Bu soru düzenlemelerde birden fazla alt soruyu, cevapları yorumlamayı vb. İçerdiğinden ve bunlar ele alınmadığından, işte böyle.
Eşleşen filtreler
Darbe cevabı , transfer fonksiyonu transfer (doğrusal zamanla değişmeyen BIBO-kararlı) filtreye giriş olan bir sonlu enerji sinyali göz önünde bulundurun ve çıkış sinyali
Hangi tercihi belirli bir zamanda maksimum cevap üretecektir?
? Kendisine, bir filtre için ideal bir global maksimum şekilde meydana . Bu gerçekten çok gevşek bir şekilde ifade edilen (ve gerçekten cevaplanamayan) bir sorudur çünkü açıkça dürtü yanıtlı filtre, dürtü yanıtlı filtreden daha büyük bir tepkiye sahip olacaktır.h ( t ) H ( f ) y ( τ ) = ∫ ∞ - ∞ s ( τ - t ) h ( t )s(t)h(t)H(f)h(t)t0y(τ)t02h(t)h(t)y(t0) ∫ ∞ - ∞
y(τ)=∫∞−∞s(τ−t)h(t)dt.(1)
h(t)t0y(τ)t02h(t)h(t) ve dolayısıyla cevabı en üst seviyeye çıkaran filtre diye bir şey yoktur. Bu nedenle, elmaları ve portakalları karşılaştırmak yerine,
sabit bir enerjiye sahip , örneğin
tabi tutulan dürtü yanıtına bağlı olarak değerini maksimize eden filtreyi aradığımız kısıtlamayı da
y(t0)∫∞−∞|h(t)|2dt=E=∫∞−∞|s(t)|2dt.(2)
Burada, "filtre" dürtü yanıtı karşılayan doğrusal bir zamanla değişmeyen filtre anlamına gelir (2).
Cauchy-Schwarz eşitsizliği bu soruya cevap veriyor. Bizde
, eğer eşit ise ile
burada (2) o olsun gelen olan, darbe yanıt filtre üretir maksimum tepkiler de belirli bir zaman . Yukarıda tarif edilen (stokastik olmayan) anlamında, bu filtrenin olduğu söylenir. h(t)=λs(t0-t)λ>0λ=1h(t)=s(t0-t)y(t0)=Et0
y(t0)=∫∞−∞s(t0−t)h(t)dt≤∫∞−∞|s(t0−t)|2dt−−−−−−−−−−−−−−√∫∞−∞|h(t)|2dt−−−−−−−−−−−√=E
h(t)=λs(t0−t)λ>0λ=1h(t)=s(t0−t)y(t0)=Et0
uygun filtre süresi de veya için eşleştirilmiş filtre süresi det 0 s ( t ) t 0s(t)t0s(t)t0.
Bu sonuç hakkında dikkat edilmesi gereken birkaç nokta var.
