高斯白雜訊

2021-08-21 10:25:50 字數 1719 閱讀 7897

本文科普一下高斯白雜訊(white gaussian noise,wgn)。

白雜訊,如同白光一樣,是所有顏色的光疊加而成,不同顏色的光本質區別是的它們的頻率各不相同(如紅色光波長長而頻率低,相應的,紫色光波長短而頻率高)。白雜訊在功率譜上(若以頻率為橫軸,訊號幅度的平方為功率)趨近為常值,即雜訊頻率豐富,在整個頻譜上都有成分,即從低頻到高頻,低頻指的是訊號不變或緩慢變化,高頻指的是訊號突變。

由傅利葉變換性質可知,時域有限,頻域無限;頻域有限,時域無限。那麼頻域無限的訊號變換到時域上,對應於衝擊函式的整數倍(由公式也可推得:)。即說明在時間軸的某點上,雜訊孤立,與其它點的雜訊無關,也就是說,該點雜訊幅值可以任意,不受前後點雜訊幅值影響。簡而言之,任意時刻出現的雜訊幅值都是隨機的(這句話實際上說的就是功率譜密度服從均與分布的意思,不同的是,前者從時域角度描述,而後者是從頻域角度描述)。這裡要指出功率譜密度(power spectral density,psd)的概念,它從頻域角度出發,定義了訊號的功率是如何隨頻率分布的,即以頻率為橫軸,功率為縱軸。

既然白雜訊訊號是「隨機」的,那麼反過來,什麼叫做「相關」呢?顧名思義,相關就是某一時刻的雜訊點不孤立,和其它時刻的雜訊幅值有關。其實相關的情況有很多種,比如此時刻的雜訊幅值比上一時刻的大,而下一時刻的雜訊幅值比此時刻的還大,即訊號的幅值在時間軸上按從小到大的順序排列。除此之外,幅值從大到小,或幅值一大一小等都叫做「相關」,而非「隨機」的。

解釋完了「白雜訊」,再來談談「高斯分布」。高斯分布,又名正態分佈(normal distribution)。概率密度函式曲線的形狀又兩個引數決定:平均值和方差。簡單來說,平均值決定曲線對稱中線,方差決定曲線的胖瘦,即貼近中線的程度。概率密度定義了訊號出現的頻率是如何隨著其幅值變化的,即以訊號幅值為橫軸,以出現的頻率為縱軸。因此,從概率密度角度來說,高斯白雜訊的幅度分布服從高斯分布

描述了「白雜訊」和「高斯雜訊」兩個含義,那麼,回到文章開頭的解釋:高斯白雜訊,幅度分布服從高斯分布,功率譜密度服從均勻分布。它的意義就很明確了,上半句是從空域(幅值)角度描述「高斯雜訊」,而下半句是從頻域角度描述「白雜訊」。

下面以matlab程式演示,感性認識一下高斯白雜訊。

程式1(高斯白雜訊):

由上圖可以看出,高斯白雜訊的功率譜密度服從均勻分布。

若對雜訊進行由小到大排序,則使其從隨機雜訊變為相關雜訊,則功率譜密度就不再是均勻分布了。

程式2(非高斯白雜訊):

下面讓我們從高斯白雜訊的統計資訊和幅值分布看一下它的特點。

程式3(高斯白雜訊):

直方圖的縱軸為頻次,而概率密度的縱軸為頻率,但是兩者大致的分布曲線確是一樣的,因此,這幅**釋了高斯白雜訊的幅度分布服從高斯分布。

高斯白雜訊

白雜訊序列,是指白雜訊過程的樣本實稱,簡稱白雜訊。白雜訊是在較寬的頻率範圍內,各等頻寬的頻帶所含的雜訊能量相等的雜訊,是一種功率頻譜密度為常數的隨機訊號或隨機過程,也就是說,此訊號在各個頻段上的功率是一樣的。對於乙個隨機變數x t t 1,2,3,x t t 1,2,3,cdot cdot cdot...

Matlab白雜訊高斯雜訊

實現書本 隨機控制 上關於生成高斯白雜訊的方法。白雜訊就是標準均勻分布偽隨機數列。1.標準均勻分布函式,均值1 2,方差1 12 x1 1973 y zeros 1,500 for i 1 500 x1 mod 91 x1,10 4 y 1,i x1 10000 end stem y xlabel ...

Matlab awgn高斯白雜訊函式

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