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

11 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

25071. Мифология 36.5 KB
  mutos сказание сказание и logos слово рассказ совокупность мифов созданных какимлибо народом или разными народами; система знаний о мире основанная на вере в сверхъестественное; научная дисциплина изучающая мифы их особенности элементы. Современные мифы вбирают в себя элементы заимствованные из других культурных форм в том числе и из науки. В современной культуре имеют хождение мифы различного вида: Старые мифы дожившие до наших дней преданья старины глубокой рассказы о духах вроде лешего и домового о колдовстве и...
25072. Основні функції культури 32.5 KB
  Адаптаційна дає можливість кожному індивідууму який включається в процес функціонування і розвитку прилаштовуватися до існуючих в суспільстві оцінок і форм поведінки. Аксіологічна ціннісна дає можливість виробити ціннісні орієнтації людини коригувати норми поведінки та ідентифікувати себе у суспільстві. Нормативна відпрацьовування і поширення відповідних норм поведінки які суспільство диктує людині у відповідності з якими формується образ життя людей їх установки й ціннісні орієнтації способи поведінки.
25073. Християнство 52 KB
  Основу християнства становить учення про Боголюдину Ісуса Христа який щоб звільнити людей від первородного гріха прийняв смерть через розп'яття на хресті але воскрес вознісся на небо і обіцяв повернутись на землю вдруге У Судний день для того щоб судити живих і мертвих; за результатами Божого суду одних направити до Раю а інших – у пекло; Християнство зародилося на сході Римської імперії території сучасного Ізраїлю в Палестині в I ст. Мудра віра Ісуса привертала до Нього кращих людей ізраїльського народу. завіт договір назва...
25074. Исла́м 51 KB
  Слово ислам переводится как предание себя Богу покорность подчинение законам Аллаха. В арабском языке слово ислам отглагольное существительное образованное от глагола который означает быть благополучным спасаться сохраняться быть свободным. В шариатской терминологии ислам это полное абсолютное единобожие подчинение Аллаху Его приказам и запретам отстранение от многобожия. Приверженцев ислама называют мусульманами.
25075. Регулятив (регулятивний смисл) 37.5 KB
  Наявні в культурі регулятиви визначають прийняті в даній культурі норми поведінки і діяльності тобто вказують якими шляхами та засобами досягнення мети допустиме нормальне і навпаки. Культурні норми досить різноманітні. Норми культури мінливі. Разом з тим норми культури забезпечують надійність передбачуваність і загальнозрозумілість поведінки.
25076. Житейские знания 35.5 KB
  образцы стандарты в соответствии с которыми строятся знания о мире. В культуре сосуществуют три основных типа когнитивных познавательных процедур и соответственно три типа знания – житейское мистическое и рациональное. Житейские знания отражают вещи и явления с которыми люди сталкиваются в обычных жизненных условиях. Вера – это убеждение в истинности какоголибо знания при отсутствии доказательства его истинности.
25077. Застосування моральних критеріїв 35 KB
  Значні моральні колізії супроводжують і такі винаходи сучасної науки як трансплантація органів генна інженерія клонування. Практика трансплантації органів вийшла сьогодні з вузько експериментальних рамок на рівень звичайної медичної галузі. Проте в сучасній медицині триває процес розширення показань до різних видів пересадок що є одним з об'єктивних підстав того що однією із стійких особливостей сучасного суспільства стає дефіцит донорських органів Стан дефіциту донорських органів це хронічне невідповідність між їх попитом та...
25078. Моральні проблеми 31 KB
  Складними є моральні та правові проблеми зачаття людини. Народжених підстерігають хвороби і моральні випробування у стосунках між ними та медпрацівниками рідними близькими. Моральні проблеми які виникають до народження чи до зародження людини пов'язані з використанням нових репродуктивних технологій: штучної інсемінації екстракорпорального лат.
25079. Біоетика – нормативне знання 56 KB
  Прикладом такого розуміння евтаназії є введення летальної дози препарату термінальному хворому з метою полегшення тяжких страждань. Ще одна відмінність дуже важлива в дискусії з приводу евтаназії. Можливість такої евтаназії розглядається у пацієнтів не здатних приймати самостійні рішення наприклад душевнохворі. Якщо розглядати в сукупності випадки добровільної недобровільної евтаназії з випадками активної пасивної евтаназії можна виділити чотири різновиди евтаназії: 1 добровільна активна; 2 недобровільна активна; 3 добровільна пасивна;...