Transformada en Z
Transformada en Z
Transformada en Z
0 ≤ 𝑟𝑅 ≤ |𝑧| ≤ 𝑟𝐿 ≤ ∞.
circunferencia unidad.
4. Si 𝑥[𝑛] es una secuencia de duración finita, la ROC es todo plano complejo excepto tal
vez 𝑧 = 0 o 𝑧 = ∞.
5. Si 𝑥[𝑛] es una secuencia hacia adelante, la ROC se extiende desde el polo de mayor
6. Si 𝑥[𝑛] es una secuencia hacia atrás, la ROC se extiende desde el polo de menor
7. Si 𝑥[𝑛] es una secuencia hacia ambos lados, la ROC consiste en un anillo, cuyas fronteras
Se vio que secuencias distintas pueden conducir a funciones transformada Z idénticas que
Las propiedades de la ROC limitan las posibles ROC asignadas a cierto patrón de polos y
ceros.
Causalidad y estabilidad de sistemas y vínculo con la ROC
Sistema causal:
Sistema estable:
dentro del círculo unidad (todos tienen modulo menor que uno).
Inversión de la transformada 𝒁
1
𝑥(𝑛) = ∮ 𝑋(𝑧)𝑧 𝑛−1 𝑑𝑧
2𝜋𝑗 𝐶
Una integral de contorno sobre el camino cerrado 𝐶 que encierra al origen y se halla en la
ROC de 𝑋(𝑧).
Por simplicidad 𝐶 puede ser una circunferencia dentro de la ROC de 𝑋(𝑧) en el plano 𝑧.
discreto.
La teoría de las funciones de variable compleja brinda métodos formales para invertir la
Método de inspección.
entonces:
𝑧 = 𝑧0 , entonces:
1 𝑑 𝑘−1 𝑓(𝑧)
1 𝑓(𝑧) 𝑠𝑖 𝑧0 𝑒𝑠𝑡á 𝑑𝑒𝑛𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝐶
∮ 𝑘
𝑑𝑧 = {(𝑘 − 1)! 𝑑𝑧 𝑘−1
2𝜋𝑗 𝐶 (𝑧 − 𝑧0 )
0 𝑠𝑖 𝑧0 𝑒𝑠𝑡á 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝐶
𝑓(𝑧) no tiene polos dentro del contorno 𝐶 y 𝑔(𝑧) es un polinomio con raíces distintas
𝑛
1 𝑓(𝑧) 1 𝐴𝑖 (𝑧)
∮ 𝑑𝑧 = ∮ [∑ ] 𝑑𝑧
2𝜋𝑗 𝐶 𝑔(𝑧) 2𝜋𝑗 𝐶 𝑧 − 𝑧𝑖
𝑖=1
𝑛
1 𝐴𝑖 (𝑧)
=∑ ∮ 𝑑𝑧
2𝜋𝑗 𝐶 𝑧 − 𝑧𝑖
𝑖=1
= ∑ 𝐴𝑖 (𝑧𝑖 )
𝑖=1
Para el caso de la transformada 𝒁 inversa tenemos:
1
𝑥(𝑛) = ∮ 𝑋(𝑧)𝑧 𝑛−1 𝑑𝑧
2𝜋𝑗 𝐶
Si 𝑋(𝑧)𝑧 𝑛−1 no tiene polos dentro del contorno 𝐶 para uno o más valores de 𝑛, entonces
Método de inspección
𝑍 𝑧 1
𝑎𝑛 𝑢[𝑛] ↔ = , |𝑧| > |𝑎| (1)
𝑧−𝑎 1 − 𝑎𝑧 −1
1 1
𝑋(𝑧) = , |𝑧| > , (2)
1 2
1 − 2 𝑧 −1
1 𝑛
𝑥[𝑛] = ( ) 𝑢[𝑛]. (3)
2
¿Cómo es la señal con respecto a la localización del polo?
Una señal causal con doble polo es de la forma:
1 𝑛
𝑥[𝑛] = − (2) 𝑢[−𝑛 − 1]. (4)
Método de inspección
secuencias básicas.
función racional.
