Στοχαστικά Σήµατα και Εφαρµογές. ιδάσκων: Ν. Παπανδρέου (Π.. 407/80) Πανεπιστήµιο Πατρών ΤµήµαΜηχανικώνΗ/Υ και Πληροφορικής

Σχετικά έγγραφα
Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

EΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΩΝ. Διαφορική Παλµοκωδική Διαµόρφωση (DPCM)

Βέλτιστα Ψηφιακά Φίλτρα: Φίλτρα Wiener, Ευθεία και αντίστροφη γραµµική πρόβλεψη

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

Στοχαστικά Σήµατα και Εφαρµογές

Στοχαστικά Σήµατα και Εφαρµογές. Προσαρµοστικά φίλτρα. ιδάσκων: Ν. Παπανδρέου (Π.. 407/80) Πανεπιστήµιο Πατρών ΤµήµαΜηχανικώνΗ/Υ και Πληροφορικής

Στοχαστικές Διαδικασίες (έμφαση στις σ.δ. διακριτού χρόνου)

EΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΩΝ Γραµµική Εκτίµηση Τυχαίων Σηµάτων Φίλτρο Kalman

EΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΩΝ Γραµµική Εκτίµηση Τυχαίων Σηµάτων

Στοχαστικά Σήµατα και Εφαρµογές

Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

Εφαρµογές Προσαρµοστικών Συστηµάτων: Καταστολή ηχούς, Ισοστάθµιση καναλιού και ανίχνευση συµβόλων

Χρονικές σειρές 6 Ο μάθημα: Αυτοπαλίνδρομα μοντέλα (2)

Προσαρµοστικοί Αλγόριθµοι Υλοποίησης Βέλτιστων Ψηφιακών Φίλτρων: Οαλγόριθµος Least Mean Square (LMS)

HMY 799 1: Αναγνώριση. συστημάτων. Διαλέξεις 6 7. Συνάφεια (συνέχεια) Μη παραμετρική αναγνώριση γραμμικών

EΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΩΝ. Γραµµική Εκτίµηση Τυχαίων Σηµάτων

Βέλτιστα γραµµικά χρονικά αναλλοίωτα συστήµατα Συστήµατα που ελαχιστοποιούν το µέσο-τετραγωνικό σφάλµα

Προσαρµοστικοί Αλγόριθµοι Υλοποίησης Βέλτιστων Ψηφιακών Φίλτρων: Ο αναδροµικός αλγόριθµος ελάχιστων τετραγώνων (RLS Recursive Least Squares)

Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

Προσαρµοστικοί αλγόριθµοι στο πεδίο της συχνότητας: ΟταχύςLMS (Fast Least Mean Square - FLMS)

Χρονοσειρές Μάθημα 3. Γραμμικές στάσιμες διαδικασίες. Γραμμική χρονοσειρά (στοχαστική διαδικασία) Z Z ~ WN(0, ) είναι στάσιμη. Θεωρούμε μ=0 E[ X ] 0

Kalman Filter Γιατί ο όρος φίλτρο;

2.1 Έννοια του στοχαστικού σήµατος. Θεωρούµε ένα µονοδιάστατο γραµµικό δυναµικό σύστηµα που περιγράφεται από τις σχέσεις:

Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

HMY 799 1: Αναγνώριση Συστημάτων

Επεξεργασία Στοχαστικών Σημάτων

Χρονικές σειρές 9 Ο μάθημα: Μεικτά μοντέλα ARMA

ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ Εισαγωγή. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Χρονικές σειρές 5 Ο μάθημα: Γραμμικά στοχαστικά μοντέλα (1) Αυτοπαλίνδρομα μοντέλα Εαρινό εξάμηνο Τμήμα Μαθηματικών ΑΠΘ

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Παρεμβολή & πρόγνωση άγνωστης συνάρτησης μέσω σημειακής προσαρμογής

Stochastic Signals Class Estimation Theory. Andreas Polydoros University of Athens Dept. of Physics Electronics Laboratory

Εφαρµογες Της Ψηφιακης Επεξεργασιας Σηµατων. Εκτιµηση Συχνοτητων Με ΙδιοΑναλυση του Μητρωου ΑυτοΣυσχετισης

Εισαγωγή. Προχωρημένα Θέματα Τηλεπικοινωνιών. Ανάκτηση Χρονισμού. Τρόποι Συγχρονισμού Συμβόλων. Συγχρονισμός Συμβόλων. t mt

