第十五讲-白噪声通过线性系统和等效噪声带宽分析课件.ppt
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- 第十五 噪声 通过 线性 系统 等效 带宽 分析 课件
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1、3.1 线性系统基本理论线性系统基本理论3.2 随机信号通过连续时间系统的分析随机信号通过连续时间系统的分析3.3 随机信号通过离散时间系统的分析随机信号通过离散时间系统的分析3.4 白噪声通过线性系统和等效噪声带宽白噪声通过线性系统和等效噪声带宽3.5 希尔伯特变换和解析过程希尔伯特变换和解析过程3.6 窄带随机过程表示方法窄带随机过程表示方法3.7 窄带随机过程包络和相位的特性窄带随机过程包络和相位的特性3.8 正弦信号与窄带正弦信号与窄带SPSP之和的包络和相位的特性之和的包络和相位的特性2022-6-921、由于白噪声在数学上有很好的性质,由于白噪声在数学上有很好的性质,利用白利用白
2、噪声作为实际噪声的模型噪声作为实际噪声的模型,任何随机信号与,任何随机信号与 白噪声结合都会使分析简单化。白噪声结合都会使分析简单化。2、任何一个平稳随机信号都可以看作是白噪声任何一个平稳随机信号都可以看作是白噪声 通过某个线性系统的输出通过某个线性系统的输出,要研究平稳随机,要研究平稳随机 信号的统计特性,可以通过对白噪声通过系信号的统计特性,可以通过对白噪声通过系 统的输出进行分析来实现。统的输出进行分析来实现。3、研究白噪声通过系统的输出来研究白噪声通过系统的输出来衡量系统衡量系统性能。性能。为什么研究白噪声通过线性系统为什么研究白噪声通过线性系统? ?2022-6-931 1 白噪声通
3、过线性系统分析白噪声通过线性系统分析 白噪声是具有白噪声是具有均匀均匀功率谱的功率谱的平稳平稳随机过程,当它通随机过程,当它通过线性系统后,其输出端的噪声功率过线性系统后,其输出端的噪声功率不再是均匀不再是均匀的。的。连续线性系统的传递函数为连续线性系统的传递函数为 或或 )(H)(sH系统输入白噪声功率谱密度为系统输入白噪声功率谱密度为 0( )2XNS系统输出功率谱密度为系统输出功率谱密度为 20( )( )2YNSH物理谱密度为物理谱密度为20( )( )0YGHN2022-6-94输出自相关函数为输出自相关函数为输出平均功率(系统输出冲击响应为实函数)为输出平均功率(系统输出冲击响应为
4、实函数)为2000( )|( )|( ) ()42jYNNRHedh u h udu2200(0)( )( )2YNRE YtHd 上式表明,上式表明,若输入端是具有均匀谱的白噪声,则若输入端是具有均匀谱的白噪声,则输出端随机信号的功率谱密度主要由系统的频率特性输出端随机信号的功率谱密度主要由系统的频率特性 决定,不再保持常数决定,不再保持常数 。0N( )H 主要是因为无线电系统都是具有一定选择性,系主要是因为无线电系统都是具有一定选择性,系统只允许与其频率特性一致的频率分量通过。统只允许与其频率特性一致的频率分量通过。 下面主要分析下面主要分析 的带宽。的带宽。| )(|H2022-6-9
5、52 3dB带宽(半功率带宽)带宽(半功率带宽)如果系统特性为如果系统特性为低通低通:3dB带宽定义为幅频特性带宽定义为幅频特性 值下值下 降到最大值的降到最大值的 ,即,即 时的正频率,这时功率谱下降到峰值时的正频率,这时功率谱下降到峰值 功率谱的一半。功率谱的一半。|( )|H12max0.707|( )|H0低通信号的低通信号的3dB带宽带宽(0)H2022-6-96如果系统特性为如果系统特性为带通带通:3dB3dB带宽定义为幅频特性带宽定义为幅频特性 值下值下 降到降到 时对应正频率的时对应正频率的 差值。差值。|( )|Hmax0.707|( )|H21带通信号的带通信号的3dB带宽
6、带宽 3dB带宽对于幅频特性为单峰(在正频率范围内)的系带宽对于幅频特性为单峰(在正频率范围内)的系统非常有用,它是测量系统带宽普遍采用的标准。统非常有用,它是测量系统带宽普遍采用的标准。2022-6-973 等效噪声带宽等效噪声带宽 当系统特性当系统特性 比较复杂时,计算系统输出噪声的比较复杂时,计算系统输出噪声的统计特性是困难的。统计特性是困难的。 解决上述问题方法是:解决上述问题方法是:用一个幅频响应为矩形的用一个幅频响应为矩形的理想理想系统等效代替系统等效代替实际实际系统系统 。 等效噪声带宽:定义为理想系统的带宽,用等效噪声带宽:定义为理想系统的带宽,用 表示。表示。( )He( )
7、H2022-6-98等效噪声带宽按照以下等效原则计算:等效噪声带宽按照以下等效原则计算:(1)理想系统与实际系统在同一白噪声激励下理想系统与实际系统在同一白噪声激励下, , 两个系统的两个系统的输出平均功率相等输出平均功率相等。(2)理想系统的增益等于实际系统的理想系统的增益等于实际系统的最大增益最大增益。等效原则等效原则2022-6-99等效噪声带宽计算等效噪声带宽计算实际线性系统输出端总平均功率实际线性系统输出端总平均功率 理想线性系统的输出总平均功率理想线性系统的输出总平均功率 222000( )22eweNN KE YtK d 2200( )2NE YtHdmax|( )|H功率谱密度
8、为功率谱密度为02Ne 0w0w白噪声激励白噪声激励 K|( )|H|( )|H(0)H2022-6-910 2max201eHHd低通系统低通系统max( )(0)HH)()(0maxHH通常通常max|( )|KH)( H的最大值出现在的最大值出现在 处处00 带通系统带通系统(中心频率中心频率 )( H的最大值出现在的最大值出现在 处处02022-6-911拉氏变换拉氏变换 20max2eNPH 2max12jejH s Hs dsj H 系统输出平均功率系统输出平均功率 220max1|( )|eHdHmax|( )|KH2022-6-912等效噪声带宽仅由线性系统特性确定。等效噪声带
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