Una función racional puede descomponerse en la suma de términos más simples, y cada
termino simple es fácil de invertir, por ejemplo, por inspección recurriendo a una tabla de
transformadas.
la siguiente forma:
∑𝑀
𝑘=0 𝑏𝑘 𝑧
−𝑘
𝑏0 + 𝑏1 𝑧 −1 + ⋯ + 𝑏𝑀 𝑧 −𝑀
𝑋(𝑧) = 𝑁 = (5)
∑𝑘=0 𝑎𝑘 𝑧 −𝑘 𝑎0 + 𝑎1 𝑧 −1 + ⋯ + 𝑎𝑁 𝑧 −𝑁
El numerador es de grado M en 𝑧 −1 .
El denominador es de grado N en 𝑧 −1
𝑧 𝑀 ∑𝑀
𝑘=0 𝑏𝑘 𝑧
𝑀−𝑘
𝑧 𝑀 𝑏0 𝑧 𝑀 + 𝑏1 𝑧 𝑀−1 + ⋯ + 𝑏𝑀
𝑋(𝑧) = 𝑁 𝑁 = 𝑁
𝑧 ∑𝑘=0 𝑎𝑘 𝑧 𝑁−𝑘 𝑧 𝑎0𝑧 𝑁 + 𝑎1 𝑧 𝑁−1 + ⋯ + 𝑎𝑁
Notar que:
𝑧 𝑁 𝑏0 ∏𝑀
𝑘=1(𝑧 − 𝑐𝑘 ) 𝑏0 ∏𝑀 −1
𝑘=1(1 − 𝑐𝑘 𝑧 )
𝑋(𝑧) = 𝑀 =
𝑧 𝑎0 ∏𝑁 𝑘=1(𝑧 − 𝑑𝑘 ) 𝑎0 ∏𝑁 −1
𝑘=1(1 − 𝑑𝑘 𝑧 )
Si 𝑀 < 𝑁 y los polos son de primer orden, 𝑋(𝑧) puede expresarse como,
𝑁
𝐴𝑘
𝑋(𝑧) = ∑ (6)
1 − 𝑑𝑘 𝑧 −1
𝑘=1
igualando los coeficientes del polinomio obtenido con los del polinomio
1
X(z) =
3 1
1 − 4 z −1 + 8 z −2
z2
X(z) =
3 1
z 2 − 4 z1 + 8
1 1
Las raíces del denominador son y 2 , y por lo tanto
4
z2
X(z) =
1 1
(z − 4) (z − 2)
1
X(z) =
1 1
(1 − 4 𝑧 −1 ) (1 − 2 𝑧 −1 )
1
Como la secuencia es hacia la derecha, la ROC es |𝑧| > .
2
𝐴1 𝐴2
𝑋(𝑧) = +
1 1
(1 − 4 𝑧 −1 ) (1 − 2 𝑧 −1 )
1 1
𝐴1 (1 − 2 𝑧 −1 ) + 𝐴2 (1 − 4 𝑧 −1 )
X(z) =
1 1
(1 − 4 𝑧 −1 ) (1 − 2 𝑧 −1 )
1 1
𝐴1 + 𝐴2 − (2 𝐴1 + 4 𝐴2 )𝑧 −1
X(z) =
1 1
(1 − 4 𝑧 −1 ) (1 − 2 𝑧 −1 )
𝐴1 + 𝐴2 = 1 ⇒ {𝐴1 = −1
{1 1
𝐴1 + 𝐴2 = 0 ⇒ {𝐴2 = 2
2 4
−1 2 1
𝑋(𝑧) = + , |𝑧| >
1 1 2
(1 − 4 𝑧 −1 ) (1 − 2 𝑧 −1 )
1 𝑛 1 𝑛
𝑥[𝑛] = 2 (2) 𝑢[𝑛] − (4) 𝑢[𝑛]
Se vio que 𝑋(𝑧) puede expresarse como
𝑁
𝐴𝑘
𝑋(𝑧) = ∑
1 − 𝑑𝑘 𝑧 −1
𝑘=0
𝐴𝑘 = (1 − 𝑑𝑘 𝑧 −1 )𝑋(𝑧)│𝑧=𝑑𝑘
1 𝐴1 𝐴2
X(z) = = +
1 1 1 1
(1 − 4 𝑧 −1 ) (1 − 2 𝑧 −1 ) (1 − 4 𝑧 −1 ) (1 − 2 𝑧 −1 )
1 −1
se multiplican ambos lados de la igualdad por (1 − 𝑧 ),
4
1
1 −1 1 (1 − 4 𝑧 −1 ) 𝐴2
(1 − 𝑧 ) X(z) = = 𝐴1 +
4 1 −1 1
(1 − 2 𝑧 ) (1 − 2 𝑧 −1 )
1
Se evalúa en 𝑧 = , resultando en
4
1 −1 1
(1 − 𝑧 ) 𝑋(𝑧)│𝑧=1 = │ = 𝐴1
4 4 1 −1 𝑧= 14
(1 − 2 𝑧 )
grado del numerador es menor que el grado del denominador, es decir, si 𝑀 < 𝑁.
