系统因果性(causality)是实时应用系统的一个重要性质。因果性的定义为系统在 n 时刻的输出取决于 n 时刻系统的输入以及 n 以前时刻系统的输入,与未来的输入无关。具有因果性的系统称为因果系统(causal system)。
系统的因果性也可称之为系统的可实现性。因果系统是物理上可实现的系统。如实时处理系统,输入信号是贯序进入系统的,系统的输出不会超前于输入。通常情况下,非因果系统是物理上不可实现的系统,但是在某些非实时处理的数字系统中,利用系统的数据存储功能将全部输入数据存储起来待用,那么非因果系统也是可以实现的,如相关函数的计算。这是数字系统优于模拟系统的优点之一。
例1—27 判断下列系统的因果性。
(1) y ( n )= x ( n )- x ( n -2);
(2) y ( n )= x (2 n );
(3) y ( n )= x (- n )。
解: 由因果性的定义可知,输出的变化应不超前于输入的变化。
(1) y ( n )= x ( n )- x ( n -2)
输出 y ( n )取决于当前的输入 x ( n )和两个时刻以前的输入 x ( n -2),因此该系统为因果系统;
(2) y ( n )= x (2 n )
当 n =2, y (2)= x (4), n =2时刻的输出取决于 n =4时刻的输入,即未来的输入,因此该系统为非因果系统;
(3) y ( n )= x (- n )
当 n =-2, y (-2)= x (2), n =-2时刻的输出取决于 n =2时刻的输入,即未来的输入,因此该系统为非因果系统。
线性时不变系统具有因果性的充要条件为
因为单位冲激响应 h ( n )是单位冲激序列 δ ( n )的零状态响应,那么在零时刻以前,即 n <0时,系统输入信号为零,没有输入信号,那么输出也就为零,因此上式成立。