Essa derivação é complicada. A abordagem sugerida anteriormente tem uma falha. Deixe-me demonstrar isso primeiro; então eu darei a solução correta.
Desejamos relacionar a transformação do sinal de baixa amostragem, Y D ( z ) = Z { x [ M n ] } , à transformação Z do sinal original X ( z ) = Z { x [ n ] } .ZYD(z)=Z{x[Mn]}ZX(z)=Z{x[n]}
O caminho errado
Pode-se pensar em simplesmente conectar a expressão para o sinal de amostragem reduzida na expressão da transformação :Z
YD(z)=∑n=−∞+∞x[Mn]z−n
Uma mudança da variável parece óbvia:n′=Mn
YD(z)=∑n′∈MZx[n′]z−n′/M
No entanto, é importante perceber que, embora o novo índice de somatório ainda funcione de - ∞ an′−∞ ,a soma está agora acima de 1 dentre M números inteiros. Em outras palavras,∞
,n′∈MZ={...,−2M,−M,0,M,2M,...}
enquanto a definição da transformação requerZ
.n∈{...,−2,−1,0,1,2,...}
Como isso não é mais uma transformação , não podemos escrever:Z
YD(z)=X(z1/M)
O caminho certo
Vamos primeiro definir um sinal de trem de impulso 'auxiliar' como:tM[n]
tM[n]=∑k=−∞+∞δ[n−kM]={10:n∈MZ:n∉MZ
This function is 1 at one out of every M samples, and zero everywhere else.
Equivalently, the pulse train function can be written as:
tM[n]=1M∑k=0M−1ej2πkn/M
Proof: We need to consider separately the cases n∈MZ and 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
In the case
n∉MZ, we used the expression for
the finite sum of a geometric series.
Now let's go back to our original problem of finding the Z-transform of a downsampler:
YD(z)=∑n=−∞+∞x[Mn]z−n
n′=Mn
YD(z)=∑n′∈MZx[n′]z−n′/M
n∈Z
YD(z)=∑n=−∞+∞tM[n]x[n]z−n/M
Using the above formulation for the impulse train function as a finite sum of exponentials, we get:
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
The summation on the right is a summation over all integers, and is therefore a valid Z-transform in terms of z′=e−j2πk/Mz1/M. Therefore, we can write:
YD(z)=1M∑k=0M−1X(e−j2πk/Mz1/M)
This is the formula for the Z-transform of a downsampler.