Eşleştirilmiş filtrenin çıktısı bir sahiptir
benzersiz global maksimum değeri de ; başka bir
, sahibiz .t 0 t y ( t ) < y ( t 0 ) = EEt0ty(t)<y(t0)=E
Eşleşen filtrenin süresi için impuls cevabı sadece '' zaman içinde ters çevrilir '' ve sağa .t 0 s ( t ) t 0s(t0−t)=s(−(t−t0))t0s(t)t0
a. Eğer , sonlu destek, söz vardır ve ardından eşleştirilmiş filtre olup
nedensel ise .[ 0 , T ] t 0 < Ts(t)[0,T]t0<T
b. Uygun filtre zamanında isimli süre sonunda eşleşen sadece filtre ek gecikme ile . Bu nedenle, bazı insanlar dürtü yanıtı ile filtreyi çağrı , (olup, uygun filtre de ) için eşleştirilmiş filtre anlayışı ile bu kesin süre Maçlar gerektiğinde tartışmaya dahil edilebilir. Eğer için , daha sonra
eşleştirilmiş filtre nedensel değildir. Bununla, 1. ifadesini yeniden düzenleyebiliriz.t 1 > t 0 t 0 t 1 - t 0 s ( - t ) s ( t ) t = 0 s ( t ) s ( t ) = 0 t < 0s(t)t1>t0t0t1−t0s(−t)s(t)t=0s(t)s(t)=0t<0
İçin eşleştirilmiş filtre benzersiz bir global maksimum değeri üretir zaman . Ayrıca,
, sinyalinin otomatik korelasyon işlevidir . Elbette,
'nin başlangıç noktasında benzersiz bir tepe noktası olan düzgün bir fonksiyonu olduğu iyi bilinmektedir . Süresi en eşleştirilmiş filtrenin çıktısı bu Not sadece bir , zaman tepe noktası gecikmeli otokorelasyon fonksiyonu .y ( 0 ) = E t = 0 y ( t ) = ∫ ∞ - ∞ s ( ts(t)y(0)=Et=0s ( t ) R, s ( t ) t t 0 R ' s ( t - t 0 )
y(t)=∫∞−∞s(t−τ)s(−τ)dτ=∫∞−∞s(τ−t)s(τ)dτ=Rs(t)
s(t)Rs(t)tt0Rs(t−t0)t0
zamanı için eşleşen filtreden başka hiçbir filtre , kadar büyük bir çıktı üretemez . Bununla birlikte, herhangi , aşan çıkış filtreleri bulmak mümkündür de . olduğuna .E t 0 t 0 R s ( t 0 ) t 0 R s ( t 0 ) <t0Et0t0Rs(t0)t0Rs(t0)<E
Transfer fonksiyonu arasında eşleştirilmiş filtrenin bir , spektrumunun kompleks eşleniği . Böylece, . Bu sonucu aşağıdaki gibi düşünün. Yana için ve için
, eşleştirilmiş filtre, bu frekanslarda düşük kazancı
bu frekanslarda küçüktür ve yüksek kazanç burada büyük. Böylece, eşleşen filtre zayıf spektral bileşenleri azaltmakta ve de güçlü spektral bileşenleri arttırmaktadır.S ( f ) Y ( f ) = F [ y ( t ) ] = | S ( f ) | 2 x 2 > x x > 1 x 2 < x 0 < x < 1 S ( f ) S ) t = 0H(f)=S∗(f)S(f)Y(f)=F[y(t)]=|S(f)|2x2>xx>1x2<x0<x<1S(f)S ( fS(f)S(f). (Ayrıca tüm "sinüzoidleri" ayarlamak için faz dengelemesi yapıyor, böylece hepsi zirveye çıkıyor ).t=0
-------
Peki gürültü ve SNR ve OP'nin sorduğu şey gibi şeyler?
Sinyal artı iki taraflı güç spektral yoğunluğu olan ilave beyaz Gauss gürültüsü dürtü yanıtı olan bir filtreden , çıkış
gürültüsü işlemi sıfır ortalama olur Otokorelasyon fonksiyonlu sabit Gauss işlemi . Dolayısıyla, varyans
Varyansın, filtre çıktısını ne zaman aldığımızdan bağımsız olarak aynı olduğunu not etmek önemlidir. Peki, seçimi
SNR maksimize edecek sürenin sonundaN 0s(t) sa(t)N02h(t)σ2N02Rs(t)h ( t ) y ( t 0 ) / σ t 0 SNR = y
σ2=N02Rs(0)=N02∫∞−∞|h(t)|2dt.
