在前一节,我们学习了一种新的系统特性表征法---传递函数,并对它与系统的激励与响应之间的关系、系统的单位冲激响应,以及系统的差分方程之间的联系,作了讨论。既然传递函数能够表达系统的特性,那我们就来看一看如何利用传递函数来分析的研究系统的某些特性,如系统的稳定性和因果性。

  1)传递函数的ROC与系统的稳定性和因果性的关系

  在前面,我们对于系统的稳定性与因果性,是从系统的单位冲激响应来分析的。既然传递函数是单位冲激响应的Z变换,那么从传递函数也就可以分析系统的稳定性与因果性。

  我们首先来看系统的因果性与传递函数的关系。

  对于线性时不变系统,如果要求它是因果系统,则要求它的单位冲激响应满足下面的条件

  这是我们在前面学习过的。显然,按上面的要求,实际上是要求系统的单位冲激响应h(n)为因果信号。由于传递函数H(z)是h(n)的Z变换,所以,根据Z变换的性质,h(n)是否为因果信号,与H(z)收敛域的情况有直接的关系,即

  结论1   离散线性时不变系统是因果系统的充要条件是:传递函数的ROC是某个圆外部的区域,且包括无穷远点。

  然后,我们来看一看系统的稳定性与传递函数的关系。

  根据我们在前面所学习的,如果要求系统是稳定系统,则要求系统的单位冲激响应满足下面的条件

  同样,由于传递函数H(z)是单位冲激响应的Z变换,而对于Z变换,收敛域是根据级数收敛的要求求出来的。在第四章里讨论Z变换的收敛域时,我们讲过,根据级数理论, 收敛的充要条件是

  对于系统稳定性对单位冲激响应h(n)的要求,考虑到 代表的是Z平面上的单位圆,我们不难得到下面的结论,即

  结论2 离散线性时不变系统是稳定系统的充要条件是:传递函数的ROC包括单位圆。

  通常,我们希望离散线性时不变系统既是稳定的,又是因果的。由于因果系统已经要求ROC是圆外部分,而稳定系统又要求ROC含有单位圆,所以至少要求单位圆外的部分是在ROC中。而由Z变换的收敛域特性可知,ROC是以极点为边界的,且不能含任何的极点,因此,传递函数的所有极点都必须在单位圆内,这样的系统才能同时满足稳定性与因果性的要求。这时,系统传递函数的ROC与其极点的相对关系如下图所示: