隨機信號分析-第5版 課件 第1、2章 概率論基礎、隨機信號

隨機信號分析第1章概率論基礎1/108第1章概率論基礎本章將復習與總結概率論的基本知識也擴充一些新知識點，比如：1)利用沖激函數(shù)表示離散與混合型隨機變量的概率密度函數(shù)，2)隨機變量的條件數(shù)學期望3)特征函數(shù)4)瑞利與萊斯分布5)隨機變量的基本實驗方法電子科技大學通信學院2/108第1章概率論基礎1.1概率公理與隨機變量1.2多維隨機變量與條件隨機變量1.3隨機變量的函數(shù)1.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望1.5特征函數(shù)1.6典型分布1.7隨機變量的仿真與實驗電子科技大學通信學院3/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院4/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院5/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院6/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院7/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院8/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院9/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院10/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院11/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院12/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院13/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院14/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院15/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院16/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院17/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院18/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院19/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院20/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院21/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院22/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院23/1081.1概率公理與隨機變量電子科技大學通信學院24/1081.1概率公理與隨機變量隨機變量不同于普通變量表現(xiàn)在兩點上：(1)變量可以有多個取值，并且永遠不能預知它到底會取哪個值；(2)變量取值是有規(guī)律的，這種規(guī)律用概率特性來明確表述；電子科技大學通信學院25/1081.1概率公理與隨機變量因此，凡是討論隨機變量就必然要聯(lián)系到它的取值范圍與概率特性。在描述隨機變量的概率特性時：分布函數(shù)指明直到x處的累積概率；密度函數(shù)適用于連續(xù)取值部分。離散變量，常采用分布律；電子科技大學通信學院26/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院27/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院28/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院29/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院30/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院31/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院32/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院33/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院34/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院35/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院36/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院37/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院38/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院39/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院40/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院41/1081.2多維隨機變量與條件隨機變量電子科技大學通信學院42/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院43/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院44/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院45/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院46/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院47/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院48/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院49/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院50/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院51/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院52/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院53/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院54/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院55/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院56/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院57/1081.3隨機變量的函數(shù)電子科技大學通信學院58/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院59/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院60/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院61/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院62/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院63/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院64/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院65/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院66/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院67/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院68/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院69/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院70/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院71/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院72/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院73/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院74/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院75/1081.4數(shù)字特征與條件數(shù)學期望電子科技大學通信學院76/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院77/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院78/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院79/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院80/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院81/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院82/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院83/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院84/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院85/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院86/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院87/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院88/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院89/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院90/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院91/1081.5特征函數(shù)電子科技大學通信學院92/1081.6典型分布1.（0－1）分布、兩點分布（0－1）或兩點分布是最簡單與離散的，代表了許多實際的物理現(xiàn)象，比如：擲幣試驗、擊中與否、有無檢驗、二元數(shù)據(jù)等等。電子科技大學通信學院93/1081.6典型分布2.二項分布（Binomial）：二項分布的結果共n+1種：整數(shù)0～n。它代表的實例如：連續(xù)n次擲幣試驗后正面的總數(shù)目，n次獨立二元檢驗中總的吻合次數(shù)，n長獨立二進制數(shù)據(jù)串中1的總數(shù)，等等。電子科技大學通信學院94/1081.6典型分布3.泊松分布（Poisson）：泊松分布的結果為非負整數(shù)。大量的實際物理現(xiàn)象近似地符合這種分布，比如：顧客服務問題中，顧客的數(shù)目；誤碼發(fā)生問題中，誤碼的數(shù)目；網絡服務器應用中，服務請求的次數(shù)，故障部件更換中，更換的次數(shù)。電子科技大學通信學院95/1081.6典型分布4.（離散）均勻分布（Uniform）：離散均勻分布是N元等概的。常常用到的古典概型就是離散均勻分布。電子科技大學通信學院96/1081.6典型分布5.

