Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

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

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Επεξεργασία Στοχαστικών Σημάτων

Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 3: Έλεγχοι στατιστικών υποθέσεων

Διοικητική Λογιστική

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 1: Καταχώρηση δεδομένων

Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων διαχείρισης έργου υπό συνθήκες αβεβαιότητας

1 η Διάλεξη. Ενδεικτικές λύσεις ασκήσεων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 2: Περιγραφική στατιστική

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Συστήματα Επικοινωνιών

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 12: Κριτήρια Σύγκλισης Σειρών. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Συστήματα Επικοινωνιών

Εισαγωγή στους Υπολογιστές

Εισαγωγή στους Η/Υ. Ενότητα 2β: Αντίστροφο Πρόβλημα. Δημήτρης Σαραβάνος, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων & Αεροναυπηγών Μηχανικών

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Συστήματα Επικοινωνιών

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 9η Άσκηση - Αλγόριθμος Prim

Ενότητα. Εισαγωγή στις βάσεις δεδομένων

Συστήματα Επικοινωνιών

Λογιστική Κόστους Ενότητα 8: Κοστολογική διάρθρωση Κύρια / Βοηθητικά Κέντρα Κόστους.

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 10η Άσκηση Αλγόριθμος Dijkstra

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Φροντιστήριο 1

Μυελού των Οστών Ενότητα #1: Ερωτήσεις κατανόησης και αυτόαξιολόγησης

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 10 η : Ανάλυση Εικόνας. Καθ. Κωνσταντίνος Μπερμπερίδης Πολυτεχνική Σχολή Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού Υπέρθερμου Ατμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Ενότητα 1: Εκτιμητές και Ιδιότητες. Αναπλ. Καθηγητής Νικόλαος Σαριαννίδης Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Γρεβενά)

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνων

Εφαρμογές των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και των Επικοινωνιών στη διδασκαλία και τη μάθηση

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 5 η : Αποκατάσταση Εικόνας

Διοικητική Λογιστική

Έλεγχος και Διασφάλιση Ποιότητας Ενότητα 4: Μελέτη ISO Κουππάρης Μιχαήλ Τμήμα Χημείας Εργαστήριο Αναλυτικής Χημείας

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Διοίκηση Εξωτερικής Εμπορικής Δραστηριότητας

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 9η Άσκηση - Αλγόριθμος Kruskal

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 15: Ολοκληρώματα Με Ρητές Και Τριγωνομετρικές Συναρτήσεις Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Διδακτική Πληροφορικής

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Εισαγωγή στη Δικτύωση Υπολογιστών

Γραμμική Άλγεβρα και Μαθηματικός Λογισμός για Οικονομικά και Επιχειρησιακά Προβλήματα

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 1

Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 3

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Διδακτική Πληροφορικής

Εκκλησιαστικό Δίκαιο. Ενότητα 10η: Ιερά Σύνοδος της Ιεραρχίας και Διαρκής Ιερά Σύνοδος Κυριάκος Κυριαζόπουλος Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

Τεχνικό Σχέδιο - CAD

Μεθοδολογία Έρευνας Κοινωνικών Επιστημών Ενότητα 2: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓΚ Λοίζου Ευστράτιος Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων-Kατεύθυνση

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 6

Πρακτική Άσκηση σε σχολεία της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Γενική Φυσική Ενότητα: Ταλαντώσεις

Αερισμός. Ενότητα 1: Αερισμός και αιμάτωση. Κωνσταντίνος Σπυρόπουλος, Καθηγητής Σχολή Επιστημών Υγείας Τμήμα Ιατρικής

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Ευφυής Προγραμματισμός

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Εφαρμογές των Τεχνολογιών της Πληροφορίας και των Επικοινωνιών στη διδασκαλία και τη μάθηση

Λογιστική Κόστους Ενότητα 11: Λογισμός Κόστους (1)

Φιλοσοφία της Ιστορίας και του Πολιτισμού

Διδακτική των εικαστικών τεχνών Ενότητα 2

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 6

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 11η Άσκηση - Σταθμισμένος Χρονοπρογραμματισμός Διαστημάτων

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΚΑΤΑΝΑΛΩΤΗ

Μικροοικονομική Ανάλυση της Κατανάλωσης και της Παραγωγής

Transcript:

Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοινωνιές Ενότητα 4: Βέλτιστα Φίλτρα Wiener Καθηγητής Κώστας Μπερμπερίδης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής

Σκοποί ενότητας Παρουσίαση βασικών εννοιών των βέλτιστων φίλτρων Wiever καθώς και βασικών παραδειγμάτων εφαρμογής τους.

