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高斯白噪聲

 JennyskySharry 2010-07-04

 

 

  高斯白噪聲:如果一個噪聲,它的幅度分布服從高斯分布,而它的功率譜密度又是均勻分布的,則稱它為高斯白噪聲。
  熱噪聲和散粒噪聲是高斯白噪聲。
  所謂高斯白噪聲中的高斯是指概率分布是正態(tài)函數(shù),而白噪聲是指它的二階矩不相關(guān),一階矩為常數(shù),是指先后信號在時間上的相關(guān)性。這是考查一個信號的兩個不同方面的問題。

時變信號,顧名思義,就是信號的幅度隨時間變化的信號,幅度不隨時間變化的信號,即幅度保持為常數(shù)的信號叫時不變信號。高斯白噪聲是指信號中包含從負無窮到正無窮之間的所有頻率分量,且各頻率分量在信號中的權(quán)值相同。白光包含各個頻率成分的光,白噪聲這個名稱是由此由此而來的。它在任意時刻的幅度是隨機的,但在整體上滿足高斯分布函數(shù)。時變信號的知識參考《信號與系統(tǒng)》,高斯白噪聲參考《通信原理》類書籍

Re:【請教】什么是高斯白噪聲,有色噪聲,另外wden 中的scal是何意?

1)帶通噪聲。帶通噪聲與白噪聲相對又叫有色噪聲,即在某個頻帶上信號的能量突然變大。這種噪聲的典型例子為交流電噪聲,它的能量主要集中在50Hz左右。對這種噪聲的濾除可以先對語音信號進行加窗,然后再進行短時傅立葉變換并畫出頻譜圖。在頻譜圖上,我們可以看出該噪聲的能量主要集中在哪個頻帶上,得到此頻帶的上下限。根據(jù)此頻帶的上下限設(shè)計一個濾波器對語音信號進行濾波。一般情況下,該方法可以比較有效的去除帶通噪聲。                  
2)沖擊噪聲。所謂沖擊噪聲就是語音信號中的能量在時域內(nèi)突然變大。這種噪聲也很多,例如建筑工地上打樁機發(fā)出的打樁聲,在語音信號中每隔一段時間就會出現(xiàn)一個能量峰值。對于這種噪聲的消除需要對語音信號進行加窗,再進行短時傅立葉變換畫出頻譜圖。在頻譜圖上對相應(yīng)時間段上的語音信號的能量進行修改,即降低噪聲的能量。該降噪方法一般能取得較滿意的效果。
3)白色噪聲。所謂白色噪聲就是在頻域上不存在信號能量的突然變大的頻帶,在時域上也找不到信號能量突然變大的時間段,即它在頻域和時域上的分布是一致的  。對于標準白噪聲它的均值為零,方差為一常數(shù)。對于被這種噪聲污染的語音信號,既不能在某個頻帶上修改語音信號又不能在時域上某個時刻修改語音信號。使用上兩種降噪方法都很難達到令人滿意的效果。主要原因是:白噪聲的頻帶很寬幾乎占據(jù)了整個頻域,它與語音信號重疊無法區(qū)分有用信號和噪聲;語音信號中的清音與白噪聲的性質(zhì)差不多很難區(qū)分等。

wden
中的scal的意思是:定義所乘的閾值是否要重新調(diào)整:
.SCAL='ONE'
,不用重新調(diào)整;
.SCAL='SLN'
,根據(jù)第一層的系數(shù)進行一次噪聲層的估計來調(diào)整閾值
.SCAL='MLN'
,在不同層估計噪聲層,以此來調(diào)整閾值

白噪聲\高斯噪聲\高斯白噪聲的區(qū)別?

2009-05-14 21:49

這幾個概念的區(qū)別和聯(lián)系:(轉(zhuǎn)自:研學論壇,本版主整理


  
白噪聲,就是說功率譜為一常數(shù);也就是說,其協(xié)方差函數(shù)在delay=0時不為0,在delay不等于0時值為零; 換句話說,樣本點互不相關(guān)。(條件:零均值。)
  
所以,不白是和分布沒有關(guān)系的。
  
當隨機的從高斯分布中獲取采樣值時,采樣點所組成的隨機過程就是高斯白噪聲
  
同理,當隨機的從均勻分布中獲取采樣值時,采樣點所組成的隨機過程就是均勻白噪聲。
那么,是否有非白的高斯噪聲呢?答案是肯定的,這就是高斯色噪聲。這種噪聲其分布是高斯的,但是它的頻譜不是一個常數(shù),或者說,對高斯信號采樣的時候不是隨機采樣的,而是按照某種規(guī)律來采樣的。
      
仿真時經(jīng)常采用高斯白噪聲是因為實際系統(tǒng)(包括雷達和通信系統(tǒng)等大多數(shù)電子系統(tǒng))中的主要噪聲來源是熱噪聲,而熱噪聲是典型的高斯白噪聲,高斯噪聲下的理想系統(tǒng)都是線性系統(tǒng)。

