</math> impar
 +
:*Ver pag. 256 a 265 de <ref name="SHENOI2006"/>
 +
 
 +
;Aula 16 e 17 ()
 +
*Filtros Digitais: Filtros FIR
 +
*Projeto de filtro FIR utilizando janelas temporais
 +
*Uso de janelas fixas no Matlab : [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/rectwin.html rect], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/triang.html triang], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/bartlett.html bartlett], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/hann.html, hann], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/hamming.html, hamming], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/blackman.html blackman], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/blackmanharris.html blackmanharris], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/nuttallwin.html nuttall].
 +
<syntaxhighlight lang=matlab>
 +
L = 64;
 +
wvtool(rectwin(L), triang(L), bartlett(L), hann(L), hamming(L), blackman(L), blackmanharris(L), nuttallwin(L));
 +
</syntaxhighlight>
 +
{| class="wikitable"  border="1" cellpadding="3" cellspacing="0" style="text-align:center; font-size:100%" bgcolor="#efefef"
 +
! scope="col" width=25% align="center"| Janela
 +
! scope="col" width=10% align="center"| <math>A_{sl}</math>
 +
! scope="col" width=10% align="center"| <math>\Delta \omega</math>
 +
{{tabFIRwindow | Retangular | 13.3|}}
 +
{{tabFIRwindow | Triangular | 26.6|}}
 +
{{tabFIRwindow | Barlett | 26.5|}}
 +
{{tabFIRwindow | Hann | 31.5|}}
 +
{{tabFIRwindow | Barlett-Hanning | 35.9|}}
 +
{{tabFIRwindow | Hamming | 42.5|}}
 +
{{tabFIRwindow | Bohman | 46.0|}}
 +
{{tabFIRwindow | Parzen | 53.1|}}
 +
{{tabFIRwindow | Backman | 58.1|}}
 +
{{tabFIRwindow | Flat Top | 88.0|}}
 +
{{tabFIRwindow | Backman-Harris | 92.1|}}
 +
{{tabFIRwindow | Nutfall | 93.8|}}
 +
|}
 +
:*Dados acima obtidos para um filtro passa baixas de ordem N = 64 com <math>\omega_{c} = 0.5 \pi</math>
 +
 
 +
*Uso de janelas ajustáveis no Matlab: [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/kaiser.html kaiser], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/chebwin.html chebyshev], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/gausswin.html gauss], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/tukeywin.html tukey], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/taylorwin.html taylor].
 +
<syntaxhighlight lang=matlab>
 +
L = 64;
 +
r = 60;    % Chebyshev e Tukey
 +
alpha = 3; % Gauss
 +
betha = 8; % Kaiser
 +
nbar = 10; % Taylor
 +
wvtool(kaiser(L,betha), chebwin(L,r), gausswin(L,alpha),tukeywin(L,r), taylorwin(L,nbar,-r));
 +
</syntaxhighlight>
 +
Para a janela de Kaiser, a estimação do fator <math>\beta </math> e da ordem do filtro <math> N </math> são obtidos por:
 +
 
 +
<math>\beta = \left \{ \begin{matrix} 0.1102 (\alpha-8.7), & \alpha > 50, \\ 0.5842 (\alpha- 21)^{0.4} + 0.07886 (\alpha- 21) , & 50 \ge \alpha \ge 21, \\ 0, & \alpha < 21. \end{matrix}\right.</math>
 +
 
 +
<math> N = \frac {\alpha - 8} {2.285 \Delta \omega} + 1. </math>
 +
 
 +
:: onde <math> \alpha </math> é a atenuação do lóbulo lateral e <math> \Delta \omega </math> é a largura da banda de transição em rad/amostra.
 +
 
 +
Utilizando o Matlab é possível estimar esses valores utilizando a função kaiserord. Exemplo da obtenção de um filtro passa baixa com <math> f_{pass} = 1000 Hz </math>, <math> f_{stop} = 1500 Hz </math>, <math> f_{amostragem} = 8000 Hz </math> atenuação de 40 dB na "stopband"
 +
 
 +
<syntaxhighlight lang=matlab>
 +
fsamp = 8000;
 +
fcuts = [1000 1500];
 +
mags = [1 0];
 +
devs = [0.01 0.01];
 +
[n,Wn,beta,ftype] = kaiserord(fcuts,mags,devs,fsamp);
 +
</syntaxhighlight>
 +
 
