( x) Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΤΥΧΑΙΑΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ - ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑΣ. Βασικά αξιώµατα και ιδιότητες της πιθανότητας. Σεραφείµ Καραµπογιάς

Σχετικά έγγραφα
Αναλογικές και Ψηφιακές Επικοινωνίες

Ο Βέλτιστος Φωρατής. Σεραφείµ Καραµπογιάς

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες. Βέλτιστος Δέκτης

Η Έννοια της τυχαίας ιαδικασίας

Σύνδεση με τα Προηγούμενα. Προχωρημένα Θέματα Τηλεπικοινωνιών. Εισαγωγή (2) Εισαγωγή. Βέλτιστος Δέκτης. παρουσία AWGN.

Ο Βέλτιστος Φωρατής. Σεραφείµ Καραµπογιάς

Επεξεργασία Στοχαστικών Σημάτων

Επεξεργασία Στοχαστικών Σημάτων

Παράδειγµα ενός ηλεκτρικού συστήµατος

Λύσεις Θεµάτων Εξεταστικής Ιανουαρίου 2009 Mάθηµα: «Ψηφιακές Επικοινωνίες» G F = 0.8 T F = 73 0 K

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες. Πιθανότητα Σφάλματος για Δυαδική Διαμόρφωση

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

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

Συναρτήσεις Συσχέτισης

Επεξεργασία Στοχαστικών Σημάτων

Αναλογικές και Ψηφιακές Επικοινωνίες

Περιεχόµενα διαλέξεων 2ης εβδοµάδας

Τι είναι σήµα; Σεραφείµ Καραµπογιάς

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Εισαγωγή στα Σήµατα Εισαγωγή στα Συστήµατα Ανάπτυγµα - Μετασχηµατισµός Fourier Μετασχηµατισµός Z

ιαφορική εντροπία Σεραφείµ Καραµπογιάς

Θα λύσετε ένα από τα έξι πακέτα ασκήσεων που ακολουθούν, τα οποία είναι αριθµηµένα από 0 έως5. Ο κάθε φοιτητής βρίσκει το πακέτο που του αντιστοιχεί

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Επεξεργασία Στοχαστικών Σημάτων

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ. Εργαστήριο 8 ο. Αποδιαμόρφωση PAM-PPM με προσαρμοσμένα φίλτρα

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

ΕΕ725 Ειδικά Θέµατα Ψηφιακών Επικοινωνιών 4η διάλεξη

Συστήµατα τα οποία χαρακτηρίζονται από γραµµικές εξισώσεις διαφορών µε σταθερούς συντελεστές

Συστήµατα τα οποία χαρακτηρίζονται από γραµµικές εξισώσεις διαφορών µε σταθερούς συντελεστές

ΑΝΑΠΤΥΓΜA - ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ. Περιγράψουµε τον τρόπο ανάπτυξης σε σειρά Fourier ενός περιοδικού αναλογικού σήµατος.

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

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Συστήματα Επικοινωνιών

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

ΤΥΧΑΙΑ ΙΑΝΥΣΜΑΤΑ. Θεωρία Πιθανοτήτων και Στοχαστικές ιαδικασίες, Κ. Πετρόπουλος. Τµ. Επιστήµης των Υλικών

Θεωρία Στοχαστικών Σηµάτων: Στοχαστικές διεργασίες, Περιγραφή εργοδικών στοχαστικών διεργασιών

Επεξεργασία Στοχαστικών Σημάτων

Συστήµατα τα οποία χαρακτηρίζονται από γραµµικές εξισώσεις διαφορών µε σταθερούς συντελεστές

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:

Σεραφείµ Καραµπογιάς. Το κανάλι επικοινωνίας είναι το φυσικό µέσο που χρησιµεύει για να στέλνεται το σήµα από την πηγή στον προορισµό χρήσης.

ΑΝΑΠΤΥΓΜA - ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ. Περιγράψουμε τον τρόπο ανάπτυξης σε σειρά Fourier ενός περιοδικού αναλογικού σήματος.