h(t)y(t0)/σt0? Pekala, Cauchy-Schwarz eşitsizliğinden,
tam olarak olduğunda eşitlikle , filtre zamanında ile eşleşen filtre !! Not bu . Bu eşleşen filtreyi istenen örnekleme ,
diğer
zamanlarda , SNR
saat(t)=s(t0-t)s(t)t0σ2=D, N0/2T1y(t1)/σ<y(t0)/σ=SNR=y(t0)σ=∫∞−∞s(t0−t)h(t)dtN02∫∞−∞|h(t)|2dt−−−−−−−−−−−−−√≤∫∞−∞|s(t0−t)|2dt−−−−−−−−−−−−−−√∫∞−∞|h(t)|2dt−−−−−−−−−−−√N02∫∞−∞|h(t)|2dt−−−−−−−−−−−−−√=2EN0−−−√
h(t)=s(t0−t)s(t)t0σ2=EN0/2t1 t1σy(t1)t1y(t1)/σ<y(t0)/σ=2EN0−−−√ . Could
başka filtre süresi en büyük SNR vermek ? Çünkü Elbette,
, söz konusu tüm filtreler için aynıdır, ve yukarıda belirtildiği
olan daha sinyal çıkışı daha büyük olması mümkündür süre içinde
olmayan farklı bir eşleştirilmiş filtrenin kullanılması ile sağlanabilir.
t1σy(t1)t1
Kısacası,
"eşleşen filtre SNR'yi yalnızca örnekleme anında veya her yerde en üst düzeye çıkarır mı?" sadece örnekleme anında maksimize edildiğine cevabı var . Diğer zamanlarda, diğer filtreler zamanında eşleşen filtrenin sağladığından daha büyük bir SNR verebilir , ancak bu yine de eşleşen filtrenin verdiği SNR
den daha küçük sizi , ve eğer istenirse, eşleşen filtre yerine zamanında zirvesini üretmek için yeniden tasarlanabilir
.t 1t0t1 t0t1t02EN0−−−√t0t1t0
“neden karar anında çok uzun bir sıska sivri uç yapan bir filtre yapmıyoruz. Bu SNR'yi daha iyi yapmaz mıydı?”
Eşleştirilmiş filtre yapar örnekleme zamanında tür bir artış üretmek ama otokorelasyon fonksiyonunun şekli ile sınırlıdır. Herhangi
başka bir uzun boylu sıska (time domain) başak üretmeye hazırlamak anlamına filtre eşleşen bir filtre değildir ve bu yüzden size mümkün olan en büyük SNR vermeyecektir. Not bu filtre dürtü yanıtının genliğini arttırırken (veya artırır örnekleme zamanında kazanç, zamanla değişen bir filtre kullanılarak) sinyal ve orantılı gürültü standart sapma artışı, her iki yana SNR değiştirmez.
“I&D temelde örnekleme zamanına gelene kadar hız kazanacak ve fikir, I&D'nin zirvesindeki örneklerden birinin, bu noktada SNR'nin maksimum olduğu”.
NRZ verileri ve dikdörtgen darbeler için, eşleşen filtre darbesi tepkisi aynı zamanda dikdörtgen bir darbedir. Entegre-ve-dökümü devresi,
çıktısını yalnızca örnekleme örneklerinde eşleştirilen filtre çıktısına eşit olan ve ikisi arasında olmayan bir korelatördür . Aşağıdaki şekle bakınız.
Korelatör çıktısını başka zamanlarda örneklerseniz, daha küçük değişkenlikli gürültü elde edersiniz, ancak gürültü değişkenleri yüksek derecede korelasyon gösterdiğinden ve net değişkenlik çok fazla olduğu için farklı zamanlarda alınan I&D çıktı örneklerini ekleyemezsiniz. daha büyük. Ayrıca eşleşen filtre çıktısından birden fazla örnek alabilmeyi ve daha iyi bir SNR elde etmek için bunları herhangi bir şekilde birleştirmeyi beklememelisiniz. Çalışmıyor. Etkili olduğunuz şey farklı bir filtredir ve Gauss gürültüsündeki (doğrusal) eşleşen filtreden daha iyisini yapamazsınız; doğrusal olmayan işlem hiç bir eşleştiriciden daha küçük bir hata olasılığı vermez.