 +
Com os parâmetros é possível projetar o filtro usando a função fir1, que utiliza o método da janela para o projeto do filtro.
 +
 
 +
<syntaxhighlight lang=matlab>
 +
h_fir = fir1(n,Wn,ftype,kaiser(n+1,beta),'noscale');
 +
[Hw,w] =freqz(h_fir);
 +
plot(w*fsamp/2/pi,20*log10(abs(Hw)))
 +
title(['Kaiser filter N = ' num2str(n)])
 +
%fvtool(h_fir,1)
 +
</syntaxhighlight>
 +
:*Ver as funções [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/fir1.html fir1], [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/kaiserord.html kaiserord] do Matlab.
 +
:*Ver pag. 266 a 273 de <ref name="SHENOI2006"/>
 +
 
 +
;Aula 18 ()
 +
*Filtros Digitais: Filtros FIR
 +
:* Uso das funções [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/window.html window] e [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/fir1.html fir1] do Matlab para projeto de filtro FIR
 +
%% Exemplo de Filtro
 +
wp1 = 0.1 \pi;
 +
ws1 = 0.2 \pi;
 +
ws2 = 0.6 \pi;
 +
wp2 = 0.8 \pi;
 +
Ap = 1 dB;
 +
Ar = 40 dB;
 +
</syntaxhighlight>
 +
 
 +
;Aula 19 ()
 +
*Filtros Digitais: Filtros FIR
 +
:*Filtro de Parks-McClellan.  Funções [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/firpm.html firpm] e [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/firpmord.html firpmord].
 +
 
 +
;Aula 20 ():
 +
*Uso do [http://www.mathworks.com/help/signal/examples/introduction-to-the-filter-design-and-analysis-tool-fdatool.html] [http://www.mathworks.com/help/signal/ref/fdatool.html Fdatool] para projeto de filtro IIR, FIR equiripple e FIR com janela.
 +
<syntaxhighlight lang=matlab>
 +
%% Exemplo de Filtro
 +
fp = 3000 Hz;
 +
fr = 4000 Hz;
 +
fs = 20000 Hz;
 +
Ap = 1 dB;
 +
Ar = 40 dB;
 +
</syntaxhighlight>
 +
-->
  
 
==Avaliações==
 
==Avaliações==

Edição das 23h53min de 6 de abril de 2017

Registro on-line das aulas

Unidade 1

Aula 1 (10 Fev)
  • Revisão de Sinais e Sistemas no tempo discreto em Matlab:
  • Resposta de sistemas LTI (Experimento 1.1)
  • Relembrar o conceito de equação de diferenças de um sistema LTI discreto e resposta ao impulso.
  • Resposta ao delta de Kronecker do sistema LTI discreto
onde , e logo
%  Exemplos e Experimentos baseados no livro:
% DINIZ, P. S. R., DA SILVA, E. A. B., e LIMA NETTO, S. Processamento Digital de Sinais: Projeto e Análise de Sistemas. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2014. 976 p. ISBN 978-8582601235.
%% Experimento 1.1
alpha = 1.15; N = 256;
x = [1 zeros(1,N)];
y = filter(1,[1 -1/alpha],x);
stem(y);
  • Amostragem de Sinais (Experimento 1.2)
  • Relembrar teorema da amostragem. Efeito da amostragem abaixo da frequência de Nyquist. Aliasing.
  • Notar que as amostras de um sinal (3 Hz) e um sinal (7 Hz) são idênticas quando amostrado com um sinal de 10 Hz.
%  Exemplos e Experimentos baseados no livro:
% DINIZ, P. S. R., DA SILVA, E. A. B., e LIMA NETTO, S. Processamento Digital de Sinais: Projeto e Análise de Sistemas. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2014. 976 p. ISBN 978-8582601235.
%% Experimento 1.2
fs = 10; % frequencia (Hz) de amostragem dos sinais
Ts = 1/fs; fase = 0;
time = 0:Ts:(1-Ts);
f1 = 3; % frequencia (Hz) do sinal s_1
f2 = 7; % frequencia (Hz) do sinal s_2
s_1 = cos(2*pi*f1*time+fase);
s_2 = cos(2*pi*f2*time+fase);
fsa = 1000; % frequência auxiliar de amostragem usada apenas para representação dos sinais originais
Tsa = 1/fsa;
time_aux = 0:Tsa:(1-Tsa);
figure(1);
stem(time,s_1,'ob');
hold on;
plot(time_aux, cos(2*pi*f1*time_aux+fase),'--k');
stem(time,s_2,'+r');
plot(time_aux, cos(2*pi*f2*time_aux+fase),'--m');
hold off;
legend('s_1 discreto','s_1 contínuo','s_2 discreto','s_2 contínuo')
Aula 2 (13 Fev)
  • Revisão de Sinais e Sistemas no tempo discreto em Matlab:
Variação do Experimento 2.2
%  Exemplos e Experimentos baseados no livro:
% DINIZ, P. S. R., DA SILVA, E. A. B., e LIMA NETTO, S. Processamento Digital de Sinais: Projeto e Análise de Sistemas. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2014. 976 p. ISBN 978-8582601235.
%% Experimento 2.2
% Resposta em frequencia usando a função freqz
N = 1;
num = [1 0 0 0];
den = poly([0.8 0.2])
%den = [1 0.6 -0.16];
% modo 1
%[H,w]=freqz(num,den,[0:pi/100:N*pi-pi/100]);
%plot(w/pi, abs(H));
% modo 2
%[H,w]=freqz(num,den);
%plot(w/pi, abs(H));
% modo 3
%[H,w]=freqz(num, den, 'whole');
%plot(w/pi, abs(H));
% modo 4
freqz(num, den, 'whole');
figure(2);
zplane(num,den);