Συμπίεση Δεδομένων

Σεραφείµ Καραµπογιάς ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Δυαδικά Αντίποδα Σήματα. Προχωρημένα Θέματα Τηλεπικοινωνιών. Πιθανότητα Σφάλματος σε AWGN Κανάλι. r s n E n. P r s P r s.

Κεφάλαιο 7. Ψηφιακή Διαμόρφωση

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Στοχαστικές Ανελίξεις

Βασικά στοιχεία της θεωρίας πιθανοτήτων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΑΝΑΠΤΥΓΜA -ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Ο Βέλτιστος Φωρατής. Σεραφείµ Καραµπογιάς

Γενική εικόνα τι είναι σήµα - Ορισµός. Ταξινόµηση σηµάτων. Βασικές ιδιότητες σηµάτων. Μετατροπές σήµατος ως προς το χρόνο. Στοιχειώδη σήµατα.

1. Τριγωνοµετρικές ταυτότητες.

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

Στοχαστικές Ανελίξεις

ΤΥΧΑΙΑ ΙΑΝΥΣΜΑΤΑ. Στατιστική Συµπερασµατολογία Ι, Κ. Πετρόπουλος. Τµήµα Μαθηµατικών, Πανεπιστήµιο Πατρών

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΦΡΟΝ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΕΙΣ. ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

0, αλλιώς. Σεραφείµ Καραµπογιάς. Παράδειγµα 1 Η πηγή X(t) είναι στατική Gaussian µε µέση τιµή µηδέν και φασµατική πυκνότητα ισχύος.

Συστήματα Επικοινωνιών ΙI

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών. Χρόνου (Ι)

Ακαδηµαϊκό Έτος , Εαρινό Εξάµηνο ιδάσκων Καθ.: Νίκος Τσαπατσούλης

Baseband Transmission

Αναλογικές και Ψηφιακές Επικοινωνίες

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες

Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

Τι είναι σήµα; Ωςσήµαορίζεταιέναφυσικόµέγεθοςτοοποίοµεταβάλλεταισεσχέσηµετοχρόνοή το χώρο ή µε οποιαδήποτε άλλη ανεξάρτητη µεταβλητή ή µεταβλητές.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Πιθανότητες & Τυχαία Σήματα. Διγαλάκης Βασίλης

X(t) = A cos(2πf c t + Θ) (1) 0, αλλού. 2 cos(2πf cτ) (9)

Θεωρία πληροφοριών. Τεχνολογία Πολυµέσων 07-1

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες

Υπολογίζουμε εύκολα τον αντίστροφο Μετασχηματισμό Fourier μιας συνάρτησης χωρίς να καταφεύγουμε στην εξίσωση ανάλυσης.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ & ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

ΕΕ728 Προχωρηµένα Θέµατα Θεωρίας Πληροφορίας 12η διάλεξη

Στοχαστικές Ανελίξεις (2) Αγγελική Αλεξίου

Στατιστική περιγραφή τουπεδίουβαρύτητας

Γραφική αναπαράσταση ενός ψηφιακού σήµατος

ETY-202 ΤΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΤΗΣ ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ETY-202 ΎΛΗ & ΦΩΣ 02. ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΕΡΓΑΛΕΙΑ. Στέλιος Τζωρτζάκης 1/11/2013

Ο ΑΜΦΙΠΛΕΥΡΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Z

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

Βασικές έννοιες θεωρίας πιθανοτήτων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Δομή της παρουσίασης

Πιθανότητες & Τυχαία Σήματα. Διγαλάκης Βασίλης

Εξομοίωση Τηλεπικοινωνιακού Συστήματος Βασικής Ζώνης

Ψηφιακές Τηλεπικοινωνίες

ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ & ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ 1o Τμήμα (Α - Κ): Αμφιθέατρο 3, Νέα Κτίρια ΣΗΜΜΥ Θεωρία Πιθανοτήτων & Στοχαστικές Ανελίξεις - 1

ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ, ΔΙΚΤΥΑ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

ΣΤΟΧΑΣΤΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΤΥΧΑΙΑΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ

Ψηφιακές Επικοινωνίες

Συστήματα Επικοινωνιών

( ) log 2 = E. Σεραφείµ Καραµπογιάς

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Z. χρόνου και εξηγήσουµε έννοιες όπως περιοχή σύγκλισης, πόλος και µηδενικό.

