PSD (спектральная плотность мощности) объяснение


14

Я пытаюсь понять, как рассчитывается PSD. Я просмотрел несколько моих учебников по технике коммуникации, но безрезультатно. Я также посмотрел онлайн. Википедия, кажется, имеет лучшее объяснение; однако, я заблудился в той части, где они решили сделать CDF (накопительную функцию распределения), а затем по какой-то причине решили связать это с функцией автокорреляции.

Я думаю, что я не понимаю, как автокорреляция имеет какое-либо отношение к вычислению PSD? Я бы подумал, что PSD просто будет преобразованием Фурье от (где P ( t ) - мощность сигнала относительно времени).P(t)P(t)


Как вы определяете ? P(t)
— Фонон

Я действительно не определяю это как что-либо. Это просто какой-то сигнал силы. Я думаю, если бы мне пришлось определить это, это было бы ... Я думаю, дело в том, что PSD не F { P ( t ) }, и он имеет что-то делать с автокорреляцией, и я не понимаю, что ...P(t)=v(t)⋅i(t)F{P(t)}
— user968243

Вы не можете определить мощность таким образом для произвольных сигналов. Нет понятия напряжения и тока. Мощность в этом случае определяется как мощность волны (электромагнитная, если хотите). Так что это , и это одно число, а не изменяющаяся во времени величина. 1T∫0Tx2(t)dt
— Фонон

1
Читайте о теореме Винера-Хинчина . Вы отказываетесь понимать, на что вам указывает Фонон, что вычисляемый вами предел является константой, и поэтому его преобразование Фурье - это просто импульс при в частотной области. Если это плавает на вашей лодке, дерзайте, но это не спектральная плотность мощности, как все остальные это понимают. f=0
— Дилип Сарвате

1
Я читал об этой теореме ... И я понял, как она связывает преобразование Фурье с автокорреляцией. И я не отказываюсь понимать, что сказал Фонон ... Я точно понимаю, что сказал @Phonon. Я не понимаю, почему используется формула автокорреляции, и я также не понимаю, почему используется метод преобразования Фурье (чтобы получить PSD, вы можете взять преобразование Фурье, взять его величину, возвести в квадрат и т. Д.) ... Я понятия не имею, почему это дало бы PSD, и я не смог найти достойного вывода.
— user968243

Ответы:


17

Вы правы, PSD имеет отношение к вычислению Фурье-преобразования мощности сигнала и угадайте, что ..... он делает. Но сначала давайте посмотрим на математическое соотношение между PSD и функцией автокорреляции.

  1. Условные обозначения:

    • Преобразование Фурье:
      F[x(t)]=X(ω)=∫−∞∞x(t)e−jωtdT
    • Функция автокорреляции (времени):
      R(τ)=x(τ)∗x(−τ)=∫−∞∞x(t)x(t+τ)dt
  2. Давайте докажем, что преобразование Фурье функции автокорреляции действительно равно спектральной плотности мощности нашего стохастического сигнала .x(t)

= ∫ ∞ - ∞ ∫ ∞ - ∞ х ( т ) х ( т + т ) е - J ш т д т д τ = ∫ ∞ - ∞ x ( t ) ∫

F[R(τ)]=∫−∞∞R(τ)e−jωτdτ
=∫−∞∞∫−∞∞x(t)x(t+τ)e−jωτdtdτ
=∫−∞∞x(t)∫−∞∞x(t+τ)e−jωτdτ⏟F[x(t+τ)]=X(ω)ejωtdt
=X(ω)∫−∞∞x(t)ejωtdt

=X(ω)X∗(ω)=|X(ω)|2

Что все это значит? Примечание: это объяснение немного "хакерское". Но здесь это идет

F[x(t)]

Что если вы возьмете ожидаемое значение преобразования Фурье? Это не сработает. Давайте возьмем сигнал с нулевым средним, например.

E{F[x(t)]}=F[E{x(t)}]=0

E{F[x2(t)]}=F[E{x2(t)}⏟Av. Power of the Signal]

P(t)

Ссылки:

[1] Связь 1, пл. Драготти, Имперский колледж Лондона

[2] Белый шум и оценка, Ф. Тобар [Неопубликованный отчет]


dtdτ∞∞

Да все верно.
— ssk08

Икс(T)Икс2(T)

1
NN

@ Мохаммед отлично подвел итог.
— ssk08

6

Хороший вывод, но я думаю, что вы можете сделать это еще проще

Автокорреляция р(T)знак равноИкс(T)*Икс(-T)Это свертка сигнала с перевернутым временем.

Свертка во временной области - это умножение в частотной области.

Изменение времени во временной области является «комплексным сопряженным» в частотной области.

Отсюда получаем

р(ω)знак равноF{р(T)}знак равноF{Икс(T)}F{Икс(-T)}знак равноИкс(ω)Икс*(ω)знак равно|Икс(ω)|2знак равнопSD

Разве автокорреляция не является сверткой сигнала с его сложным сопряженным, перевернутым во времени «я»?
— Джим Клэй

Я думаю, он предполагает, что сигнал настоящий.
— ssk08

1
@Jim & ssk08: вы оба правы, конечно. Спасибо за очистку уравнений.
— Хильмар
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.