Περιεχόμενα ενότητας Εισαγωγή FIR φίλτρα Wiener Εφαρμογές Φιλτράρισμα θορύβου Ακύρωση θορύβου Αναγνώριση συστήματος 3

Βασικές έννοιες φίλτρων Wiener

Eισαγωγή Διατύπωση προβλήματος Δοθέντων των από κοινού WSS στοχαστικών διαδικασιών x(n) και d(n), υπολόγισε τους συντελεστές του φίλτρου W(z), ώστε η έξοδος d n να αποτελεί τη βέλτιστη εκτίμηση του σήματος d(n), δηλαδή την εκτίμηση με το ελάχιστο μέσο τετραγωνικό σφάλμα (MSE: mean square error): w( k ) w( k ) ˆ min E e( n) min E d( n) d( n) σήμα αναφοράς (ή επιθυμητό σήμα) dn ( ) σήμα εισόδου xn ( ) W( z) ˆ( ) dn en ( ) σήμα σφάλματος σήμα εξόδου 5

Eισαγωγή Ενδεικτικές εφαρμογές (1/) Φιλτράρισμα (filtering - noise reduction) μετάδοση σημάτων σε περιβάλλον θορύβου μετάδοση δεδομένων σε κανάλι με θόρυβο ανίχνευση και προσδιορισμός θέσης πηγών (στόχων) αποκατάσταση πολυμεσικών σημάτων (βίντεο, εικόνα, μουσική) un ( ) dn ( ) xn ( ) W( z) ˆ( ) dn en ( ) x( n) d( n) u( n) 6

Eισαγωγή Ενδεικτικές εφαρμογές (/) Ακύρωση θορύβου (noise cancellation) αεροπορικές επικοινωνίες τεχνολογία ήχου καταστολή ηχούς (ακουστικής, ηλεκτρικής) Signal source sn ( ) s( n) u1( n) r( n) s( n) u ( n) ˆ1 Noise source un ( ) x( n) u ( n) W( z) ˆ ˆ1 d( n) u ( n) 7

FIR Φίλτρα Wiener (1/9) Εξετάζουμε το πρόβλημα υπολογισμού των συντελεστών του φίλτρου Wiener, το οποίο παράγει τη βέλτιστη (κατά MSE) εκτίμηση μιας δοθείσας ακολουθίας d(n), φιλτράροντας ένα σύνολο παρατηρήσεων x(n). dn ( ) xn ( ) dn ˆ( ) en ( ) W( z) Τα σήματα x(n) και d(n) είναι από κοινού WSS στοχαστικές διαδικασίες. Το σήμα d(n) εξαρτάται στατιστικά από το σήμα x(n), δηλαδή τα δύο σήματα σχετίζονται μεταξύ τους. Το φίλτρο Wiener είναι ένα FIR φίλτρο με p συντελεστές: p1 W ( z) w( n) z n n 8

FIR Φίλτρα Wiener (/9) Οι συντελεστές του φίλτρου Wiener ελαχιστοποιούν το MSE: min min E e( n) w( k ) w( k ) w ( k) k,1,, p 1 συνάρτηση κόστους (cost function) Το σφάλμα e(n) γράφεται αναλυτικά: p1 e( n) d( n) dˆ ( n) d( n) x( n) w( n) d( n) w( l) x( n l) Υπολογισμός βέλτιστων συντελεστών: E e( n) e ( n) e ( n) E e( n) Ee( n) x ( n k) w ( k) w ( k) w ( k) E e( n) x ( n k) Αρχή της ορθογωνιότητας l 9

FIR Φίλτρα Wiener (3/9) Άρα: p1 Ee( n) x ( n k) E d( n) w( l) x( n l) x ( n k) l από κοινού WSS διαδικασίες p1 E d( n) x ( n k) w( l) x( n l) x ( n k) l p1 E d( n) x ( n k) w( l) E x( n l) x ( n k) p1 l l r ( k) w( l) r ( k l) dx Το παραπάνω σύστημα γραμμικών εξισώσεων είναι γνωστό ως εξισώσεις Wiener-Hopf. x 1