2 η Εργαστηριακή Άσκηση

Transcript:

Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΤΥΧΑΙΑΣ ΜΕΤΑΒΛΗΤΗΣ - ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑΣ Βασικά αξιώµατα και ιδιότητες της πιθανότητας Σεραφείµ Καραµπογιάς Η αθροιστική συνάρτηση κατανοµής cumulaive diribuio ucio CDF µίας τυχαίας µεταβλητής X ορίζεται ως F X P X Η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας probabiliy deiy ucio PDF µίας τυχαίαςµεταβλητής Xορίζεταιωςηπαράγωγοςτης F X, X dfx d Για διακριτές τυχαίες µεταβλητές, συνηθίζεται να ορίζουµε τη συνάρτηση πιθανότηταςµάζας probabiliy ma ucio PMF, ηοποίαορίζεται ως {p i } όπου p i PX i..

Ιδιότητες της Αθροιστικής Συνάρτησης Κατανοµής F X Η F X είναιµηφθίνουσα F X df X df P [ X d ] X < + + d lim F X και lim + F X F X F X αν < P < X F F X X Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-

Ιδιότητες της Συνάρτησης Πυκνότητας Πιθανότητας F X X γιακάθε F X df X X P X + d P X dfx d X d dp [ < X ] F F X X + F P X X d X ξ dξ < X dfx d X Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-3 X d [ X < + d] P dp + d dp X d Συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας

Η αναµενόµενη τιµή ή µαθηµατική ελπίδα µιας τυχαίας µεταβλητής X ορίζεται ως X X E[ X ] m d Η E[X-E[X] ]καλείταιδιακύµανση variace της τυχαίαςµεταβλητής X. Η διακύµανση είναι ένα µέτρο της διασποράς της συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας της X περί τη µέση τιµή. Ηδιακύµανσηδηλώνεταιως σ X απόκλιση adard deviaio. καιητετραγωνικήτηςρίζα,σ X ονοµάζεταιτυπική Αν X και Y είναι δύο τυχαίες µεταβλητές τότε η E[X Y] ονοµάζεται συσχέτιση correlaio των Xκαι Y. Η E[X m X Y m Y ] καλείταισυµµεταβολή covariace των Xκαι Y. Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-4

Σηµαντικές Τυχαίες Μεταβλητές Οµοιόµορφη Τυχαία Μεταβλητή Σεραφείµ Καραµπογιάς Η συνάρτηση κατανοµής της οµοιόµορφης τυχαίας µεταβλητής είναι FX a b F X, a ba b, a, a < < b< a < b Η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας της οµοιόµορφης τυχαίας µεταβλητής είναι X ba a b X, a< < b a, αλλιώς b Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-5

Η Gauia Τυχαία Μεταβλητή Ησυνάρτησηκατανοµήςτης Gauia τυχαίαςµεταβλητής m, σ είναι FX, 84, 5 F X πσ e ξm σ dξ, 59 mσ m m+ σ Η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας της Gauia τυχαίας µεταβλητής είναι X πσ,67 πσ m σ X e πσ mσ m m+ σ Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-6

Η συνάρτηση κατανοµής της Gauia τυχαίας µεταβλητής για m και σ,,, δηλώνεται µε Φ και δίνεται από τη σχέση π ξ Φ P X e dξ Η συνάρτηση Q του Marcum ορίζεται ως Q y P X > y e d π X e π Εµβαδɺ οq y Σεραφείµ Καραµπογιάς y y Παρατηρούµεότι Q Φ καιγιαµία Gauia µεταβλητήµεµέση τιµή mκαιδιακύµανσησ, mσ ισχύει P X > Q m σ Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-7

