功率谱 和 功率谱 密度的区别 相干时间与相干带宽

功率谱 和 功率谱 密度的区别 相干时间与相干带宽 功率谱 和 功率谱 密度的区别 相干时 间与相干带宽 原文地址:功率谱和功率谱密度的区别,相干时间与相干带宽作者:剑桥石谱让人联想到的Fourier变换，是一个时间平均(timeaverage)概念，对能量就是能量谱，对功率就是功率谱。 功率谱密度就是信号自相关函数的傅里叶变换。 功率谱的概念是针对功率有限信号的，所现的是单位频带内信号功率随频率的变化情况。保留了频谱的幅度信息，但是丢掉了相位信息，所以频谱不同的信号其功率谱是可能相同的。 有两点需要注意:1.功率谱是随机过程的统计平均概念，平稳随机过程的功率谱是一个确定函数;而频谱是随机过程样本的Fourier变换，对于一个随机过程而言，频谱也是一个"随机过程"。(随机的频域序列)2.功率概念和幅度概念的差别。此外，只能对宽平稳的各态历经的二阶矩过程谈功率谱，其存在性取决于二阶矩是否存在并且二阶矩的Fourier变换收敛;而频谱的存在性仅仅取决于该随机过程的该样本的Fourier变换是否收敛。 频谱: 对动态信号在频率域内进行分析，分析的结果是以频率为坐标的各种物理量的谱线和曲线，可得到各种幅值以频率为变量的频谱函数F(ω)。频谱分析中可求得幅值谱、相位谱、功率谱和各种谱密度等等。频谱分析过程较为复杂，它是以傅里叶级数和傅里叶积分为基础的。 功率谱密度: 功率谱密度(PSD)，它定义了信号或者时间序列的功率如何随频率分布。这里功率可能是实际物理上的功率，或者更经常便于表示抽象的信号被定义为信号数值的平方，也就是当信号的负载为1欧姆(ohm)时的实际功率。由于平均值不为零的信号不是平方可积的，所以在这种情况下就没有傅里叶变换。维纳-辛钦定理(Wiener-Khinchintheorem)提供了一个简单的替换方法，如果信号可以看作是平稳随机过程，那么功率谱密度就是信号自相关函数的傅里叶变换。信 号的功率谱密度当且仅当信号是广义的平稳过程的时候才存在。如果信号不是平稳过程，那么自相关函数一定是两个变量的函数，这样就不存在功率谱密度，但是可以使用类似的技术估计时变谱密度。 随机信号是时域无限信号，不具备可积分条件，因此不能直接进行傅氏变换。一般用具有统计特性的功率谱来作为谱分析的依据。功率谱与自相关函数是一个傅氏变换对。功率谱具有单位频率的平均功率量纲。所以叫法是功率谱密度。从名字分解来看就是说，观察对象是功率，观察域是谱域。通过功率谱密度函数，可以看出随机信号的能量随着频率的分布情况。像白噪声就是平行于一条直线。 一般我们讲的功率谱密度都是针对平稳随机过程的，由于平稳随机过程的样本函数一般不是绝对可积的，因此不能直接对它进行傅立叶分析。可以有三种办法来重新定义谱密度，来克服上述困难。1.用相关函数的傅立叶变换来定义谱密度;2.用随机过程的有限时间傅立叶变换来定义谱密度;3.用平稳随机过程的谱分解来定义谱密度。三种定义方式对应于不同的用处，首先第一种方式前提是平稳随机过程不包含周期分量并且均值为零，这样才能保证相关函数在时差趋向于无穷时衰减，光靠相关函数解决不了许多问题，要求太严格了;对于第二种方式，虽然一个平稳随机过程在无限时间上不能进行傅立叶变换，但是对于有限区间，傅立叶变换总是存在的，可以先架构有限时间区间上的变换，在对时间区间取极限，这个定义方式就是当前快速傅立叶变换(FFT)估计谱密度的依据;第三种方式是根据维纳的广义谐和分析理 论:Generalizedharmonicanalysis,ActaMath,55(1930),117-258,利用傅立叶-斯蒂吉斯积分，对均方连续的零均值平稳随机过程进行重构，在依靠正交性来建立的。 小笑话:一天下午，我同学在建设银行十分无聊的上班，一个穿得很糟糕的女士(神经病患者)来到他窗口，给了他一张纸条要提款。纸条上赫然写着: "兹派XX同志于贵银行处提取人民币".然后是1后面N多个零元。落款是*C.P中央办公厅*。 