%% Resposta em frequencia substituindo z -> e^(jw)
syms z
Hf(z) = symfun(z^2/(z-0.2)/(z+0.8),z);
pretty(Hf)
latex(Hf)
N = 1;
w = [0:pi/100:N*pi-pi/100];
plot(w/pi,abs(Hf(exp(1i*w))))
%title(['$' latex(Hf) '$'],'interpreter','latex')
text(0.2,2,['H(z) = ' '$$' latex(Hf) '$$'],'interpreter','latex')
xlabel(['w/' '$$' '\pi' '$$'],'interpreter','latex')
  1. Verifique a diferença entre os tipos de plots comentados no código.
  2. substitua o denominador de H(z) por dois polos em [-0.8 -0.8].
  3. verifique o que ocorre se forem utilizados polos complexos conjugados [0.3-0.4i 0.3+0.4i 0.1]
  4. verifique o que ocorre se forem utilizados polos complexos não conjugados [0.3-0.4i 0.3+0.8i]
  5. verifique o que ocorre se os polos estiverem fora do circulo unitário [1.2 -0.2]. Interprete este resultado
Aula 3 (17 Fev)
  • Revisão de Sinais e Sistemas no tempo discreto em Matlab:
  • Filtragem de Sinais
Variação do Experimento 3.1
%% Variação do Experimento 3.1 do livro:
% DINIZ, P. S. R., DA SILVA, E. A. B., e LIMA NETTO, S. Processamento Digital de Sinais: Projeto e Análise de Sistemas. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2014. 976 p. ISBN 978-8582601235.
% FILE: Ex3_1.m
% Exemplificando as possiveis formas de realizar a filtragem de um sinal x(n)
 

clc; clear all; close all;
%% Definindo valores iniciais
Nh = 10; Nx = 20;
%Nh = 400; Nx = 10000;
x = ones(1,Nx);
% A resposta ao inpulso de um sistema h(n) 
% no filtro FIR aos coeficientes b(n) = h(n) 
h = [1:Nh]; b = h;
%% Filtrando o sinal e medindo tempos

% Filtragem utilizando a convolução
% NOTE: length(y) = length(x) + length(h) -1
tic;  % iniciar a contagem do tempo
y1 = conv(x,h); 
t(1) = toc; % terminar acontagem e mostrar tempo no console

% filtragem utilizando a equação recursiva
% NOTE: length(y) = length(x)
tic;
y2 = filter(b,1,x);
t(2) = toc;