ιάφορες παρουσιάσεις της συνάρτησης Q δίνονται σε µορφή εύχρηστων πινάκων ή διαγραµµάτων. y Q y y Q y y Q y, 5,e-,4 8,975e-3 4,8 7,933e-7, 4,67e-,5 6,96e-3 4,9 4,798e-7, 4,74e-,6 4,66e-3 5,,8665e-7,3 3,88e-,7 3,4669e-3 5,,698e-7,4 3,4458e-,8,555e-3 5, 9,9644e-8,5 3,853e-,9,8658e-3 5,3 5,79e-8,6,745e- 3,,3498e-3 5,4 3,33e-8,7,496e- 3, 9,676e-4 5,5,8989e-8,8,85e- 3, 6,873e-4 5,6,77e-8,9,846e- 3,3 4,834e-4 5,7 5,993e-9,,5865e- 3,4 3,369e-4 5,8 3,357e-9,,3566e- 3,5,36e-4 5,9,875e-9,,56e- 3,6,59e-4 6, 9,8658e-,3 9,68e- 3,7,779e-4 6, 5,334e-,4 8,756e- 3,8 7,348e-5 6,,83e-,5 6,687e- 3,9 4,896e-5 6,3,488e-,6 5,4799e- 4, 3,67e-5 6,4 7,7688e-,7 4,4565e- 4,,657e-5 6,5 4,6e-,8 3,593e- 4,,3345e-5 6,6,557e-,9,876e- 4,3 8,5398e-6 6,7,4e-,,75e 4,4 5,45e-6 6,8 5,39e-,,7864e- 4,5 3,3976e-6 6,9,6e-,,393e- 4,6,4e-6 7,,798e-,3,74e- 4,7,38e-6 Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-8

Βέλτιστος έκτης για Ψηφιακά ιαµορφωµένα Σήµατα παρουσία Προσθετικού Λευκού Gauia Θορύβου Εκπεµπόµενο σήµα m Κανάλι Λαµβανόµενο σήµα r m + Θόρυβος Μοντέλο για τη λήψη σήµατος µέσα από AWG κανάλι. Το λαµβανόµενο σήµα στο διάστηµα µπορεί να εκφραστεί ως r m +, Ο έκτης βασίζεται στην παρατήρηση του r και αποφασίζει ποια από τις Μ δυνατές κυµατοµορφές µεταδόθηκε. Ο έκτης επιθυµούµε να είναι βέλτιστος υπό την έννοια ότι ελαχιστοποιεί την πιθανότητα σφάλµατος. Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-9

Ο έκτης αποτελείται από δύο τµήµατα τον Αποδιαµορφωτή σήµατος και τον Φωρατή. Ο Αποδιαµορφωτής σήµατος µετατρέπει την λαµβανόµενη κυµατοµορφή r σε έναν-διάστατοδιάνυσµα r r, r,..., r. Ο φωρατής βασιζόµενος στην παρατήρηση του διανύσµατος r αποφασίζει ποια από τις Μ δυνατές κυµατοµορφές µεταδόθηκε. Η υλοποίηση του αποδιαµορφωτή σήµατος βασίζεται α στην χρήση συσχετιστών β στη χρήση προσαρµοστικών φίλτρων. Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-

Αποδιαµορφωτής Συσχέτισης Ο αποδιαµορφωτής συσχέτισης αναλύει το σήµα και το θόρυβο σε µια σειρά γραµµικάσταθµισµένωνορθοκανονικώνσυναρτήσεωνβάσης {ψ }. Οι Ν συναρτήσεις βάσης {ψ } καλύπτουν το χώρο σηµάτων. Αντίθετα δεν καλύπτουν το χώρο θορύβου. ψ Λαµβανόµενο σήµα r ψ ψ d d r r d r Προς φωρατή ειγµατοληψία Αποδιαµορφωτής συσχέτισης Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-