De esta forma, al sacar denominador común, el grado del numerador del primer
transformada original.
1 + 2𝑧 −1 + 𝑧 −2
𝑋(𝑧) =
3 1
1 − 2 𝑧 −1 + 2 𝑧 −2
𝑧 2 + 2𝑧 + 1
𝑋(𝑧) =
3 1
𝑧2 − 𝑧 +
2 2
1
El numerador tiene raíz doble 1 y el denominador tiene raíces 2 y 1, y por lo tanto
(𝑧 + 1)2
𝑋(𝑧) =
1
(𝑧 − 2) (𝑧 − 1)
(1 − 𝑧 −1 )2
𝑋(𝑧) =
1
(1 − 2 𝑧 −1 ) (1 − 𝑧 −1 )
Como la secuencia es hacia la derecha, la ROC es |𝑧| > 1
𝐴1 𝐴2
𝑋(𝑧) = 𝐵0 + + (8)
1 −1 1
(1 − 4 𝑧 ) (1 − 2 𝑧 −1 )
1 1
𝐵0 (1 − 2 𝑧 −1 ) (1 − 𝑧 −1 ) + 𝐴1 (1 − 𝑧 −1 ) + 𝐴2 (1 − 2 𝑧 −1 )
X(z) =
1
(1 − 𝑧 −1 ) (1 − 𝑧 −1 )
2
se tiene que
3 1
(𝐵0 + 𝐴1 + 𝐴2 ) − ( 𝐵0 + 𝐴1 + 𝐴2 ) 𝑧 −1 + 𝐵0 𝑧 −2 = 1 + 2𝑧 −1 + 𝑧 −2
2 2
𝐵0 + 𝐴1 + 𝐴2 = −1
3 1 𝐵0 = 2
𝐵0 + 𝐴1 + 𝐴2 = −2
2 2 ⇒ {𝐴1 = 2
1 𝐴2 = 8
{ 2 𝐵0 + 𝐴1 + 𝐴2 = 1
1 𝑛
𝑥[𝑛] = 2 𝛿[𝑛] − 9 (2) 𝑢[𝑛] + 8𝑢[𝑛].
Si 𝑋(𝑧) tiene polos de multiplicidad mayor que 1, existe una expresión alternativa
la transformada 𝑍.
Propiedades de la transformada 𝒁
𝑍
𝑥[𝑛] ↔ 𝑋(𝑧), ROC = 𝑅𝑥
Linealidad
que
𝑍
𝑎𝑥1 [𝑛] + 𝑏𝑥2 [𝑛] ↔ 𝑎𝑋1 (𝑧) + 𝑏𝑋2 (𝑧) , ROC contiene 𝑅𝑥1 ⋂ 𝑅𝑥2
Desplazamiento temporal
𝑍
𝑥[𝑛 − 𝑛0 ] ↔ 𝑧 −𝑛0 𝑋(𝑧) , ROC = 𝑅𝑥
𝑌(𝑧) = ∑ 𝑥[𝑛 − 𝑛0 ]𝑧 −𝑛
𝑛=−∞
∞
= 𝑧 −𝑛0 ∑ 𝑥[𝑚]𝑧 −𝑚
𝑚=−∞
= 𝑧 −𝑛0 𝑋(𝑧)
1 1
𝑋(𝑧) = , |𝑧| >
1 4
𝑧 − 4
𝑧 −1
𝑋(𝑧) =
1
1 − 4 𝑧 −1
1
𝑋(𝑧) tiene solo un polo en 𝑧 = y no tiene ceros. Además el grado del
4
1
𝐴1 𝐵0 + 𝐴1 − 4 𝐵0 𝑧 −1 𝐵 = −4
𝑋(𝑧) = 𝐵0 + = ⇒ { 0
1 −1 1 −1 𝐴1 = 4
1 − 4𝑧 1 − 4𝑧
4
Concluyendo que 𝑋(𝑧) = −4 + 1
1− 𝑧 −1
4
1 𝑛
𝑥[𝑛] = −4𝛿[𝑛] + 4 ( ) 𝑢[𝑛]
4
1 𝑛
𝑥 [𝑛] = ( ) 𝑢[𝑛 − 1]
4
Lo mismo aplicando la propiedad de desplazamiento temporal
𝑧 −1 1
𝑋(𝑧) = = 𝑧 −1 ( ) = 𝑧 −1 𝑌(𝑧)
1 −1 1 −1
1 − 4𝑧 ⏟1 − 4 𝑧
𝑌(𝑧)
𝑥[𝑛] = 𝑦[𝑛 − 1]
1 𝑛 𝑧 1 1
𝑦[𝑛] = ( ) 𝑢[𝑛] ↔ Y(𝑧) = , ROC: |𝑧| >
4 1 4
1 − 4 𝑧 −1
1 𝑛
𝑥[𝑛] = ( ) 𝑢[𝑛 − 1]
4
Escalado en el dominio z.