均勻分布（Uniform）：

實際應用中，均勻的或沒有明確偏向性的物理特性導致均勻分布特性，比如：量化與截尾噪聲一般認為具有均勻分布。此外，工程中的正弦信號通常具有均勻的相位特性電子科技大學通信學院97/1081.6典型分布6.指數(shù)分布（Exponential）：指數(shù)分布的取值為非負實數(shù)。實際應用中它經常用于描述一些隨機性的等待時間與間隔。比如，在公交車站等車的時間；顧客排隊等候服務的時間；電話交換機或網絡服務器等待呼叫的時間；設備工作到出現(xiàn)故障的時間等等。電子科技大學通信學院98/1081.6典型分布7.正態(tài)分布（Normal/Gaussian）：

許多隨機變量由大量相互獨立的隨機因素綜合影響所形成，而每一單個因素在總的影響中的作用是微小的，這類隨機變量近似地服從正態(tài)分布。中心極限定理給出了這種現(xiàn)象的數(shù)學解釋。

電子科技大學通信學院99/1081.6典型分布我們常常用到與正態(tài)分布函數(shù)有關的幾種函數(shù)：電子科技大學通信學院100/1081.6典型分布容易證明:

電子科技大學通信學院101/1081.6典型分布8.瑞利與萊斯分布（RayleighandRician）：瑞利與萊斯分布是正態(tài)分布隨機變量的變換結果。它們取值為非負實數(shù)，在通信與電子工程的應用中經常出現(xiàn)，比如，窄帶高斯信號的包絡服從瑞利或萊斯分布。電子科技大學通信學院102/1081.6典型分布9.分布（Chi-square）：

電子科技大學通信學院103/1081.7

隨機變量的仿真與實驗Matlab是一種最常用的PC機模擬與仿真軟件，它能方便地產生各種隨機數(shù)，并進行基本測量。主要功能：產生指定分布隨機數(shù)；統(tǒng)計均值、方差與直方圖（概率密度）；繪制某種概率分布與密度函數(shù)曲線；電子科技大學通信學院104/1081.7

隨機變量的仿真與實驗電子科技大學通信學院105/1081.7

隨機變量的仿真與實驗電子科技大學通信學院106/1081.7

隨機變量的仿真與實驗解：

Xi_array=exprnd(0.5,1,10000);mean(Xi_array) ;%ans=2.0019var(Xi_array) ;%ans=4.0939hist(Xi_array)電子科技大學通信學院107/1081.7

隨機變量的仿真與實驗電子科技大學通信學院108/108利用Matlab還可以進行符號的與數(shù)值的積分運算，使我們很容易進行統(tǒng)計分析。1.7

隨機變量的仿真與實驗電子科技大學通信學院109/1081.7

隨機變量的仿真與實驗電子科技大學通信學院110/1081.7

隨機變量的仿真與實驗電子科技大學通信學院111/108隨機信號分析第2章隨機信號112第2章隨機信號電子科技大學通信學院113/90第2章隨機信號2.1定義與基本特性2.2典型信號舉例2.3一般特性與基本運算2.4多維高斯分布與高斯信號2.5獨立信號電子科技大學通信學院114/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院115/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院116/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院117/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院118/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院119/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院120/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院121/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院122/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院123/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院124/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院125/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院126/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院127/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院128/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院129/902.1定義與基本特性電子科技大學通信學院130/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院131/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院132/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院133/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院134/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院135/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院136/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院137/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院138/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院139/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院140/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院141/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院142/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院143/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院144/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院145/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院146/902.2典型信號舉例

許多物理現(xiàn)象發(fā)生的時刻與個數(shù)以泊松過程作為數(shù)學模型。比如：顧客服務：顧客到達某服務窗口前的總人數(shù)；故障發(fā)生：路燈在某時期更換的總個數(shù)；電子發(fā)射：電子槍發(fā)射電子的總數(shù)；誤碼發(fā)生：傳輸數(shù)據(jù)流誤碼發(fā)生總數(shù)目；電話呼叫：電話交換機收到呼叫請求的個數(shù)；網絡服務：服務器收到服務請求的個數(shù)；電子科技大學通信學院147/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院148/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院149/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院150/902.2典型信號舉例電子科技大學通信學院151/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院152/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院153/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院154/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院155/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院156/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院157/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院158/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院159/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院160/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院161/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院162/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院163/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院164/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院165/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院166/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院167/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院168/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院169/902.3一般特性與基本運算電子科技大學通信學院170/902.4多維高斯分布與高斯信號電子科技大學通信學院171/902.4多維高斯分布與高斯信號電子科技大學通信學院172/902.4多維高斯分布與高斯信號電子科技大學通信學院173/902.4多維高斯分布與高斯信號電子科技大學通信學院174/902.4多維高斯分布與高斯信號電子科技大學通信學院175/902.4多維高斯分布與高斯信號電子科技大學通信學院176/902