ψ Σεραφείµ Καραµπογιάς r m + Κάθε συσχετιστής, από την συστοιχία των Ν συσχετιστών, υπολογίζει την προβολή του r στιςνσυναρτήσειςβάσης {ψ }. r ψ d m + [ ] ψ d r ψ d m ψ d+ ψ d r Ητελευταίασχέσηισχύειγια,,,, δηλαδή, r r r m m m + + + d m ή µε τη µορφή διανυσµάτων r + m r m + Όπουτοσήµααναπαρίσταταιαπότοδιάνυσµα m µεσυνιστώσες m,,,,. Οιτιµέςτων συνιστωσών αυτών εξαρτώνται από το ποιο σήµα, από τα M δυνατά σήµατα µεταδόθηκε. Οι συνιστώσες του, δηλαδή, { }, είναι τυχαίες µεταβλητές που προκύπτουν από την παρουσία προσθετικού θορύβου. Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-

Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-3 Το λαµβανόµενο σήµα r µπορεί να εκφραστεί στο χρονικό διάστηµα ως r r m + + + ψ ψ ψ Είναι µία Gauia τυχαία διαδικασία θορύβου µηδενικής µέσης τιµής, που αντιπροσωπεύει τη διαφορά της αρχικής διαδικασίας θορύβου και της προβολής της στις συναρτήσειςβάσεις {ψ }. o όπως θα δούµε δεν επηρεάζει την απόφαση για το ποιο σήµα µεταδόθηκε έτσι η απόφαση βασίζεται εξ ολοκλήρου στις συνιστώσες σήµατος και θορύβου των συσχετιστών r mh +,,,,. Οόρος, οοποίοςορίζεταιως ψ

Επειδήτασήµατα { m } είναινοµοτελειακά, οισυνιστώσεςτουδιανύσµατος m είναι επίσης νοµοτελειακές. Οισυνιστώσεςθορύβου { } είναι Gauia τυχαίεςµεταβλητέςµεµέσεςτιµές γιαόλατα. E[ ] E[ ] ψ d Οι συµµεταβολές των συνιστωσών θορύβου είναι Τελικά E[ m ] E[ τ ] ψ ψ τ d dτ δ τ ψ ψ m ψ ψ m d E [ m ] δ m m τ d dτ δ m Οι Ν συνιστώσες θορύβου { } είναι ασυσχέτιστες Gauia τυχαίες µεταβλητές µηδενικήςµέσηςτιµήςµετηνίδιαδιακύµανσησ /. Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-4

Η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας Gauia τυχαίας µεταβλητής µε µέση τιµή m καιδιακύµανσησ είναι m σ X e πσ ΕπίσηςοιΝπροβολέςτουσήµατοςλήψης, rστις συναρτήσειςβάσης, δηλαδή, το -διάστατο διάνυσµα λήψης r [r, r,,r ], η διανυσµατική αναπαράσταση του µεταδιδόµενουσήµατος m [ m, m,, m ] καιοινπροβολέςτουθορύβουλήψης, στις συναρτήσειςβάσης [,, ] συνδέονταιµετη r m + r m + r + m ή µε τη µορφή διανυσµάτων r m + Οι Ν συνιστώσες θορύβου { } είναι ασυσχέτιστες Gauia τυχαίες µεταβλητές µηδενικής µέσης τιµής µε την ίδια διακύµανσησ /, εποµένως η συνάρτηση πυκνότηταπιθανότηταςτηςτυχαίαςµεταβλητής [,,, ],, είναι i i π / e i i Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-5

Ανµεταδόθηκετο m-στοσήµα, οιέξοδοιτωνσυσχετιστών {r } { m } +{ } είναι Gauia τυχαίες µεταβλητές µε µέση τιµή E [ r ] E[ + ] E[ ] + E[ ] E[ ] m m m m και µε την ίδια διακύµανση σ r σ εποµένως οι υποσυνθήκη συναρτήσεις πυκνότητας πιθανότητας των τυχαίων µεταβλητών r, r,,r είναι r r m e π m, m,,, M,,, Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-6

