69040

Расчет энергетического спектра случайного сигнала

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Расчет энергетического спектра случайного сигнала. Понятие об энергетическом спектре случайного сигнала. Пример расчета энергетического спектра случайного сигнала. Понятие об энергетическом спектре случайного сигнала.

Русский

2014-09-29

206.5 KB

14 чел.

Практическое занятие  2.8

Тема 2. Сообщение и сигнал.

Занятие 8. Расчет энергетического спектра случайного сигнала.

Понятие об энергетическом спектре случайного сигнала. Математическое описание.

Пример расчета энергетического спектра случайного сигнала.

/1/. 48-50

/2/. 37-43

/3/. 26

Иметь на следующем занятии задачник /6/.


Учебные вопросы.

Понятие об энергетическом спектре случайного сигнала. Математическое описание.

На занятиях 2.4 и 2.5 было введено понятие спектра детерминированного сигнала.

Применительно к случайному процессу по наблюдению за реализацией этого процесса можно на некотором отрезке  построить функцию (см. (2.5.9)):

   (2.8.1)

Эта функция (“мгновенный спектр”) является случайной.

Задача не заключается в определении неслучайных характеристик для ансамбля реализаций случайного процесса.

Строго говоря, реализации стационарных случайных процессов имеют бесконечную энергию, поэтому к ним не может быть применено равенство Парсеваля, характеризующее распределение энергии сигнала по оси частот. Более того, в этом случаи нарушаются условия существования спектра Фурье для этих сигналов.

Однако во многих практически важных случаях вместо условия конечности энергии сигнала:     (2.8.2)

оказывается справедливым другое условие:

  (2.8.3)

то есть условие конечной мощности процесса (его реализации).

Тогда по аналогии с записью равенства Парсеваля (2.5.18) можно записать с учетом (2.8.1):

(2.8.4)

где    (2.8.5)

— спектральная плотность мощности реализации сигнала с “мгновенным” спектром реализации .

Тогда полная мощность реализации:

определяется через функцию , характеризующую распределение мощности реализаций случайного сигнала по оси частот.

Проводя статистическое усреднение по ансамблю реализаций случайного процесса , можно определить:

  (2.8.7)

— спектральную мощность стационарного случайного процесса или его энергетический спектр.

В большинстве практических случаев определить  по формулам  (2.8.5), (2.8.7) очень затруднительно. Гораздо удобнее пользоваться для определения  случайного процесса его временной функцией корреляции, введенной соотношением (2.7.25).

Тогда с учетом (2.5.14), (2.5.17) можно записать

(2.8.8)

где — комплексно-сопряженная с КСП с КСП .

Следовательно, временная функция корреляции и спектральная плотность мощности реализации сигнала связаны между собой преобразованием Фурье . Обратное преобразование имеет вид:

     (2.8.8а)

Переходя к математическому ожиданию по всему ансамблю реализаций (см. 2.8.7) стационарного случайного процесса  получим соотношения:

     (2.8.9)

      (2.8.10)

показывающие, что энергетический спектр случайного сигнала связан парой преобразований Фурье с его функцией корреляции. Это утверждение составляет сущность теоремы Винера-Хинчина.

Обе функции  и — являются линейчатыми функциями своих аргументов для всех действительных стационарных процессов.

Как следствие, для частот  справедливы соотношения:

     (2.8.11)

     (2.8.12)

Для комбинации сигналов  и  справедливо:

Важнейшей константой следующей из выражения для энергетического спектра, является эффективная ширина энергетического спектра . По аналогии определением для интервала корреляции (2.7.31) .

   (2.8.13)

где , , как правило

Пример расчета энергетического спектра случайного сигнала.

Обратимся к случайному синхронному телеграфному сигналу (рис. 2.7.2): (Задача 2.2.1(90г.) или 1.1.1 (78г.)).

Сначала определим выражение для функции корреляции, чтобы потом, согласно (2.8.12),  определить энергетический спектр.

Согласно (2.7.25) и (2.7.19)

При , так как в соседних интервалах сигнал с равной вероятностью может быть равен +1 или -1.

