Tài liệu Bài giảng Lý thuyết tín hiệu - Chương III: Tín hiệu ngẫu nhiên - Võ Thị Thu Sương: TÍN HIỆU NGẪU NHIÊN
Định nghĩa
Tín hiệu không đóan được trước khi nó xuất
hiện
Không thể mô tả bởi biểu thức tóan học
Được mô tả bằng lý thuyết xác xuất
Được gọi là “quá trình ngẫu nhiên”
Quá trình ngẫu nhiên gồm một số hữu hạn các biến
ngẫu nhiên
Ví dụ:
( ) 5 c o s ( 2 ) , w h e re i s ra n d o m
c
x t f t
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
1.5 Random Signals
1.5.1 Biến ngẫu nhiên X(A)
Biến ngẫu nhiên là một đại lượng thực mà trị của nó phụ
thuộc vào biến cố ngẫu nhiên. (để biến cố NN có thể được
mô tả một cách định lượng)
Ví du độ lệch của viên đạn so với mục tiêu là một đại lượng
phụ thuộc vào kết qủa của lần bắn.
Sự phụ thuộc này được được biểu diễn bởi quy luật xác
suất gọi chung là phân bố
Sự phân bố của biến NN được mô tả bởi hàm mật độ xác
suất PX(x).
2
1
-
1 2
. n o n -n e g a t iv e : ( ) 0
. n o rm a liz e d : ( ) 1
. e v e n t p ro b a b i li ty : ( )= (
2
)
1
3
X
X
x
X
x
p ...
17 trang |
Chia sẻ: quangot475 | Lượt xem: 304 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Bài giảng Lý thuyết tín hiệu - Chương III: Tín hiệu ngẫu nhiên - Võ Thị Thu Sương, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
TÍN HIỆU NGẪU NHIÊN
Định nghĩa
Tín hiệu không đóan được trước khi nó xuất
hiện
Không thể mô tả bởi biểu thức tóan học
Được mô tả bằng lý thuyết xác xuất
Được gọi là “quá trình ngẫu nhiên”
Quá trình ngẫu nhiên gồm một số hữu hạn các biến
ngẫu nhiên
Ví dụ:
( ) 5 c o s ( 2 ) , w h e re i s ra n d o m
c
x t f t
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
1.5 Random Signals
1.5.1 Biến ngẫu nhiên X(A)
Biến ngẫu nhiên là một đại lượng thực mà trị của nó phụ
thuộc vào biến cố ngẫu nhiên. (để biến cố NN có thể được
mô tả một cách định lượng)
Ví du độ lệch của viên đạn so với mục tiêu là một đại lượng
phụ thuộc vào kết qủa của lần bắn.
Sự phụ thuộc này được được biểu diễn bởi quy luật xác
suất gọi chung là phân bố
Sự phân bố của biến NN được mô tả bởi hàm mật độ xác
suất PX(x).
2
1
-
1 2
. n o n -n e g a t iv e : ( ) 0
. n o rm a liz e d : ( ) 1
. e v e n t p ro b a b i li ty : ( )= (
2
)
1
3
X
X
x
X
x
p x
p x d x
P x X x p x d x
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Discrete pdf
has the same properties (change integration to summation)
Two important random variables and their pdf
( )
i
p X x
0 1
(
. U n i fo rm ra n d o m v a r ia b le
1
c o n t in u o u s ( ) , f o r
1
d i s c re te : ( ) , f o r { , , }
. G a u s s ia n (n o rm a l) r a n d o m
1
2 v a r ia b le
1
( )
2
X
i M
x m
X
X
p x a x b
b a
p X x X x x
M
p x e
2
2
)
2
X
X
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Các thông số
Example:
Data bits are modeled as uniform random variable with two values
Symbols are modeled as uniform random variable with M values
Noise is modeled as Gaussian random variable with zero mean and
non-zero variance
2 2 2 2
. m e a n : { } ( )
. v a r ia n c e : { ( ) } { }
(v a r ia n c e = m e a n s q
1
2
u a re v a lu e - m e a n v a lu e s q u a re )
X X
X X X
m E X xp x d x
E X m E X m
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
1.5 Random Signals
1.5.2 Random process: X(A,t)
Là một hàm hai biến A, t time-domain signal waveform with
some random event
Usually written as X(t) by embedding A
Stationary random process
Average parameters do not depend on time
We consider stationary random process (signal) only
Can usually be described conveniently only by average parameters
event time
S ta t io n a ry
. m e a n : ( ) { ( )} c o n s ta n t
. a u to c o rre la t io n ( s ta t io n a ry c a s e ) :
1
2 ( ) { ( ) ( )}
X X
X
m t E X t m
R E X t X t
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Example (Note: expectation/integration is conducted with
random variable, not t)
2
0
F in d th e m e a n a n d a u to c o r re la t io n o f th e r a n d o m p ro c e s s
( ) 5 c o s ( 2 ) , w h e re [ 0 , 2 ) i s u n i fo rm ra n d o m .
:
1
{ ( )} ( ) ( ) 5 c o s ( 2 ) 0
2
( ) { ( ) ( )}
S o lu t
io n
c
X c
X
x t f t
m E x t x t f d f t d
R E x t x t
2
0
= ( ) ( ) ( )
1
= 5 c o s ( 2 )5 c o s ( 2 2 )
2
2 5
= c o s ( 2 )
2
c c c
c
x t x t f d
f t f t f d
f
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
1.5.2.3 Autocorrelation
Defined by matching of a signal
with a delayed version of itself
Measure how closely a signal
matches a shifted copy of itself
Is a function of delay , not time t
Note for figure:
Random process cos(2πfct+θ)
does not look like noise.