ΕπειδήοιΝσυνιστώσεςθορύβου { } είναιασυσχέτιστες Gauia τυχαίεςµεταβλητές καιστατιστικάανεξάρτητεςκαιοινσυνιστώσεςτουδιανύσµατοςλήψης {r } θαείναι στατιστικά ανεξάρτητες. Εποµένως η συνδυασµένη υποσυνθήκη συνάρτηση πυκνότηταςπιθανότητας r m τουδιανύσµατοςλήψης rείναι όπου r, m,, M r m m, r r m e π m, m,,, M,,, εποµένως r m ep π r m π ep r m, m,,, M Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-7

[ ] E j jψ j E ψ ψ Σεραφείµ Καραµπογιάς Γιατηντυχαίαδιαδικασία καιτις εξόδουςτωνσυσχετιστών {r } παρατηρούµε E r E m + E E E j jψ j E τ ψ dτ j E ψ j τ ψ τ dτ είναι ασυσχέτιστες. Επειδή η τυχαία διαδικασία και οι τυχαίες µεταβλητές {r } είναι Gauia τυχαίες µεταβλητές είναι και στατιστικά ανεξάρτητες. Συνεπώς η τυχαία διαδικασία δενπεριέχειπληροφορίαπουναείναισχετικήµετηναπόφασηγιατο ποια κυµατοµορφή σήµατος µεταδόθηκε. Με άλλα λόγια όλη η σχετική πληροφορία περιέχεταιστιςεξόδους {r } τωνσυσχετιστών. j Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-8

ίνεταιένα 4-αδικό PAM σύστηµα, όπουοβασικόςπαλµόςείναι g. Οπροσθετικός θόρυβος είναι λευκός Gauia µηδενικής µέσης τιµής. g A Σεραφείµ Καραµπογιάς Ο παλµός σήµατος οι 4-δικές κυµατοµορφές σήµατος PAM είναι m A g, m,,3, 4 m 3A A 3 A 4 3A M 4 κυµατοµορφές σήµατος PAM. Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-9

Ηενέργειατουορθογώνιουπαλµού g είναι E Η συνάρτηση βάσης ψ είναι ψ g g d A d A g Η έξοδος του αποδιαµορφωτή συσχέτισης είναι,, A αλλιώς r r ψ d r d Υποθέτονταςότιµεταδόθηκεη m, αντικαθιστώνταςτο r m + έχουµε r m m + [ + ] d d d + m Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-

ο όρος θορύβου έχει µέση τιµή Ε[] και διακύµανση σ σ σ E δ E τ d dτ [ τ ] d dτ τ d d τ σ d τ Η υποσυνθήκη συνάρτηση πυκνότητα πιθανότητα της δειγµατοληπτηµένης εξόδου είναι r m r 4 r m π r e r r r 3 3 E b E b r E b 3 E b Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-

Αποδιαµορφωτής Προσαρµοσµένων Φίλτρων Αντί της συστοιχίας των Ν συσχετιστών χρησιµοποιούµε συστοιχία από Ν κατάλληλα γραµµικά φίλτρα ψ Σεραφείµ Καραµπογιάς ψ d r ψ r r ψ d d r r ειγµατοληψία Αποδιαµορφωτής συσχέτισης Λαµβανόµενο σήµα r ψ ψ Αποδιαµορφωτής πρασαρµοσµένων φίλτρων r r ειγµατοληψία Προς φωρατή Οι κρουστικές αποκρίσεις των Ν φίλτρων επιλέγονται ως h ψ, Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-

Ένα φίλτρο του οποίουηκρουστικήαπόκρισηείναι h, όπουτοσήµα είναι περιορισµένο στο διάστηµα, καλείται προσαρµοσµένο φίλτρο στο σήµα. h A A A Σήµα Το σήµα Κρουστική απόκριση φίλτρου προσαρµοσµένου στο y τ + τ dτ y Η απόκριση του προσαρµοσµένου φίλτρου στο σήµα είναι η συνάρτηση αυτόσυσχέτισης του σήµατος Η συνάρτηση αυτοσυσχέτισης y είναι άρτια συνάρτηση ως προς, η οποία µεγιστοποιείται για. Αποδεικνύεται ότι y E A 3 Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-3

