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自相关函数的意义

楼主#
更多 发布于:2021-04-18 21:34
自相关函数在分析随机信号时候是非常有用的。我们在信号与系统中学过,通过傅里叶变换可以将一个时域信号转变为频域,这样可以更简单地分析这个信号的频谱。但这有个前提,那就是我们分析的信号是确定信号,即无噪声的信号(sin就是sin,cos就是cos)。而在真正的通信中,我们的传输环境是非常复杂的,充满了噪声。很多时候噪声的分布服从高斯分布(噪声幅度低的概率大,噪声幅度高的概率小)我们称这种噪声叫高斯白噪声(其对应的信道叫AWGN信道)。在一个信号传输中,这种噪声会叠加在信号上,那接收端我们收到的就不是一个确定信号,而是一个随时间变化的信号。即使我们信号发送端始终发送同一个信号,但由于每次叠加的噪声不同,接收端收到的信号也不同,此时我们管这种信号叫随机信号。随机信号直接进行傅里叶变换后,在频域会产生非常多的噪声频带,如果在噪声较大、信号较小的情况下,噪声的频谱甚至会淹没原信号的频谱,从而让我们无法分析。而自相关函数的定义我们都知道,Rx(Δt)=E[x(t)*x(t+Δt)],我们会发现,如果同一个信号x(t)进行自相关后,还是自己,而不同的信号进行自相关后,数值会变得很小。不论Δt取多少,在发送端发出的信号始终不变,那么确定信号经过自相关运算后就保存了下来,而由于噪声每一时刻都不同,自相关后噪声就趋近于0了。然后我们又知道维纳-辛钦定理,自相关函数的傅里叶变换是功率谱,这样我们又一次将时域信号转换到频域进行分析,同时还滤除了噪声,唯一的不同只是原来的确定信号时域纵轴是电压V,现在的功率谱纵轴是功率W,二者成平方关系罢了
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