% filtragem utilizando a equação recursiva
% aumentando o tamanho de x para que length(y3) = length(y1)
x3 = [x zeros(1,length(h)-1)];
tic;
y3 = filter(h,1,x3); 
t(3) = toc;

length_y = length(x) + length(h) - 1;

% filtragem utilizando a FFT
% a y = IFFT(FFT(x)*FFT(h))
tic;
X = fft(x,length_y);
H = fft(h,length_y);
Y4 = X.*H;
y4 = ifft(Y4);
t(4) = toc;

% filtragem utilizando a função fftfilt
% a y = IFFT(FFT(x)*FFT(h))

tic
y5 = fftfilt(h,x3);
t(5) = toc;

disp('Comprimento do vetor de saída length(y)')
disp(['    ' num2str([length(y1) length(y2) length(y3) length(y4) length(y5)])])
disp('Tempo usado na filtragem em micro segundos')
disp(['    ' num2str(t*1e6) ' us'])

%%  Plotando o gráfico
subplot(411);stem(y1);
hold on;
stem(y2,'xr');
stem(y3,'+m');
legend('y1', 'y2', 'y3')
hold off
subplot(412);stem(y1, 'ob');legend('y1')
subplot(413);stem(y2, 'xr'); hold on; stem(zeros(size(y1)),'.w');hold off; legend('y2')
subplot(414);stem(y3, '+m');legend('y3')
  • Análise de Sinais (Experimento 3.2) - Análise de um sistema h[n] correspondente a um filtro passa-faixa, utilizando um sinal de entrada x[n] senoidal (ou um sinal r[n] de ruído branco). Análise da entrada x[n] e saída y[n] usando a fft.
Variação do Experimento 3.2
%% Variação do Experimento 3.2 do livro:
% DINIZ, P. S. R., DA SILVA, E. A. B., e LIMA NETTO, S. Processamento Digital de Sinais: Projeto e Análise de Sistemas. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2014. 976 p. ISBN 978-8582601235.
% FILE: Ex3_2.m
 
% Análise de sinais no domínio da frequência 
fs = 200;   % frequência de amostragem
f_sinal = 10;  A_sinal = 1;   % freqüência e amplitude do sinal 
T = 1;      % Duração do sinal
k_noise = 0.2;    % Intensidade do ruído  
snr = 0;

time = 0 : 1/fs : (T-1/fs);
L = length(time);
freq = time * fs/T;

% Sinal x(n) com amplitude A_sinal e frequencia de f_sinal (Hz) 
x = A_sinal*sin(2*pi*f_sinal.*time);

% Adicionando um ruido com a função randn
noise = k_noise*randn(1,fs*T);
x1 = x + noise;

% Adicionando um ruido com a função awgn
x2 = awgn(x,snr);

% Obtendo o sinal no domínio da frequencia
X = abs(fft(x))/L;
X1 = abs(fft(x1))/L;
X2 = abs(fft(x2))/L;

% Obtendo os plots dos sinais no dominio do tempo e domínio da frequencia
figure(1);
subplot(211);plot(time,x, 'b', time,x1, 'g', time, x2, 'r'); 
legend('x(n)', 'x(n)+rand', 'x(n)awgn', 'Location','south')
xlabel('Tempo (seg)'); ylabel('Magnitude (linear)');
subplot(212);plot(freq, (abs(X)), 'b'); hold on ;plot(freq, (abs(X1)),'g');plot(freq,(abs(X2)),'r'); 
legend('X(f)', 'X(f)+rand', 'X(f)+awgn', 'Location','south'); hold off;
xlabel('Frequencia (Hz)'); ylabel('Magnitude (linear)');
  • Consulte a documentação do Matlab sobre
     fft, ifft, fftshift, randn
    
  • Consulte a documentação do Matlab sobre
     plot, grid, subplot, hold, xlabel, ylabel, title, legend, xlim, ylim, log10, log
    
  • Consulte a documentação do Matlab sobre text, zp2tf, tf2zp, fftfilt, awgn
  • Ver pag. 141 a 145 e 230 a 235 de [1]
Aula 4 - 5 (20 - 24 Fev)
  • Revisão de Sinais e Sistemas no tempo discreto em Matlab:
  • Filtros Digitais
%% Experimento 2.3 - Filtros Digitais
% Exemplos e Experimentos baseados no livro:
% DINIZ, P. S. R., DA SILVA, E. A. B., e LIMA NETTO, S. Processamento Digital de Sinais: Projeto e Análise de Sistemas. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2014. 976 p. ISBN 978-8582601235.
% FILE: Exp2_3.m
 