При  (рис. 2.8.1)

с вероятностью Р отрезок принадлежит разным интервалам, тогда  

с вероятностью  отрезок принадлежит одному интервалу

Вероятность принадлежности интервала длительностью   одному отрезку  равна

Таким образом   (2.8.14) (рис. 2.8.14)

Пользуясь (2.8.12) вычислим:

(2.8.15)

результат представлен на рисунке (2.8.3)

Рисунок показывает, что большая часть мощности сосредоточена на низких частотах. Согласно (2.8.13)

Этот результат интересно сравнить с результатом решения задачи 1.1.16 (1.5.2)  /6. С. 11, 151/

Философия сравнения этих двух подходов к оценке ширины спектра сигнала такова:

в задаче 1.5.2 ширина спектра случайного сигнала ТГ сигнала оценивается через ширину спектра предельного детерминированного сигнала ; оценка является экстремальной (max), .

в задаче 1.1.1 ширина спектра случайного ТГ сигнала оценивается через энергетический спектр случайного сигнала как результат усреднения статистических свойств сигнала, оценка является среднеквадратической по ансамблю реализаций.

Выводы:

В технических приложениях м. б. полезны оба подхода. Один другой не отрицает, а дополняет.

Для описания свойств случайных сигналов возможны применение аппарата описания как случайных, так и детерминированных сигналов.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30036. ПОНЯТИЕ И СУЩНОСТЬ НАЛОГОВОГО УЧЕТА 87 KB
  Таким образом осуществление налогового учета является важнейшим видом деятельности налоговых органов. Следовательно целями и задачами налогового учета являются: 1 формирование полной и достоверной информации о порядке учета для целей налогообложения хозяйственных операций осуществленных налогоплательщиком в течение отчетного налогового периода; 2 обеспечение информацией внутренних и внешних пользователей для контроля за правильностью исчисления полнотой и своевременностью исчисления и уплаты в бюджет налога на прибыль...
30037. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРЕДСТВ ПАКЕТА MATLAB В ВИЗУАЛЬНОЙ СРЕДЕ ПРОГРАММИРОВАНИЯ C/C++ 1.92 MB
  Палухин Павел Николаевич РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРЕДСТВ ПАКЕТА MATLAB В ВИЗУАЛЬНОЙ СРЕДЕ ПРОГРАММИРОВАНИЯ C C Дипломная работа Научный руководитель: доктор технических наук профессор _____ В. ЯЗЫК MATLAB АВТОНОМНЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ НА C C MATLAB C MATH LIBRARY ВИЗУАЛЬНАЯ СРЕДА ПРОГРАММИРОВАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ СТОХАСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ НЕЛИНЕЙНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ МЕТОД ИНВАРИАНТНОГО ПОГРУЖЕНИЯ. Объект исследования – технология использования средств MATLAB в визуальной среде...
30038. Расчет усилителя звуковой частоты 1.5 MB
  6 Выбор обоснование и расчет структурной схемы усилителя. Широкое распространение получили операционные усилители на основе которых можно сконструировать отдельные каскады и структурные блоки усилителя. Анализ технического задания В данном курсовом проекте техническое задание состоит в проектировании усилителя звуковой частоты на основе интегральных микросхемах.
30039. Усилитель звуковой частоты на основе интегральных микросхем 1.41 MB
  В задачу входит выбор типа электронных компонентов входящих в состав устройства. При проектировании усилителя следует использовать такие элементы чтобы их параметры обеспечивали максимальную эффективность устройства по заданным характеристикам а также его экономичность с точки зрения расхода энергии питания и себестоимости входящих в него компонентов. Параметры микросхемы таковы: Uп=22В P=18Bт Rн=8Ом Fн=20Гц Fв=20кГц Iп=120мА Кг=03 Rвх=50кОм Кш=03мкВ Ку=26 дБ 4. Выбор элементов будем производить на основе выходных...
30040. Формы обращения, связанные с родственными в английском языке 199.12 KB
  Формы обращения в английском языке. Формы обращения связанные с родственными отношениями. Ласковые и дружественные формы обращения. Вежливые формы обращения.
30041. Спектральный анализ дискретных сигналов 231 KB
  Написать программу на языке программирования Паскаль для решения следующей задачи (вариант задания индивидуальный). Результаты расчетов должны выводиться на экран и в файл. Оформление графиков и таблиц выполнять средствами математических пакетов (Maple, MathCad)
30043. ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ. РЕШЕНИЕ ОБЫКНОВЕННЫХ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ 232 KB
  Метод Эйлера модифицированный – стр. В данной курсовой работе требуется вычислить дифференциальное уравнение способами Эйлера и Эйлера модифицированный: Результаты вычислений должны содержать: точное значение уравнения приближенные значения графики Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Одношаговыми являются метод Эйлера и методы Рунге – Кутта.