FIR Φίλτρα Wiener (4/9) Γράφουμε σε μορφή πινάκων: p1 w( l) rx ( k l) rdx ( k) k,1,, p1 l r ( k) r ( k) x x k k : 1: w() r () w(1) r ( 1) w( p 1) r ( p 1) r () x x x dx w() r (1) w(1) r ( ) w( p 1) r ( p ) r (1) x x x dx k p 1: w() r ( p 1) w(1) r ( p ) w( p 1) r () r ( p 1) x x x dx r () (1) ( 1) () () x rx rx p w rdx r (1) () ( ) (1) dx(1) x r r x rx p w r ( 1) ( ) () ( 1) rdx( p 1) x p rx p r w p x Hermitian Toeplitz p p R w x r dx Λύση με αλγ. Levinson 11

FIR Φίλτρα Wiener (5/9) Το ελάχιστο MSE υπολογίζεται ως εξής: p1 min E e( n) Ee( n) e ( n) E e( n) d ( n) w ( k) x ( n k) k p1 E e( n) d ( n) e( n) w ( k) x ( n k) k p1 en ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) E d n w k E e n x n k k p1 E d( n) w( k) x( n k) d ( n) k p1 E d( n) d ( n) w( k) E p1 k k r () w( k) r ( k) d dx d ( n) x( n k) Από αρχή ορθογωνιότητας για k =,1,, p 1 1

FIR Φίλτρα Wiener (6/9) Συνοπτικά: w( k ) w( k ) min min E e( n) εξισώσεις Wiener-Hopf p1 wlr () x( k l) rdx ( k) k,1,, p1 l 1 R w r w R r x dx x dx p1 min rd k () w( k) r ( k) dx min r () r w r () r R r H H 1 d dx d dx x dx 13

FIR Φίλτρα Wiener (7/9) Διερεύνηση της συνάρτησης κόστους: e ( n) p1 ( w) E e( n) E e( n) E e( n) d ( n) w ( k) x ( n k) k p1 e( n) ( ) ( ) e( n) ( ) E d n w k E x n k k p1 p1 p1 E d( n) w( k) x( n k) d ( n) w ( k) E d( n) w( l) x( n l) x ( n k) k k l p1 E d( n) d ( n) w( k) E d ( n) x( n k) k p1 1 w ( k) E d( n) x ( n k) w( l) E x( n l) x ( n k) k l p p1 p1 p1 p1 d dx dx x k k k l 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 d dx dx x Δευτεροβάθμια εξίσωση ως προς w(k). 14

FIR Φίλτρα Wiener (8/9) Έστω ότι το φίλτρο Wiener έχει δύο συντελεστές. Επίσης, d(n) και x(n) είναι από κοινού WSS στοχαστικές διαδικασίες με πραγματικές τιμές, όπου r x () = 1, r x (1) =, r d () = 4.4, r dx () = και r dx (1) = 4.5. T T ( w) r () w r w R w d dx x = rdx() rx () rx (1) w() rd () w() w(1) w() w(1) rdx(1) rx (1) rx () w(1) 1 w() 4.4 w() w(1) w() w(1) 4.5 1 w(1) 4.4 4 w() 9 w(1) w () w (1) w opt 1 w () opt Rx rdx 4. 5 w () 1 opt ( w ).15 opt 15

FIR Φίλτρα Wiener (9/9) 1 cost function 8 6 4 1 1 8 5 w1 w 5 1 w1 6 4 - - 4 6 8 1 w 16

Εφαρμογές βέλτιστου φίλτρου Wiener

Φιτράρισμα θορύβου (1/3) dn ( ) un ( ) dn ( ) xn ( ) dn ˆ( ) W( z) en ( ) Θεωρούμε ότι ο θόρυβος u(n) έχει μηδενική μέση τιμή, διασπορά σ u και είναι ασυσχέτιστος με το σήμα d(n). Συνεπώς: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) r ( k) E x( n) x ( n k) E [ d( n) u( n)][ d ( n k) u ( n k)] x E d n d n k E d n u n k E u n d n k E u n u n k r ( k) r ( k) r ( k) r ( k) r ( k) r ( k) d du du u d u r ( k) E d( n) x ( n k) E d( n)[ d ( n k) u ( n k)] dx E d( n) d ( n k) E d( n) u ( n k) r ( k) r ( k) r ( k) d du d 18