%% 1º filtro
p1 = 0.9*exp(1j*pi/4);
Z = [1 -1 ]'; P = [p1 p1']';
[num,den] = zp2tf(Z,P,1);
[h,w] = freqz(num,den);
figure(1); plot(w,abs(h)/max(abs(h)));
figure(2); zplane(num,den);
 
%% 2º filtro
z1 = exp(1j*pi/8);
z2 = exp(1j*3*pi/8);
p1 = 0.9*exp(1j*pi/4);
Z = [1 -1 z1 z1' z2 z2']';
P = [p1 p1' p1 p1' p1 p1']';
[num,den] = zp2tf(Z,P,1);
[h,w] = freqz(num,den);
figure(1); plot(w,abs(h)/max(abs(h)));
figure(2); zplane(num,den);
 
%% 3º filtro
z1 = exp(1j*pi/8);
z2 = exp(1j*3*pi/8);
p1 = 0.99*exp(1j*pi/4);
p2 = 0.9*exp(1j*pi/4 - 1j*pi/30);
p3 = 0.9*exp(1j*pi/4 + 1j*pi/30);
Z = [1 -1 z1 z1' z2 z2']';
P = [p1 p1' p2 p2' p3 p3']';
[num,den] = zp2tf(Z,P,1);
[h,w] = freqz(num,den);
figure(1); plot(w,abs(h)/max(abs(h)));
figure(2); zplane(num,den);
  • Exercício - Sinal DTMF com ruído
  • Verifique se o Matlab está reproduzindo corretamente o som.
%% Carregando o som
clear, close, clc
load handel;

%% Reproduzindo o som 
sound(y,Fs)
 
% Reproduzindo o som 
%soundsc(y,Fs)
 
% Reproduzindo o som 
%player = audioplayer(y, Fs);
%play(player);
  • Usando o Matlab (ou Audacity) para gerar um sinal DTMF correspondente a um número N e adicionar um ruido ao sinal. Opcionalmente utilize um sinal DTMF gravado
  • Utilizar uma frequência de amostragem de 8000Hz de fazer a duração do sinal igual a 2 segundos.
  • Para adicionar o ruído utilize a função y = awgn(x,snr), ou y = x + nivel*randn(n).
  • Observe este sinal no domínio do tempo (DT) e domínio da frequência (DF).
%% Carregando o som
clear, close, clc
[y,Fs] = audioread('DTMF_8kHz.ogg');

%% Reproduzindo o som 
sound(y,Fs)

%% Visualizando o som no DT
time = [0:length(y)-1]'/Fs;
plot(time',y'); xlabel('segundos');
xlim([0 time(end)]), ylim([-1 1]);

%% Visualizando o som no DF
Nfreq = length(y);
freq = linspace(0,2*pi,Nfreq)'*Fs/pi/2;
Y = fft(y,Nfreq)/Nfreq;
plot(freq,abs(Y)); xlabel('Hertz');
xlim([0 Fs/2]);
  • Filtrar o sinal resultante mantendo apenas a frequência da linha (ou coluna)
  • Mostrar os sinais no domínio do tempo e da frequência.
x1,X1 - soma das duas senoides.
x2,X1 - soma de x1 com o ruído branco (gaussiano)
y,Y - sinal filtrado.
  • Para a filtragem:
  • faça a filtragem no domínio do tempo, usando a função filter posicionando o polo sobre a frequência que deseja passar, e coloque um zero sobre a frequência que deseja rejeitar.
  • faça a filtragem no domínio da frequência, convertendo o sinal x1 para DF usando X1 = fft(x1), Y = X1.*H, y = ifft(Y), onde H é um vetor de zeros e uns que indica as frequências que devem passar e quais devem ser rejeitadas.
VER (Experimento 3.1, Experimento 3.2, Experimento 2.3)
Aula (3 Mar)
  • 1ª defesas de TCC do Curso de Engenharia de Telecomunicações.
  • Alunos assistiram a defesa no auditório das 10:00 as 12:35