相關(guān)討論:
   1
、白噪聲是指功率譜在整個頻域內(nèi)為常數(shù)的噪聲,其付氏反變換是單位沖擊函數(shù)的n倍(n取決于功率譜的大?。f明噪聲自相關(guān)函數(shù)在t=0時不為零,其他 時刻都為0,自相關(guān)性最強。高斯噪聲是一種隨機噪聲,其幅度的統(tǒng)計規(guī)律服從高斯分布。高斯白噪聲是幅度統(tǒng)計規(guī)律服從高斯分布而功率譜為常數(shù)的噪聲如果在系 統(tǒng)通帶內(nèi)功率譜為常數(shù),成為帶限白噪聲高斯沒有直接關(guān)系,有時人們還會提出高斯型噪聲,這指的是噪聲功率譜呈高斯分布函數(shù)的形狀而已。
   2
、有一個問題我想提出來:
  
連續(xù)白噪聲和離散白噪聲序列的關(guān)系是什么?它們之間不應(yīng)該是簡單的采樣關(guān)系。因為連續(xù)白噪聲的功率譜在整個頻率軸上為常數(shù),按照隨機信號采樣定理,對這樣 的信號采樣,采樣后的序列的功率譜必然發(fā)生混疊,而且混疊過后的功率譜是什么?應(yīng)該是在整個頻率軸上都為無窮大。這顯然不滿足離散白噪聲序列的定義。
  
那離散白噪聲序列跟連續(xù)白噪聲有何關(guān)系?我覺得是對帶限的連續(xù)白噪聲進行采樣后得到的,這個帶限的連續(xù)白噪聲信號的帶寬剛好滿足Nyquist抽樣定理。這樣采樣過后的信號的功率譜就能滿足定義了。
  
答:連續(xù)白噪聲是離散白噪聲在采樣間隔趨近于零的極限。對帶限的連續(xù)白噪聲按照Nyquist采樣定理進行采樣就得到信息不損失的白噪聲序列,當連續(xù)白 噪聲的帶寬趨近于無窮大時,采樣率也趨近于無窮大(采樣間隔趨近于零),此時不會發(fā)生頻譜混疊。用極限的概念理解二者的關(guān)系就很清楚了。需要說明的是,任 何實際系統(tǒng)都是工作于一定頻帶范圍內(nèi)的,帶寬為無窮大的信號僅僅存在于理論分析中,在實際系統(tǒng)中找不到。
   3
、對隨機信號而言也有采樣定理,這個采樣定理是針對功率譜而言的。具體的證明可以參看陸大金老師的隨機過程教材 。(清華的博士入學考試指定的參考教材)
   4
、對于不限帶的白噪聲,已經(jīng)分析的比較清楚了。
  
而對于限帶白噪聲,我認為既然考慮采樣定理,那么連續(xù)的限帶白噪聲可以利用采樣函數(shù)作為正交基的系數(shù)來表示,這些系數(shù)就是對應(yīng)的噪聲采樣值,這個過程就是連續(xù)噪聲的離散化過程,以上分析也是分析連續(xù)信道容量使用的方法。
  
那么在數(shù)字通信中我們討論的噪聲實際就是這些離散的以采樣函數(shù)為正交基的系數(shù)(即噪聲采樣值),這時分析這些噪聲采樣值可知相關(guān)函數(shù)就是 N0×delta(n),這里delta(n)是離散的沖激函數(shù)。也即功率為N0×delta(0)N0為有限值。以上分析具體可以參考John Proakis<Digital Communications>一書。
有一個概念錯誤需要指出:高斯白噪聲的幅度服從高斯分布的說法是錯誤的,高斯噪聲的幅度服從瑞利分布。
另外,還必須區(qū)分高斯噪聲和白噪聲兩個不同的概念。高斯噪聲是指噪聲的概率密度函數(shù)服從高斯分布,白噪聲是指噪聲的任意兩個采樣樣本之間不相關(guān),兩者描述 的角度不同。白噪聲不必服從高斯分布,高斯分布的噪聲不一定是白噪聲。當然,實際系統(tǒng)中的熱噪聲是我們一般所說的白噪聲的主要來源,它是服從高斯分布的, 但一般具有有限的帶寬,即常說的窄帶白噪聲,嚴格意義上它不是白噪聲。



信號中高斯白噪聲在頻域中是否仍為高斯白噪聲?謝謝。   嚴格來說,你這種提問的方法是有問題的,因為白噪聲從定義上說就是指隨機序列在時間上不相關(guān)。問題應(yīng)該這樣問:高斯白噪聲序列變換到頻域后是否仍然不想 關(guān)?由于傅立葉變換是一種線性變換,高斯白噪聲序列變換到頻域后肯定服從高斯分布,而且仍然不相關(guān)。因為對一個滿秩矩陣進行正交變換(傅立葉變換是一種正 交變換)得到的矩陣仍然是滿秩矩陣。
   