Φιτράρισμα θορύβου (/3) Άρα, οι εξισώσεις Wiener-Hopf γράφονται: r () (1) ( 1) () () x rx rx p w rdx r (1) () ( ) (1) dx(1) x r r x rx p w r ( 1) ( ) () ( 1) rdx( p 1) x p rx p r w p x r () ( 1) () ( 1) () () d rd p ru ru p w rd r (1) ( ) (1) ( ) w(1) rd (1) d rd p ru ru p r ( 1) () ( 1) ( ) ( 1) rd ( p 1) d p rd ru p r w p u R R w r d u d 19

amplitude 1.5 1.5 -.5-1 -1.5 Φιτράρισμα θορύβου (3/3) desired signal (d) - 4 6 8 1 samples N=51; f=1^3; Fs=*1^4; t=(:n-1)/fs; d=sin(*pi*f*t); u=.5*randn(1,n); x=d+u; p=1; % number of samples % frequency (khz) % sampling frequency % timing vector % desired signal % additive noise % input signal % size of Wiener FIR input signal (x) 1.5 1 amplitude.5 -.5-1 -1.5-4 6 8 1 samples

Ακύρωση θορύβου (1/3) Θεωρούμε ότι ο θόρυβος u(n) είναι διαδικασία WSS με μηδενική μέση τιμή και είναι ασυσχέτιστος με το σήμα s(n). Signal source sn ( ) y( n) s( n) u1( n) r( n) s( n) dˆ ( n) Noise source un ( ) x( n) u ( n) W( z) ˆ ˆ1 d( n) u ( n) 1 R w Rxw rdx u u1u 1 ( ) ( ) ( ) ( ) 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 r R u w r yu 1

amplitude 4 3 1-1 - -3 Ακύρωση θορύβου (/3) source signal (s) corrupted signal (y) 4 3 amplitude 1-1 - -3-4 4 6 8 1 1 14 16 18 samples s( n) sin(.5 n) un ( ) : N (,1) u1( n).8 u1( n 1) u( n) u ( n).6 u ( n 1) u( n) Τα σήματα θορύβου εδώ θεωρούνται διαδικασίες AR(1) amplitude -4 4 6 8 1 1 14 16 18 samples 4 3 1-1 - reference signal (u) -3-4 4 6 8 1 1 14 16 18 samples

amplitude 4 3 1-1 - -3 Ακύρωση θορύβου (3/3) recovered output source p=6 amplitude 4 3 1-1 - -3 recovered output source p=1-4 4 6 8 1 1 14 16 18 samples N 1 1 rˆ u ( k) u( n) u( n k) N n N 1 1 rˆ yu ( k) ( ) y n u( n k) N n amplitude -4 4 6 8 1 1 14 16 18 samples 4 3 1-1 - recovered output source p=36-3 -4 4 6 8 1 1 14 16 18 samples 3

Αναγνώριση συστήματος (1/) Θεωρούμε ότι το άγνωστο σύστημα H(z) είναι ένα FIR φίλτρο ης τάξης, όπου h() =.9, h(1) =.6 και h =.. Επιπλέον, η είσοδος x(n) είναι τυχαία διαδικασία λευκού θορύβου με μοναδιαία διασπορά. Να υπολογιστεί το φίλτρο Wiener ης τάξης. xn ( ) H( z) W( z) d( n) x( n) h( n) dn ˆ( ) en ( ) Ισχύει: r k k x( k) x( )( ) R rx () rx (1) rx () 1 r (1) r () r (1) 1 rx () rx (1) rx () 1 x x x x 4

Αναγνώριση συστήματος (/) Επίσης: rd x( k) Ed( n) x( n k) E h( l) x( n l) x( n k) l r d r h( l) E x( n l) x( n k) h( l) r ( k l) hk ( ) l l r () r (1) r () T h() h(1) h() h dx dx dx dx () Ed ( n) E h( k) x( n k) h( l) x( n l) k l ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( h k h l Ex n l x n k h k h l rx k l h k) k l k l k x T Άρα: r R r T 1 min r d () dx x dx T min h k hh k ( ) 5

Φιλτράρισμα θορύβου (1/9) 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 v =.31 και σ u =.1. dn ( ) un ( ) vn ( ) dn ( ) gn ( ) xn ( ) W( z) ˆ( ) dn en ( ) z 1 z 1.796.931 6

Φιλτράρισμα θορύβου (/9) Το σήμα αναφοράς d(n) γράφεται: d n =.796d n 1 + v n Πρόκειται για διαδικασία AR(1) με φάσμα: P d e jω = σ v 1 1 +.796e jω Το σήμα εισόδου x(n) γράφεται ως x n = g n + u n, όπου g n =.931g n 1 + d(n) (β) Από (α) και (β) προκύπτει: d n =.796d n 1 + v n g n.931g n 1 =.796[g n 1.931g n + v n g n.135g n 1.741g n = v(n) Πρόκειται για διαδικασία AR() με φάσμα: P d e jω = σ v 1 1.135e jω.741e jω (α) 7