Unidade 2

Aula 6 (6 Mar)
  • Filtros Analógicos:
  • Função de transferência
  • Resposta em frequência: para obter a resposta em frequência é necessário avaliar
  • O projeto de filtros analógicos é realizado em 2 etapas:
  1. projeto de um filtro passa baixas (LP) protótipo normalizado com frequência de passagem
  2. transformação em frequência para o tipo de filtro (LP, HP, BP ou BS)
Aula 7 e 8 (10 e 13 Mar)
  • Projeto de filtros analógicos do tipo Butterworth
  • A aproximação de magnitude de filtros analógicos pode ser realizado usando as aproximações de Butterworth, Chebyshev (tipo 1 ou 2) e Cauer.
  • Projeto de filtros analógicos do tipo Butterworth, considerando: é a frequência de passagem do filtro LP, é a atenuação em dB na frequência de passagem, é a frequência de stopband do filtro, é a atenuação em dB na frequência de stopband, , , são as frequências de passagem e stopband do filtro protótipo.
  • É necessário determinar a ordem do filtro:
  • Em seguida obter os polos do filtro:
  • Em seguida é necessário obter a função de transferência:
, onde
  • No caso de um filtro LP é necessário ainda obter a função de transferência do filtro especificado
  • Ver pag. 186 a 204 de [2]
Aula 9 (17 Mar)
  • Projeto de filtros analógicos do tipo Chebyshev I.
  • Determine a ordem mínima necessária:
  • Em seguida obter os polos do filtro:
, onde
  • Ver pag. 204 a 208 de [2]
Aula 10 (20 Mar)
  • Filtros Analógicos:
  • Exemplos de projeto de filtro passa-baixas com frequência de passagem de 16000 rad/s com atenuação máxima de 0.3 dB, frequência de rejeição de 20000 rad/s com atenuação mínima de 20 dB; e ganho em DC de 3 dB.
%% Projeto de filtro passa-baixas usando funções do Matlab  
%% Especificações do filtro 
Wp =16000; Ws = 20000; Ap = 0.3; As = 20; G0= 3;
% Para analisar o filtro projetado, use fvtool(b,a) para observar plano s, resposta em magnitude, fase e atraso de grupo
 
%% Butterworth
[n,Wn] = buttord(Wp, Ws, Ap, As,'s')
[b,a] = butter(n,Wn, 's');

%% Chebyshev I
n = cheb1ord(Wp, Ws, Ap, As,'s')
[b,a] = cheby1(n,Ap, Wp, 's');

%% Chebyshev II
n = cheb2ord(Wp, Ws, Ap, As,'s')
[b,a] = cheby2(n,As, Ws, 's');

%% Elliptic - Cauer
[n, Wn] = ellipord(Wp, Ws, Ap, As,'s')
[b,a] = ellip(n,Ap,As, Wn, 's');
  • Transformação de frequência de filtros analógicos
(passa-baixas -> passa-baixas, passa-baixas -> passa-altas, passa-baixas -> passa-faixa, passa-baixas -> rejeita-faixa)
  • Funções para projeto do filtro protótipo analógico passa-baixas: besselap, buttap, cheb1ap, cheb2ap, ellipap
  • Funções de transformação de frequencia: lp2bp, lp2bs, lp2hp, lp2lp
  • Ver pag. 208 a 218 de [2]
Aula 11 (27 Mar)
  • Filtros Digitais: Filtros IIR: transformações do tempo contínuo no tempo discreto
  • Transformação invariante ao impulso (pode ser usada apenas para filtros com forte atenuação em frequência altas, ex: passa-baixas e passa-faixa)
  • Transformação bilinear (pode ser usada para todos tipos de filtro)
  • Ver pag. 219 a 229 de [2]
  • Ver pag. 403 a 415 e 434 a 435 de [1]

ATUAL

Aula 12 e 13 (31 Mar e 2 Abr)
  • Filtros Digitais: Filtros IIR: Uso do Matlab.
O projeto dos filtros digitais IIR baseados na transformada bilinear no Matlab é realizada em dois passos: (1) Determinação da ordem do filtro; (2) Determinação dos coeficientes do numerador e denominador de .