當然,以上說法只在時間無窮的意義上是正確的。對任何有限點的實際序列,在相關(guān)的意義上看,即使用循環(huán)相關(guān),得到的也是周期性相關(guān)函數(shù),所以嚴格意 義上不能稱為白噪聲;在分布特性上看,根據(jù)大數(shù)定理,只有時間趨于無窮時,一個序列的概率密度函數(shù)才能真正服從某一分布。從一個服從高斯分布的無限長序列 中截取一段(時間加窗),理論上會導(dǎo)致其失去嚴格的高斯分布特性。但是,從實際應(yīng)用的角度,我們一般并不從理論上這樣較真,總是在背景噪聲是高斯白噪聲這 樣的前提下推導(dǎo)公式,預(yù)測系統(tǒng)在任意時刻(無窮時間上的一個時刻)的性能,信號處理時的有限點高斯白噪聲樣本雖然從嚴格理論意義上看已不是高斯白噪聲,但 還是把它當作高斯白噪聲來處理。這樣做的結(jié)果是,系統(tǒng)的整體性能在某一時刻可能與理論公式推導(dǎo)的性能有出入,但在無限時間的意義上看,系統(tǒng)性能會趨于理論 分析結(jié)果。也是基于這一思想,我們經(jīng)常用Monte-Carlo仿真預(yù)測系統(tǒng)的性能。

一維(實數(shù))高斯白噪聲的幅度是服從高斯分布的。只有二維的(復(fù)數(shù))高斯白噪聲的幅值是服從瑞利分布的。更高維的高斯白噪聲的幅值則是服從X^2分布的。       錯誤!什么叫信號的幅度?幅度就是實信號的絕對值和復(fù)信號的模。因此,即使是一維的高斯白噪聲,其幅度也不會服從高斯分布,而應(yīng)該服從瑞利分布。二 維不相關(guān)的復(fù)高斯白噪聲包絡(luò)服從指數(shù)分布(X^2分布的自由度為2的特例)。n個不相關(guān)的復(fù)高斯白噪聲序列疊加后的復(fù)信號包絡(luò)服從自由度為2nX^2 布。這些在教科書上寫得很清楚。

一個總結(jié):

1.
高斯分布隨機變量的絕對值的分布既不是高斯分布,也不是瑞利分布(見附件);高斯分布隨機變量的平方服從自由度為1(X2)分布;實部和虛部均服從高斯 分布且統(tǒng)計獨立的復(fù)隨機變量的模服從瑞利分布;實部和虛部均服從高斯分布且統(tǒng)計獨立的復(fù)隨機變量的模的平方服從指數(shù)分布(或自由度為2(X2) 布);N個實部和虛部均服從高斯分布且統(tǒng)計獨立的復(fù)隨機變量的模的平方和服從自由度為2N(X2)分布。具體推導(dǎo)見附件。

2.
從概念上,高斯分布隨機變量不存在的說法,只能說絕對值(屬于隨機變量的函數(shù))。在雷達領(lǐng)域,經(jīng)常說高斯噪聲中信號的模服從瑞利分布,這句話隱含著雷達信號包含IQ兩個正交通道。

3.
高斯噪聲和白噪聲是兩個不同的概念,這一點大家沒有異議(見我929的帖子),我就不重復(fù)了。

4.
由于傅立葉變換是一種線性運算,高斯分布隨機變量樣本的傅立葉變換是存在的,而且仍然是高斯分布。但某一個隨便變量樣本的傅立葉變換不能代表隨機序列的性質(zhì),描述隨機信號的頻率特性要用功率譜密度,也就是隨機信號的相關(guān)函數(shù)的傅立葉變換。

AWGN:加性高斯白噪聲 Additive White Gaussian Noise)是指:

加性高斯白噪聲(AWGN)從統(tǒng)計上而言是隨機無線噪聲,其特點是其通信信道上的信號分布在很寬的頻帶范圍內(nèi)。

本文來自:工程師之家-中國電氣工程師網(wǎng)&http://www. 詳細出處參考:http://www./shuyu/view_779.html

均勻分布的白噪聲,正態(tài)分布的白噪聲? 最普通的白噪聲信號如何用MATLAB產(chǎn)生,不是高斯白噪聲(或者是我概念混淆了)

 

高斯白噪聲:如果一個噪聲,它的幅度分布服從高斯分布,而它的功率譜密度又是均勻分布的,則稱它為高斯白噪聲。 熱噪聲和散粒噪聲是高斯白噪聲。 所謂高斯白噪聲中的高斯是指概率分布是正態(tài)函數(shù),而白噪聲是指它的二階矩不相關(guān),一階矩為常數(shù),是指先后信號在時間上的相關(guān)性。這是考查一個信號的兩個不同方面的問題。 高斯隨機過程是指它的任意 n維(n=1,2)概率密度函數(shù),可以表示為: f (x , x ;t t ) = (3-3) 式中, = ; ; 為相關(guān)系數(shù)矩陣的行列式, = 是行列式中元素 所對應(yīng)的代數(shù)余因子。 式子(3-1)就是高斯白噪聲所對應(yīng)的數(shù)學函數(shù)模型

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