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Διάλεξη 5

HMY 799 1: Αναγνώριση Συστημάτων

Βέλτιστη παρεμβολή και πρόγνωση άγνωστης συνάρτησης με τη μέθοδο της σημειακής προσαρμογής

Χρονικές σειρές 10 Ο μάθημα: Μη στάσιμα μοντέλα ARIMA Μεθοδολογία Box-Jenkins Εαρινό εξάμηνο Τμήμα Μαθηματικών ΑΠΘ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Χρονοσειρές, Μέρος Β 1 Πρόβλεψη Χρονικών Σειρών

Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής

Επαναληπτικές Ασκήσεις για το µάθηµα Ψηφιακή Επεξεργασία Σηµάτων

Εισαγωγή στα Προσαρµοστικά Συστήµατα

Συμπίεση Δεδομένων

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Διάλεξη 11

Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής

EΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΨΗΦΙΑΚΗΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΗΜΑΤΩΝ. Μετατροπείς A/D-Διαµόρφωση Δ Μετατροπείς Σ-Δ

ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

Άσκηση 1: Λύση: Για το άθροισμα ισχύει: κι επειδή οι μέσες τιμές των Χ και Υ είναι 0: Έτσι η διασπορά της Ζ=Χ+Υ είναι:

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Στατιστική περιγραφή τουπεδίουβαρύτητας

Θεωρία Στοχαστικών Σηµάτων: Στοχαστικές διεργασίες, Περιγραφή εργοδικών στοχαστικών διεργασιών

Χρονικές σειρές 2 Ο μάθημα: Εισαγωγή στις χρονοσειρές

Προσαρµοζόµενα Φίλτρα

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες. Βέλτιστος Δέκτης

Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

ΘΕΩΡΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑΣ ΣΥΝΟΠΤΙΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

7. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΊΑ ΣΗΜΆΤΩΝ

Εξομοίωση Τηλεπικοινωνιακού Συστήματος Βασικής Ζώνης

Σήµατα και συστήµατα διακριτού χρόνου

Περιεχόµενα διαλέξεων 2ης εβδοµάδας

Κινητά Δίκτυα Επικοινωνιών

προβλήµατος Το φίλτρο Kalman διαφέρει από τα συνηθισµένα προβλήµατα ΜΕΤ σε δύο χαρακτηριστικά: παραµέτρων αγνώστων

ΜΑΘΗΜΑ 4 ο. Μοναδιαία ρίζα

Συμπίεση Δεδομένων

HMY 799 1: Αναγνώριση Συστημάτων

w o = R 1 p. (1) R = p =. = 1

Στοχαστικά Σήµατα και Εφαρµογές

Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα «Γεωχωρικές Τεχνολογίες» Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας. Εισηγητής Αναστάσιος Κεσίδης

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ, ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ

Ψηφιακή Επεξεργασία Σήματος Coursework

Προσαρµοστικοί Αλγόριθµοι Υλοποίησης Βέλτιστων Ψηφιακών Φίλτρων: Παραλλαγές του αλγόριθµου Least Mean Square (LMS)

Οικονομικές εφαρμογές υπολογιστικών πακέτων. Στοχαστικά υποδείγματα

Στασιμότητα χρονοσειρών Νόθα αποτελέσματα-spurious regression Ο έλεγχος στασιμότητας είναι απαραίτητος ώστε η στοχαστική ανάλυση να οδηγεί σε ασφαλή

ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ & ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ 1o Τμήμα (Α - Κ): Αμφιθέατρο 4, Νέα Κτίρια ΣΗΜΜΥ Θεωρία Πιθανοτήτων & Στοχαστικές Ανελίξεις

Χρονοσειρές Μάθημα 3

Χρονοσειρές Μάθημα 2. Μη-στασιμότητα. Τάση? Εποχικότητα / περιοδικότητα? Ασταθή διασπορά? Αυτοσυσχέτιση?