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
1.5.4 Power Spectral Density (PSD)
PSD is FT{autocorrelation}
The only way for frequency-domain
description of random signal (since
FT{x(t)} does not exist)
( ) ( )
IF T
x x
F T
G f R
2 5
E x a m p le : F o r ( ) c o s ( 2 ) , th e P S D is
2
2 5
( ) { ( )} [ ( ) ( ) ]
4
x c
x x c c
R f
G f F T R f f f f
PSD of random
process
5cos(2πfct+θ)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
1.5.3 Parameters and their physical meaning
Mean & variance of random variable
Mean, autocorrelation, PSD of random process
-
2
2
2
1 . : d c le v e l o f th e s ig n a l
2 . { ( )} , ( 0 ) , ( ) : a v e ra g e s ig n a l p o w e r
3 . : a v e ra g
4 . F o r s ig n a ls w i th o u t d c z e ro -m e a n
e p o w e r o f A C c o m p o n e n t
s ig n a ls
i ) 0 . i i ) {
X
X X
X
X X
m
E X t R G
E
f
m
f d
2
( t ) } e q u a ls a v e ra g e s ig n a l p o w e rX
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
1.5.5 Noise in communication
systems
AWGN: additive white Gaussian
noise
Additive: Noise is added (not
multiplied) to the signal
White: has constant PSD (equal
power for all frequency)
Gaussian: in every time-instant
(sampling instant), the noise is
Gaussian random variable
Noise is usually assumed zero-
mean AWGN
x(t)
n(t)
y(t)
2
2
0
0
2
S ig n a l m o d e l: ( ) ( ) ( )
P S D : ( ) w a t t s /H z
2
A u to c o r re la t io n :
z e ro -m e a n A W G N ( ) p ro p e r t ie s
( ) ( )
2
1
p d f : ( )
:
i )
i i )
i i i )
2
n
n
n
y t x t n t
N
G f
N
R
t
p
n
n e
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
AWGN is a useful abstract noise model, although it is not
practical due to infinite power
In sampled process (discrete process), since δ(0)=1, we
still have
Discrete zero-mean AWGN: power & variance are both N0/2
AWGN PSD &
Auto-
correlation
2 2 0
{ }
2
N
E X
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
1.6 Signal transmission through
linear systems
1.6.1 Deterministic signals
x(t) h(t) y(t)
X(f) Y(f)H(f) )()()(
)()()(*)()(
fHfXfY
dthxthtxty
1.6.2 Random signals
No Y(f), X(f) exist! But can use PSD.
2
( ) ( ) * ( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )y x
y t h t x t x h t d
G f G f H f
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
1.6.3 Distortionless transmission & ideal filter
Distortionless transmission
Time-domain: only constant magnitude change & a delay
Frequency domain: constant magnitude response and linear phase
response
Ideal filter: distortionless in passband
)(
)()(
fj
efHfH
where
0
p a s s b a n d
( )
0 s to p b a n d
( ) 2
K
H f
f f t
Example. Input: AWGN with PSD . System: ideal
lowpass filter with unit magnitude response in passband fu.. Then
the output PSD is
0
( ) / 2
n
G f N
0
2
0
( ) ( ) , ( ) ( )
j f t
y t K x t t Y f K e X f
0
/ 2 , fo r
( )
0 , O th e rw is e
u u
y
N f f f
G f
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Review: Analog
Communications
Amplitude modulation
4 main types, share similar modulator/demodulator
x(t)
tf c2cos
B.P.F
y(t)
modulator
AM: amplitude modulation
DSB: double-sideband modulation
SSB: single-sideband modulation
VSB: vestigial sideband modulation
y(t)
tf c2cos
L.P
x(t)
demodulator
Frequency modulation
(FM,PM)
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
1.7.1 DSB (Page 45-47,
Page 1022)
D S B s ig n a l:
( ) ( ) c o s ( 2 )
D S B s p e c t ru m :
1
( ) [ ( ) ( ) ]
2
( ) , ( ) : m e s s a g e s ig n a l a n d s p e c t ru m
D S B s ig n a l b a n d w i th = 2 * m e s s a g e b a n d w id t h
c c
c c c
x t x t f t
X f X f f X f f
x t X f
( )
2
D S B x t
W W
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
DSB demodulation
DSB is a main digital passband modulation technique
y(t)
tf c2cos
L.P
x(t)
demodulator
lo w p a s s
lo w p a s s
lo w p a s s
( ) ( ) : r e c e iv e d s ig n a l
D e m o d u la t io n o u tp u t i s :
ˆ ( ) ( ) c o s ( 2 )
= ( ) c o s ( 2 ) c o s ( 2 )
1
= ( ) [1 c o s ( 4 ) ]
2
( )
=
2
c
c
c c
c
y t x t
x t y t f t
x t f t f t
x t f t
x t
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Tín hiệu dừng
(t) là tín hiệu dừng chặt nếu:
)(),...(),()(),...(),(
2121
nn
tttfEtttfE
(t) là tín hiệu dừng rộng nếu: consttE
2121
;, ttRttR
(t) là tín hiệu Egodic nếu: (t) là TH dừng rộng và
T
T
T
dtttR
*
2
1
lim
CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- ly_thuyet_tin_hieu_vo_thi_thu_suong_chuongiii1_tin_hieu_ngau_nhien_cuuduongthancong_com_9227_2173893.pdf