Οι δειγµατοληπτηµένες, τη χρονική στιγµή, έξοδοι των προσαρµοσµένων φίλτρων είναι ίδιες µε τις τιµές {r } που λαµβάνονται από τους Ν συσχετιστές του αποδιαµορφωτήσυσχέτισης, πράγµατι, r ψ y y Η έξοδος του -στου προσαρµοσµένου φίλτρου είναι y r τ h τ dτ r τ ψ + τ dτ και η δειγµατοληπτηµένη τιµή της τη χρονική στιγµή είναι τ y r τ ψ τ d r,,,, Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-4

Ιδιότητες των Προσαρµοσµένων Φίλτρων Εάν ένα σήµα διαβρώνεται από AWG, το φίλτρο µε κρουστική απόκριση προσαρµοσµένη στο σήµα µεγιστοποιεί το SR εξόδου τη χρονική στιγµή. + d h d h d h r y τ τ τ τ τ τ τ τ τ συνιστώσα σήµατος συνιστώσα θορύβου Σεραφείµ Καραµπογιάς Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-5 y y d h d h y + τ τ τ τ Τη χρονική στιγµή δειγµατολήπτησης, έχουµε Ο λόγος SR εξόδου ορίζεται ως y E y S ou

Η συνιστώσα του σήµατος τη χρονική στιγµή δειγµατολήπτησης, είναι Η διακύµανση του θορύβου στην έξοδο του φίλτρου ο παρονοµαστής του λόγου είναι E [ y ] E[ τ ] y h τ dτ h τ h d dτ φασµατική πυκνότητα ισχύος του θορύβου τ δ h τ h d d τ h d ενέργεια της κρουστικής απόκρισης h Έτσι ο λόγος SR εξόδου γράφεται ως S ou y E y τ h τ dτ h d h τ τ dτ h d Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-6

Ηανισότητα Cauchy-Schwarzγιαδύοσήµατα g και g, πεπερασµένηςενέργειας, είναι g g d g d g d Σεραφείµ Καραµπογιάς όπουηισότηταισχύειόταν g C g γιαοποιαδήποτεαυθαίρετησταθερά C. S ou τ h τ dτ h d τ dτ h τ dτ h d Παρατηρούµε ότι ο λόγος h είναι προσαρµοσµένο στο σήµα. S ou µεγιστοποιείται όταν h C, δηλαδή, όταν το Το µέγιστο SR εξόδου που επιτυγχάνεται µε το προσαρµοσµένο φίλτρο είναι S ou E d Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-7

Το µέγιστο SR εξόδου που επιτυγχάνεται µε το προσαρµοσµένο φίλτρο είναι λοιπόν S ou E Παρατηρούµεότιτο SR εξόδουεξαρτάταιαπότηνενέργειατηςκυµατοµορφής και όχι από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της. Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-8

Μελέτη του Προσαρµοσµένου Φίλτρου στο Πεδίο Συχνότητας j j j h j e d e d e d e h H π τ π τ π π τ τ + Η απόκριση συχνότητας του προσαρµοσµένου φίλτρου είναι j e S H π * Τελικά Σεραφείµ Καραµπογιάς Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-9 Το προσαρµοσµένο φίλτρο έχει απόκριση συχνοτήτων φασµατική απόκριση που είναι ίση µε το συζυγές µιγαδικό του φάσµατος του µεταδιδόµενου σήµατος πολλαπλασιασµένοεπίτονπαράγονταφάσης e -jπ, οοποίοςαντιπροσωπεύειτην καθυστέρηση δειγµατολήπτησης κατά.

S H Y Το φάσµα της εξόδου του προσαρµοσµένου φίλτρου είναι Y S H * S S S e j π e και η έξοδος του προσαρµοσµένου φίλτρου είναι j π y j Y e d S π j π j π e e d ειγµατοληπτώντας την έξοδο του προσαρµοσµένου φίλτρου τη χρονική στιγµή, παίρνουµε y d E S d Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-3

Η φασµατική πυκνότητα ισχύος του θορύβου στην έξοδο του προσαρµοσµένου φίλτρου είναι H S ou και η συνολική ισχύς του θορύβου είναι Σεραφείµ Καραµπογιάς P H * S e S j π H ou H d S d d d E Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-3