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΚΟΙΝΩΝΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ. ΜΑΘΗΜΑ 5ο

Οι τύποι της εκτίμησης, οι οποίοι παρουσιάζονται στον Πίνακα 1.1, προσδιορίζονται από τη σχέση των χρονικών στιγμών και k :

Ασκήσεις Φροντιστηρίου «Υπολογιστική Νοημοσύνη Ι» 3ο Φροντιστήριο

Χρονικές σειρές 8 Ο μάθημα: Μοντέλα κινητού μέσου

E(X(t)) = 1 k + k sin(2π) + k cos(2π) = 1 k + k 0 + k 1 = 1

Ολοκληρωµένο Περιβάλλον Σχεδιασµού Και Επίδειξης Φίλτρων

Μάθημα 2: Mη-στάσιμη χρονοσειρά, έλεγχος μοναδιαίας ρίζας και έλεγχος ανεξαρτησίας

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 5 η : Αποκατάσταση Εικόνας

Εργαστήριο Επεξεργασίας Σηµάτων και Τηλεπικοινωνιών Κινητά ίκτυα Επικοινωνιών Ακαδηµαϊκό Ετος

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Προσαρμοζόμενα Φίλτρα

Χρονοσειρές Μάθημα 6

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ Κεφάλαιο 2

Επεξεργασία Στοχαστικών Σημάτων

Κινητά Δίκτυα Επικοινωνιών. Συμπληρωματικό υλικό. Προσαρμοστική Ισοστάθμιση Καναλιού

Αφαίρεση του Φαινομένου του Μικροφωνισμού σε Ακουστικά Βαρηκοΐας

Διάλεξη 6. Fourier Ανάλυση Σημάτων. (Επανάληψη Κεφ Κεφ. 10.3, ) Ανάλυση σημάτων. Τι πρέπει να προσέξουμε

Μια εισαγωγή στο φίλτρο Kalman

Πιθανότητες & Τυχαία Σήματα. Διγαλάκης Βασίλης

Προχωρημένα Θέματα Συστημάτων Ελέγχου

Χρονοσειρές - Μάθημα 5

Transcript:

Στοχαστικά Σήµατα & Εφαρµογές Βέλτιστα Φίλτρα Wiener ιδάσκων: Ν. Παπανδρέου (Π.. 7/8) Πανεπιστήµιο Πατρών ΤµήµαΜηχανικώνΗ/Υ και Πληροφορικής CEID 7-8 Εισαγωγή ιατύπωση του προβλήµατος: οθέντος των από κοινού WSS στοχαστικών διαδικασιών (n) και (n), υπολόγισε τους συντελεστές του φίλτρου W(z), ώστε η έξοδος n ˆ( ) να αποτελεί τη βέλτιστη εκτίµηση του σήµατος (n), δηλαδή την εκτίµηση µετοελάχιστοµέσο τετραγωνικό σφάλµα (MSE: mean square error): { } { } = wk ( ) wk ( ) ˆ min E en ( ) min E n ( ) n ( ) σήµα αναφοράς n ( ) σήµα εισόδου n ( ) W( z) ˆ( ) n en ( ) σήµα σφάλµατος σήµα εξόδου CEID 7-8

Εισαγωγή Εφαρµογή: Φιλτράρισµα (filterin - noise reuction) µετάδοση οµιλίας σε περιβάλλον θορύβου µετάδοση δεδοµένων σε κανάλι µε θόρυβο ανίχνευση και προσδιορισµός θέσης στόχων αποκατάσταση σηµάτων εικόνας, µουσικής un ( ) n ( ) n ( ) W( z) ˆ( ) n en ( ) n ( ) = n ( ) + un ( ) CEID 7-8 Εισαγωγή Εφαρµογή: Ακύρωση θορύβου (noise cancellation) αεροπορικές επικοινωνίες τεχνολογία ήχου καταστολή ηχούς (ακουστικής, ηλεκτρικής) Sinal source s( n) s( n) + u( n) rn ( ) = sn ( ) u( n) ˆ Noise source un ( ) n ( ) = u( n) W( z) ˆ = ˆ n ( ) u( n) CEID 7-8

FIR Φίλτρα Wiener Εξετάζουµε τοπρόβληµαυπολογισµού των συντελεστών του φίλτρου Wiener, το οποίο παράγει τη βέλτιστη (κατά MSE) εκτίµηση µιας δοθείσας ακολουθίας (n), φιλτράροντας ένα σύνολο παρατηρήσεων (n). n ( ) n ( ) W( z) ˆ( ) n en ( ) Τα σήµατα (n) και (n) είναι από κοινού WSS στοχαστικές διαδικασίες. Το σήµα (n) εξαρτάται στατιστικά από το σήµα (n), δηλαδή τα δύο σήµατα σχετίζονται µεταξύ τους. Το φίλτρο Wiener είναι ένα FIR φίλτρο µε p συντελεστές: p W( z) = w( n) z n= n CEID 7-8 FIR Φίλτρα Wiener Οι συντελεστές του φίλτρου Wiener ελαχιστοποιούν το MSE: wk ( ) wk ( ) { } min ξ= min E en ( ) ξ = για k =,,, p w ( k) συνάρτηση κόστους (cost function) Το σφάλµα e(n) γράφεται αναλυτικά: en ( ) = n ( ) n ˆ( ) = n ( ) n ( ) wn ( ) = n ( ) wln ( ) ( l) Υπολογισµός βέλτιστων συντελεστών: { } E e( n) e ( n) ξ e ( n) = = E e( n) E{ e( n) ( n k) } = = w ( k) w ( k) w ( k) { ( ) ( } E e n n k) = Αρχή της ορθογωνιότητας για k =,,, p CEID 7-8 p