我同学本来想报警,可看该神经病患者女子很认真的样子,想想还是打发给保安算鸟.(~估计保安也是很闲).果然,保安对该女子说:"你这张条子想要提款, 必须先到对面派出所,找所长盖一个章，他盖完章,你再来取钱就没问题啦。"该女子想都没想，直接就向派出所走去了。(这保安还真不一般,平时有点小看他了).大概十多分钟，排队的顾客慢慢多起来的时候，那个女子兴高采烈的回来了，举着那个条子，说:"人家说啦，办公程序简化了，不用所长批条直接就可以取钱啦。"我这个同学一听到这就不住的感叹:pol.ice队伍里真有高人，一句"高调"就给打发回来了。我这个同学和保安当时就有点傻了，营业大厅有很多人都在，怕她精神病发作起来影响正常的秩序，只好把值班主管找来了。主管和女患者在一边聊了几句，问你取钱做什么用呀,女患者说:"取钱卖面包,蛋糕,吃的,卖穿的"主管指了指不远处的地方，该女子就又高高兴兴地走了。保安去请教"高招",主管当时是这样对女患者说的:"我们这里是建行,只有建房子才能到这里取钱。你取钱买吃的,那肯定是粮食了,要去农行,买穿的等东西,取钱 我同学打心眼里佩服呀,到底是当主管的啊!……过了一会要到工商银行才行!" 儿,该女士又回来了.而且带来了工行的回答:"农行的人说了,这里是农行,只有农民能取钱,我是城市人口,工行的人说了,我们这里是公行,只能公的来取,母的不行!,说我是贱人,要到建行取钱" 第一、无线信道的多径效应导致的频率选择性衰落总的来说，这属于"静"，所谓静，就是指发送和接收终端、以及导致电磁波的反射折射等的障碍物都处于静止的状态，而导致多径效应的是这些多种多样的障碍物形成的静态的空间格局。自由空间中是没有多径效应的，有了这些障碍物，同一时刻从发送天线出来电磁波就延不同的方向在不同的时间到达接收天线，在天线上场效应进行叠加而产生了多径分量的混合。换句话说，就是这种复杂多样的空间格局形成了综合的磁波传播环境，这种空间格局具有相应的物理尺寸，对不同频率的电磁波的传播特性是不一样的，所以随着在其中传送的电磁波的频率的变化，其信道响应也不停的变化，这也就是称作频率选择性的本质原因。信道特性随着电磁波频率变化而变化，这种变化延频率轴来看，有快慢、有大小，根据这个原理而定义出信道的对不同频率电磁波的传播特性维持"不变"(就是变化较小)的频率宽度，这个频率宽度称作相干带宽，也就是在此带宽内的电磁波在这个复杂的空间格局中获得近似的传播特性，没有明显的畸变，也就不会导致时域上波形的剧烈变化。相同地，从时域上来看，造成这种波形变化的原因就是不同的传播路径信号的叠加。以直射到达接收端的信号为参考，最迟到达接收端的信号相对直射信号而产生的延后时间T代表了此移动传播环境的多径时延特 征，它的倒数正好对应着相干带宽。这就是多经效应的基本原理。第二、无线信道的多普勒频移导致的时间选择性衰落总的来说，这属于"动"，这个动的意思就是指多普勒频移的产生必须以相对运动为前提，比如接收端相对发送端的运动，反射物相对接收端的运动，反射物相对发送端的运动等等，这些相对运动都会导致接收端接收到的电磁波信号的的频率有所变化。换句话说，因为运动，所以是随着时间而变化的，这也就是称作时变性、时间选择性的一个原因。理论上来讲，如果存在运动，信道的这种时变性就是存在的，只是变化有快慢、有大小。由此而定义出信道的冲激响应维持"不变"的时间间隔的统计平均为此信道的相干时间T。如果一个符号的时间长度短于此相干时间，那么整个符号的波形在传播期间能够得到传播信道较为"一致"的传播，不会发生巨大的畸变。相反则产生时间选择性衰落了。此相干时间的倒数就是最大频偏，其本质意义 比如一个坐着汽车打手对应相对运动的速度导致的频率偏移，而相对运动越快( 机的人与一个走路打手机的人做比较)，传播信道的特性变化自然就越快，对应的相干时间T就越小，那么T的倒数就越大，最大频偏就愈大，与多普勒频移原理完全统一。 记录激动时刻，赢取超级大奖!点击链接，和我一起参加"2010:我的世界杯Blog日志"活动!