Η ισχύς του σήµατος στην έξοδο του προσαρµοσµένου φίλτρου είναι y P E τελικά η συνολική ισχύς του θορύβου είναι P E Σεραφείµ Καραµπογιάς Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-3 Ο λόγος SR στην έξοδο του προσαρµοσµένου φίλτρου είναι P P E E E ou S

Παράδειγµα Για την µετάδοση πληροφορίας µέσα από ένα AWG χρησιµοποιούνται τα Μ 4 διορθογώνια σήµατα A A A A ψ ψ Επιλέγουµε τις συναρτήσεις βάσεις ψ, ψ, αλλιώς ψ, ψ, αλλιώς Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-33

Η συναρτήσεις βάσης είναι ψ,, αλλιώς ψ ψ,, αλλιώς ψ Οι κυµατοµορφές των δύο προσαρµοσµένων φίλτρων είναι h, ψ, αλλιώς h ψ h, ψ, αλλιώς h ψ Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-34

Λαµβανόµενο σήµα r + ψ ψ r r Προς φωρατή Αν µεταδοθεί το, οι αποκρίσεις των δύο προσαρµοσµένων φίλτρων απουσία θορύβου είναι y A y A Οι κυµατοµορφές δειγµατοληπτούνται τη χρονική στιγµή, και έχουµε A και y y Το διάνυσµα που σχηµατίζεται από τις εξόδους των προσαρµοσµένων φίλτρων τη χρονική στιγµή δειγµατολήπτησης παρουσία θορύβου είναι r 3 r, r A +, + E, 3 Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-35

Το διάνυσµα που σχηµατίζεται από τις εξόδους των προσαρµοσµένων φίλτρων τη χρονική στιγµή δειγµατολήπτησης παρουσία θορύβου είναι r r, r A +, + E, όπου y και y είναι οι συνιστώσες θορύβου στις εξόδους των προσαρµοσµένωνφίλτρων, y d, ψ Η µέση τιµή των συνιστωσών θορύβου είναι, E E y και η διακύµανσή τους είναι σ E y E τ ψ ψ τ d dτ δ τ ψ ψ τ d dτ d ψ Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-36

Παρατηρούµεότιολόγος S γιατοπρώτοπροσαρµοσµένοφίλτρο h είναι ou S ou E E Ανάλογα προκύπτει ότι οι τέσσερις δυνατές έξοδοι των προσαρµοσµένων φίλτρων, οι οποίες αντιστοιχούν στα τέσσερα δυνατά µεταδιδόµενα σήµατα είναι r r E+, r, ψ, E r r E+, r, r r E+, r, E, E, ψ r r E+, r,, E Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-37

Ο αστερισµός του Παραδείγµατος είναι ψ, E, E E, +, E, E ψ Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-38

Αν η διακύµανση του θορύβου είναι µεγαλύτερη τότε έχουµε ψ, E, E E +,, E ψ, E Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-39

Τολαµβανόµενοδιάνυσµα rείναιάθροισµαδύοδιανυσµάτων, του m, τουδιανύσµατος αναπαράστασης του µεταδιδόµενου σήµατος, και του, του διανύσµατος θορύβου. Οι συνιστώσες θορύβου είναι ανεξάρτητες µε την ίδια µέση τιµή και διακύµανση /. Η κατανοµή του διανύσµατος θορύβου στο διανυσµατικό χώρο έχει σφαιρική συµµετρία. Το λαµβανόµενο διάνυσµα r µπορεί να αναπαρασταθεί µε ένα σφαιρικό νέφος µε κέντροτο m. ψ, E, E Κέντρο E,, E Παράδειγµα αστερισµού σή- µατος και νέφος θορύβου Η πυκνότητα του νέφους είναι µεγαλύτερη στο κέντρο και ελαττώνεται καθώς αποµακρυνόµαστε από αυτό και ακολουθεί την Gauia κατανοµή. ψ Σεραφείµ Καραµπογιάς Ψηφιακή Μετάδοση Αναλογικών Σηµάτων 7-4