FIR Φίλτρα Wiener Άρα: p E{ e( n) ( n k) } = E ( n) w( l) ( n l) ( n k) = p E ( n) ( n k) w( l) ( n l) ( n k) = p { } { } E ( n) ( n k) w( l) E ( n l) ( n k) = από κοινού WSS διαδικασίες p r( k) w( l) r ( k l) = για k =,,, p Το παραπάνω σύστηµα γραµµικών εξισώσεων είναι γνωστό ως εξισώσεις Wiener-Hopf. CEID 7-8 FIR Φίλτρα Wiener Γράφουµεσεµορφή πινάκων: p wlr () ( k l) = r( k) για k =,,, p r ( k) = r ( k) k k k = : = : w() r () + w() r ( ) + + w( p ) r ( p+ ) = r () w() r () + w() r ( ) + + w( p ) r ( p+ ) = r () = p : w() r ( p ) + w() r ( p ) + + w( p ) r () = r ( p ) r () () ( ) () () r r p w r r () () ( ) () r() r r p w = r ( ) ( ) () ( ) r( p ) p r p r w p Hermitian Toeplitz p p R w = r CEID 7-8

FIR Φίλτρα Wiener Το ελάχιστο MSE υπολογίζεται ως εξής: { } { e ( n) } p ξ min = E e( n) = E e( n) = E e( n) ( n) w ( k) ( n k) p = E e( n) ( n) e( n) w ( k) ( n k) p { en ( ) ( )} ( ) { ( ) ( )} = E n w k E e n n k { ( ) ( )} p = E ( n) w( k) ( n k) ( n) p = E n n w( k) E p = r () w( k) r ( k) { ( n) ( n k) } Από αρχή ορθογωνιότητας k =,,, p CEID 7-8 FIR Φίλτρα Wiener Συνοπτικά: wk ( ) wk ( ) { } min ξ= min E en ( ) εξισώσεις Wiener-Hopf p wlr () ( k l) = r( k) για k =,,, p R w = r w = R r p ξ min = r k = () w( k) r ( k) ξ min = r () r w = r () r R r H H CEID 7-8

FIR Φίλτρα Wiener ιερεύνηση της συνάρτησης κόστους: { } { e ( n) } p ξ ( w) = E e( n) = E e( n) = E e( n) ( n) w ( k) ( n k) p { en ( ) ( )} ( ) { en ( ) ( )} = E n w k E n k p p p = E ( n) w( k) ( n k) ( n) w ( k) E ( n) w( l) ( n l) ( n k) p { } { } = E ( n ) ( n) wke ( ) ( nn ) ( k) p p w ( k) E{ ( n) ( n k) } w( l) E{ ( n l) ( n k) } p p p p = r () w( k) r ( k) w ( k) r ( k) + w ( k) w( l) r ( k l) H H H = r () r w w r + w R w ευτεροβάθµια εξίσωση ως προς w(k). CEID 7-8 FIR Φίλτρα Wiener Έστω ότι το φίλτρο Wiener έχει δύο συντελεστές. Επίσης, (n) και (n) είναι από κοινού WSS στοχαστικές διαδικασίες µεπραγµατικές τιµές, όπου r () =, r () =, r () =., r () = και r () =.5. T T ξ ( w) = r () w r + w R w = r() r () r () w() r () [ w() w() ] [ w() w() ] r() + r () r () w() w() =. [ w() w() ] + [ w() w() ].5 w(). w() 9 w() w () w () = + + w opt w () opt = R r = =. 5 w () opt ξ ( w ) =.5 opt CEID 7-8