14 1 1 8 Φιλτράρισμα θορύβου (3/9) j P ( e ) d v 1 1.796e j Magnitude (db) 6 4 - -4-6..4.6.8 1 Frequency (units of pi) Magnitude (db) 14 1 1 8 6 4 j P ( e ) g v 1 1.135e.7411e j j - -4-6..4.6.8 1 Frequency (units of pi) 8

Φιλτράρισμα θορύβου (4/9) Οι εξισώσεις Wiener-Hopf γράφονται: rx () rx (1) w() rdx () rx (1) rx () w( 1) rdx (1) Η αυτοσυσχέτιση r x (k) υπολογίζεται ως εξής : r ( k) E x( n) x( n k) E g( n) u( n) g( n k) u( n k) x ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) E g n g n k E g n u n k E u n g n k E u n u n k r ( k) r ( k) r ( k) r ( k) r ( k) r ( k) g gu gu u g u όπου: r u k = σ u δ k r u =.1 και r u 1 = 9

Φιλτράρισμα θορύβου (5/9) Η διαδικασία g(n) είναι AR(): P d e jω = σ v 1 Άρα, οι εξισώσεις Yule-Walker γράφονται: rg () rg (1).135 rg (1) rg (1) rg ().7411 rg () Και: σ v = r g.135r g 1.741r g Άρα:.135 r ().59 r (1) g.741 r ().135 r (1) r () g g g r ().135 r (1).741 r ().31 g g g g 1.135e jω.741e jω rg rg rg ().944 (1).49 ().766 3

Φιλτράρισμα θορύβου (6/9) Η ετεροσυσχέτιση r dx (k) υπολογίζεται ως εξής : r ( k) E d( n) x( n k) E d( n) g( n k) u( n k) dx ( ) ( ) ( ) ( ) E d n g n k E d n u n k E g( n).931 g( n 1) g( n k) ( ) ( ).931 ( 1) ( ) E g n g n k E g n g n k Άρα: r ( k).931 r ( k 1) g r () r ().931 r ( 1).486 dx g g g r (1) r (1).931 r ().387 dx g g 31

Φιλτράρισμα θορύβου (7/9) Τελικά, από τις εξισώσεις Wiener-Hopf: rx () rx (1) w() rdx () rx (1) rx () w( 1) rdx (1) rg() rg(1) ru () ru (1) w() rdx () rg(1) rg() ru (1) ru ( ) w(1) rdx (1).944.49.1 w().486.49.944.1 w(1).387 w().795 w(1).731 Το ελάχιστο σφάλμα είναι: ξ min = r d w r dx w 1 r dx (1) 3

Φιλτράρισμα θορύβου (8/9) Η διαδικασία d(n) είναι AR(1): P d e jω = σ v 1 Άρα, οι εξισώσεις Yule-Walker γράφονται: 1+.796e jω Τελικά:.796 r () r (1) r d v d d min.177 d ().796 r (1) rd ().846 33

Φιλτράρισμα θορύβου (9/9) Η συνάρτηση κόστους είναι: T T ( w) r () w r w R w d dx x =.486 1.64.49 w() rd () w() w(1) w() w(1).387.49 1.64 w(1).846.97 w().773 w(1) 1.64 w () 1.64 w (1).985 w() w(1) cost function 15 1 5 w1 1.5 1.5 6.61515 7.5887 5.97144 5.3773 5.97144 4.6841 4.43 6.61515 5.3773 3.39659 4.6841 5.97144 4.43 3.39659.7587.1916 1.46545 5.3773.1916 4.6841.81733 4.43 3.39659.7587 7.5887 6.61515 5.97144 1.46545 7.958 8.5469 5.3773.1916.81733 9.8337 9.191 4.6841 6.61515 5.97144 4.43 3.39659.7587 1.46545 -.5 1 w1-1 - - -1 w 1-1 -1.5 6.61515 9.191 1.4774 8.5469 9.8337 7.958 5.3773 7.5887 4.6841.7587 4.43 5.97144 3.39659 1.46545.1916.7587.81733.81733-1.46545 - -1.5-1 -.5.5 1 1.5 w 34

Τέλος Ενότητας 4

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Πατρών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 36

Σημειώματα

Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.. 38

Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Πατρών, Κώστας Μπερμπερίδης. «Στοχαστικά Σήματα και Τηλεπικοιωνίες». Έκδοση: 1.. Πάτρα 15. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https://eclass.upatras.gr/courses/ceid1111/ 39

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4. [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4./ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 4

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 41