Unidade 3

Aula 13 (7 Abr)
  • Filtros Digitais: Filtros FIR
  • Filtros de fase linear: simétricos e antisimétricos
  • Filtros de fase linear: propriedades
  • Ver pag. 249 a 256 de [2]


Avaliações

  • Entrega dos diversos trabalhos ao longo do semestre.
  • Projeto Final. O projeto é avaliado nos quesitos: 1) Implementação do Sistema, 2) Documentação, 3) Avaliação Global do aluno no projeto.

Atividades extra

Neste tópico serão listadas as atividades extras que os alunos da disciplina deverão realizar ao longo do curso.

AE1 - Revisão de Sinais e Sistemas (prazo 03/Mar/2017 as 23h59)
  • No Experimento 1.2
  1. Varie o valor da frequência de amostragem de 6 até 20 Hz e observe:
  2. Em qual frequência deixa de ocorrer recobrimento do sinal 2.
  3. O que ocorre quando a frequência é 6, 7, 14 Hz? Explique
  4. Qual deveria ser a frequência do sinal f_2 para que as amostras tomadas sejam coincidentes como o sinal f_1 para uma frequência de amostragem f_s? Reescreva a equação e verifique no Matlab.
  • No Experimento 2.2
  1. Verifique a diferença entre os tipos de plots comentados no código.
  2. substitua o denominador de H(z) por dois polos em [-0.8 -0.8].
  3. verifique o que ocorre se forem utilizados polos complexos conjugados [0.3-0.4i 0.3+0.4i 0.1]
  4. verifique o que ocorre se forem utilizados polos complexos não conjugados [0.3-0.4i 0.3+0.8i]
  5. verifique o que ocorre se os polos estiverem fora do circulo unitário [1.2 -0.2]. Interprete este resultado
  • No Experimento 3.1
  1. Utilizando Nh = 10 e Nx = 20, execute a filtragem pelo menos 3 vezes em seguida e anote os tempos.
  2. Anote o tamanho dos sinais de saída y, e analise os plots.
  3. Aumente o tamanho do filtro (Nh) e o tamanho do sinal de entrada (Nx) e execute a filtragem pelo menos 3 vezes em seguida e anote os tempos.
  4. Anote o tamanho dos sinais de saída y.
  5. Explique os resultados obtidos.
  • No Experimento 3.2
  1. Acrescente um subplot para mostrar o sinal no domínio da frequência com a magnitude em dB 20*log10(abs(X)).
  2. Limite a escala da magnitude entre -100 e 1 dB usando ylim.
  3. Insira em todos os plots e subplot, títulos, legendas e labels para os eixos X e Y,
  4. Posicione o texto "F Hz" para indicar o pico nos gráficos 2 e 3, conforme mostrado na figura abaixo.
DTxDF sinal noise.png

Figura 1 - Análise no domínio da frequência do sinal

  1. Varie o valor de k entre 0 e 2 (com passo de 0.1) e analise o sinal no domínio do tempo e no domínio da frequência.
  2. Varie o valor de snr entre 100 e 1 e analise o sinal no domínio do tempo e no domínio da frequência.
  3. Utilize k = 0.3 e snr = 40 e varia a frequência do sinal entre 0 até 200 Hz (com passo de 10 Hz). Interprete os resultados obtidos.
  • Utilizando o espectro de frequência (Exp3.2) repita as medições feitas com o processo de amostragem (Exp1.2)
  1. Qual conclusão que você chega em relação a amostragem de sinais utilizando para a frequência de amostragem valores acima e abaixo do dobro da frequencia de Nyquist.
  2. Para analisar o espectro talvez seja conveniente mudar a amplitude dos sinais de entrada.
  • Faça um relatório (em pdf) incluindo as principais figuras obtidas e as respostas e conclusões para o email "moecke at ifsc.edu.br" com o Assunto: PSD29007 - AE1 - Revisão de Sinais e Sistemas.

Referências Bibliográficas

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 DINIZ, P. S. R., DA SILVA, E. A. B., e LIMA NETTO, S. Processamento Digital de Sinais: Projeto e Análise de Sistemas. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2014. 976 p. ISBN 978-8582601235
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 SHENOI, B. A. Introduction to Digital Signal Processing and Filter Design. 1.ed. New Jersey: John Wiley-Interscience, 2006. 440 p. ISBN 978-0471464822


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