FIR Φίλτρα Wiener 8 cost function 6 5 w w 5 8 6 w - - 6 8 w CEID 7-8 un ( ) n ( ) Φιλτράρισµαθορύβου: n ( ) W( z) ˆ( ) n n ( ) en ( ) Θεωρούµε ότι ο θόρυβος u(n) έχει µηδενική µέση τιµή, διασπορά και είναι ασυσχέτιστος µε τοσήµα (n). Συνεπώς: { } { } { ( ) ( )} { ( ) ( )} { ( ) ( )} { ( ) ( )} r ( k) = E ( n) ( n k) = E [ ( n) + u( n)][ ( n k) + u ( n k)] = E n n k + Enu n k + Eun n k + Eunu n k = r ( k) + r ( k) + r ( k) + r ( k) = r ( k) + r ( k) u u u u { } { } { } { } r ( k) = E ( n) ( n k) = E ( n)[ ( n k) + u ( n k)] = E n ( ) ( n k) + Enu ( ) ( n k) = r( k) + r ( k) = r( k) u CEID 7-8 σ u

Άρα, οι εξισώσεις Wiener-Hopf γράφονται: r () () ( ) () () r r p w r r () () ( ) () r() r r p w = r ( ) ( ) () ( ) r( p ) p r p r w p r () ( ) () ( ) () () r p ru ru p w r r () ( ) () ( ) w() r () r p ru ru p + = r ( ) () ( ) ( ) ( ) r ( p ) p r ru p r w p u ( ) R + R w = r u CEID 7-8 amplitue.5.5 -.5 - -.5 esire sinal () N=5; f=^3; Fs=*^; t=(:n-)/fs; =sin(*pi*f*t); % number of % frequency (khz) % samplin frequency % timin vector % esire sinal u=.5*rann(,n); % aitive noise =+u; % input sinal p=; % size of Wiener FIR amplitue - 6 8.5.5 -.5 - -.5 input sinal () amplitue.5.5 -.5 - -.5 output sinal (y) - 6 8 CEID 7-8 - 6 8

Ακύρωση θορύβου: Θεωρούµε ότι ο θόρυβος u(n) είναι WSS διαδικασία µε µηδενική µέση τιµή και είναι ασυσχέτιστος µε τοσήµα s(n). Sinal source sn ( ) yn ( ) = sn ( ) + u( n) r( n) = s( n) ˆ ( n) Noise source u( n) n ( ) = u( n) W ( z) ˆ = ˆ ( n) u ( n) R w = r Rw = r u uu R u w = r yu { } { } { ( ) ( )} { ( ) ( )} yu ( ) r ( k) = E u ( n) u ( n k) = E [ y( n) s( n)] u ( n k) uu = E y n u n k E s n u n k = r k CEID 7-8 amplitue 3 - - -3 source sinal (s) amplitue 3 - - -3 corrupte sinal (y) - 6 8 6 8 sn ( ) = sin(π.5 n) un ( ): N (,) u( n) =.8 u( n ) + u( n) u ( n) =.6 u ( n ) + u( n) amplitue - 6 8 6 8 reference sinal (u) 3 - - -3-6 8 6 8 CEID 7-8

recovere output recovere output 3 source p=6 3 source p= amplitue - amplitue - - - -3-3 - 6 8 6 8-6 8 6 8 recovere output N rˆ u ( k) = u( n) u( n k) N n= N rˆ yu ( k) = ( ) y n u( n k) N n= amplitue 3 - - -3 source p=36 CEID 7-8 - 6 8 6 8 Αναγνώριση συστήµατος: Θεωρούµε ότι το άγνωστο σύστηµα H(z) είναι ένα FIR φίλτρο ης τάξης, όπου h() =.9, h() =.6 και h() =.. Επιπλέον, η είσοδος (n) είναι τυχαία διαδικασία λευκού θορύβου µε µοναδιαία διασπορά. Να υπολογιστεί το φίλτρο Wiener ης τάξης. n ( ) H( z) W ( z) ( n) = ( n) h( n) ˆ( n ) en ( ) Ισχύει: r k k ( k ) =σ( ) δ( ) R r() r() r() = r () r () r () = r() r() r() CEID 7-8

= E ( n) ( n k) = E h( l) ( n l) ( n k) Επίσης: r ( k) { } r { } = hle () n ( ln ) ( k) = hlr ( ) ( k l) = hk ( ) [ r () r () r ()] T [ h() h() h() ] = = = h r () = E{ ( n) } = E h( k) ( n k) h( l) ( n l) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( k = hk hle{ n ln k} hk hlr = = k l = h k) T Άρα: ξ = r R r T min r () T ξ min = h k hh= k = ( ) CEID 7-8 Φιλτράρισµαθορύβου: Να υπολογιστεί το FIR φίλτρο Wiener πρώτης τάξης για το σύστηµα του σχήµατος, όπου v(n) και u(n) ασυσχέτιστες διαδικασίες λευκού θορύβου µε σ =.3 και σ =.. v u un ( ) vn ( ) ( n) n ( ) W( z) ˆ( ) n n ( ) en ( ) z z.796.93 CEID 7-8