Si:
𝑧
𝑥(𝑛) ↔ 𝑋(𝑧) 𝑅𝑂𝐶: 𝑟1 < |𝑧| < 𝑟2
Entonces
𝑧
𝑎𝑛 𝑥(𝑛) ↔ 𝑋(𝑧) 𝑅𝑂𝐶: |𝑎|𝑟1 < |𝑧| < |𝑎|𝑟2
Inversión temporal
Si:
𝑧
𝑥(𝑛) ↔ 𝑋(𝑧) 𝑅𝑂𝐶: 𝑟1 < |𝑧| < 𝑟2
Entonces:
𝑧 1 1
𝑥(−𝑛) ↔ 𝑋(𝑧 −1 ) 𝑅𝑂𝐶: < |𝑧| <
𝑟1 𝑟2
Diferenciación en el dominio z.
Si:
𝑧
𝑥(𝑛) ↔ 𝑋(𝑧)
Entonces:
𝑧 𝑑𝑋(𝑧)
𝑛𝑥(𝑛) ↔ − 𝑧
𝑑𝑧
Si:
𝑧 𝑧
𝑥1 (𝑛) ↔ 𝑋1 (𝑧) 𝑥2 (𝑛) ↔ 𝑋2 (𝑧)
Entonces:
𝑧
𝑥(𝑛) = 𝑥1 (𝑛) ∗ 𝑥2 (𝑛) ↔ 𝑋(𝑧) = 𝑋1 (𝑧) ∗ 𝑋2 (𝑧)
siguientes pasos:
(Dominio z)
𝑥(𝑛) = 𝑍 −1 {𝑋(𝑧)}
Si:
𝑧 𝑧
𝑥1 (𝑛) ↔ 𝑋1 (𝑧) 𝑥2 (𝑛) ↔ 𝑋2 (𝑧)
Entonces:
∞
𝑧
𝑟𝑥1𝑥2 (𝑙) = ∑ 𝑥1 (𝑛) ∗ 𝑥2 (𝑛 − 𝑙) ↔ 𝑅𝑥1𝑥2 (𝑧) = 𝑋1 (𝑧) ∗ 𝑋2 (𝑧 −1 )
𝑛=−∞
Si:
𝑧 𝑧
𝑥1 (𝑛) ↔ 𝑋1 (𝑧) 𝑥2 (𝑛) ↔ 𝑋2 (𝑧)
Entonces:
𝑧 1 𝑧
𝑥(𝑛) = 𝑥1 (𝑛) ∗ 𝑥2 (𝑛) ↔ 𝑋(𝑧) = ∮ 𝑋1 (𝑣)𝑋2 ( ) 𝑑𝑣
2𝜋𝑗 𝐶 𝑣
a 𝑋1 (𝑣) y 𝑋2 (1⁄𝑣 ).
Relación de Parseval.
Siempre que 𝑟1𝑙 𝑟2𝑙 < 1 < 𝑟1𝑢 𝑟2𝑢 , donde 𝑟1𝑙 < |𝑧| < 𝑟1𝑢 , y 𝑟2𝑙 < |𝑧| < 𝑟2𝑢 , son las ROC
de 𝑋1 (𝑧) y 𝑋2 (𝑧).