北大随机信号分析基础课件 3.2白噪声通过线性系统的分析与等效噪声带宽.doc

3.2 白噪声通过线性系统的分析与等效噪声带宽3.2.1 白噪声通过线性系统设线性系统的传输函数为，输入白噪声功率谱密度为，那么系统输出的功率谱密度为上述分析表明，若输入信号是白噪声，则输出随机信号的功率谱主要是由系统的幅频特性决定；系统只允许与其频率特性一致的频率分量通过，具有一定的选择性。输出自相关函数为：输出平均功率为：3.2.2 等效噪声带宽若在保持平均功率不变的条件下，把输出功率谱密度等效成一定带宽内为均匀的功率谱密度。若等效的功率谱密度的高度为，则这个带宽就定义为等效噪声带宽。1对于低通系统，用等效噪声带宽表示的等效功率传输函数为： 等效后系统输出的平均功率为：已知可得 又是偶函数，有2若系统是以为中心频率的带通系统，且功率传输函数单峰的峰值发生在处。用等效噪声带宽表示的等效功率传输函数为：等效后系统输出的平均功率为：已知等效前系统输出的平均功率为：则有等效噪声带宽是用来描述系统对信号频率的选择性，并且只与系统参量有关。在一般的线性系统中，通常用3dB带宽来表示系统对输入确定信号频谱的选择性；而等效噪声带宽则用来描述系统对输入白噪声功率谱的选择性。它们都仅由系统本身的参数决定。例：书104页例3.4.13.2.3 随机信号频带宽度低通过程：如果随机过程的功率谱密度集中在零频附近，则称它为低通过程。带通过程：若随机过程的功率谱密度集中在某个频率附近，则称它为带通过程。窄带过程：当远大于随机过程功率谱所占有的带宽，则称它为窄带过程。随机过程的带宽用它的功率谱密度来定义。低通过程X(t)的矩形带宽B1定义为将X(t)的功率谱密度曲线下的面积等效成一个高为，宽为B1的矩形，即低通过程X(t)的均方带宽B2定义为归一化功率谱密度的标准差若X(t)带通过程，用代替上式中的，即可得到X(t)的矩形带宽带通过程X(t)的均方带宽为3.2.4 白噪声通过理想线性系统理想系统的等效噪声带宽与系统带宽是相等的。为了讨论方便，就用来代替。1. 白噪声通过理想低通系统理想低通线性系统具有如下的单边幅频特性白噪声过程N(t)的单边功率谱密度为，则它通过理想低通系统后，系统输出随机过程Y(t)的单边功率谱为：系统输出Y(t)的自相关函数为输出平均功率为输出相关系数为输出相关时间为由上述结果可得，白噪声通过低通系统后1）功率谱宽度变窄2）平均功率由无限变为有限3）相关性由不相关变为相关，相关时间与系统带宽成反比2. 白噪声通过理想带通系统理想带通系统的单边幅频特性为输出随机过程Y(t)的单边功率谱为系统输出Y(t)的自相关函数为说明：(1)若，即理想带通系统的中心频率远大于系统的带宽，则称这样的系统为窄带系统。此时，输出的随机信号也是窄带随机信号。(2)已知 ，其中只包含的成分。当满足时，与相比，是的慢变化函数，而则是的快变化函数。(3)当时，则有，此式与前面推导出的低通系统输出相关函数是一样的。输出随机过程的平均功率相关系数 相关时间（带通系统的相关时间是由相关系数的慢变部分定义的）从上述结果可看出，带通系统与低通系统的分析相似。3. 白噪声通过实际线性系统以幅频特性接近高斯曲线的带通系统为例，来分析带通系统输出的功率和起伏变化。高斯频率特性的表示式为式中是与系统带宽有关的量。当输入随机信号N(t)是具有单边功率谱的白噪声时，输出随机信号的功率谱为输出自相关函数输出随机过程的平均功率为相关系数等效噪声带宽相关时间此