Το σήµα αναφοράς (n) γράφεται: n ( ) =.796 n ( ) + vn ( ) (α) Πρόκειται για διαδικασία AR() µεφάσµα: P ( e ) =σ v +.796e Το σήµα εισόδου (n) γράφεται: n ( ) = n ( ) + un ( ) όπου: n ( ) =.93 n ( ) + n ( ) (β) Από (α) & (β) προκύπτει: n ( ) =.796 n ( ) + vn ( ) [ ] [ ] n ( ).93 n ( ) =.796 n ( ).93 n ( ) + vn ( ) n ( ).35 n ( ).7 n ( ) = vn ( ) (γ) Πρόκειται για διαδικασία AR() µεφάσµα: P ( e ) =σ v.35e.7e CEID 7-8 8 P ( e ) =σ v +.796e Manitue (B) 6 - - -6...6.8 Frequency (units of pi) 8 Manitue (B) 6 P ( e ) =σ v.35e.7e - - -6...6.8 Frequency (units of pi) CEID 7-8

Οι εξισώσεις Wiener-Hopf γράφονται: r() r() w() r() r() r() = w( ) r() Η αυτοσυσχέτιση r (k) υπολογίζεται ως εξής : { } {[ ][ ]} r ( k) = E ( n) ( n k) = E ( n) + u( n) ( n k) + u( n k) { ( ) ( )} { ( ) ( )} { ( ) ( )} { ( ) ( )} = E n n k + E n u n k + E u n n k + E u n u n k = r ( k) + r ( k) + r ( k) + r ( k) = r ( k) + r ( k) u u u u όπου: r k k r r u( ) =σuδ( ) u() =. και u() = CEID 7-8 Η διαδικασία (n) είναι AR(): P ( e ) =σ v.35e.7e Άρα, οι εξισώσεις Yule-Walker γράφονται: r() r().35 r() r() r() =.7 r() και: σ = r ().35 r ().7 r () v άρα:.35 r () +.59 r () =.7 r ().35 r () + r () = r ().35 r ().7 r () =.3 r () =.9 r () =.9 r () =.766 CEID 7-8

Η ετεροσυσχέτιση r (k) υπολογίζεται ως εξής : { } { [ ]} r ( k) = E ( n) ( n k) = E ( n) ( n k) + u( n k) { ( ) ( )} { ( ) ( )} = E n n k + E n u n k {[ ( ).93 ( ) ] ( )} = E n n n k { ( ) ( )}.93 { ( ) ( )} = E n n k E n n k = r ( k).93 r ( k ) άρα: r () = r ().93 r ( ) =.86 r () = r ().93 r () =.387 CEID 7-8 Τελικά, από τις εξισώσεις Wiener-Hopf: r() r() w() r() r() r() = w( ) r() r() r() ru() ru() w() r() + = r() r() ru() ru( ) w() r().9.9. w().86.9.9 + =. w().387 w().795 = w().73 Το ελάχιστο σφάλµα είναι: ξ min = r () w() r () w() r () CEID 7-8

Η διαδικασία (n) είναι AR(): P ( e ) =σ v +.796e Άρα, οι εξισώσεις Yule-Walker γράφονται:.796 r () = r () και: σ = r () +.796 r () v r () =.86 Τελικά: ξ min =.77 CEID 7-8 Η συνάρτηση κόστους είναι: T T ξ ( w) = r () w r + w R w.86.6.9 w() = r () [ w() w() ] + [ w() w() ].387.9.6 w() = + + + +.86.97 w().773 w().6 w ().6 w ().985 w() w() cost function 5 5 w.5.5 6.655 -.5 7.5887 5.97 5.3773 5.97.68.3 6.655 5.3773 3.39659.68 3.39659.96.655.96 3.39659.7587.655.8733.96.8733.655 w - - - - w.7587 5.97.3.7587 5.3773.68.3 7.5887 6.655 5.97 7.958 8.569 5.3773 9.8337 9.9.68 6.655 5.97.3 3.39659.7587 - -.5 6.655 9.9 8.569 9.8337.77 7.958 5.3773 7.5887.68.3 5.97 3.39659.655.96.7587.8733.8733 -.655 - -.5 - -.5.5.5 w CEID 7-8