為什麼高斯白噪聲的平均功率等於方差?

2021-02-28 科學計算Tech

  功率和方差這兩個概念,一個是表示信號的強度,一個是表示隨機信號的一個統計量,為什麼高斯白噪聲的平均功率會等於它的方差呢?

什麼是高斯白噪聲?

  維基百科上給出的解釋是:在通信領域中指的是一種功率譜函數是常數(即白噪聲),且幅度服從高斯分布的噪聲信號。因其可加性、幅度服從高斯分布且為白噪聲的一種而得名。

自相關函數

  高斯白噪聲是一種平穩的隨機過程,假設該過程為,那麼其自相關函數的定義如下:

隨機過程的自相關函數非常重要,它有兩條非常重要的性質:

R(0) = E[],表示平均功率

R(∞) = ,表示直流功率

  為什麼R(0)表示平均功率?為什麼R(∞) 表示直流功率呢?

  其實R(0)表示平均功率相對好理解一些,輸入的信號是,信號的平方就是功率,對功率取個E(),就是取平均,那就是平均功率了。

  當為無窮大時,和相當於獨立同分布的兩個隨機變量了,因此:

image-20210117235027778

這個就是信號先求平均(即直流分量),再平方,結果自然就是直流的功率了。

自協方差函數

  自相關函數也叫二階原點矩,而自協方差函數是二階中心矩,它的定義為:

image-20210117234339817

其中m(t)表示t時刻的平均值。

當時,,即平均功率減去均值平方,表示方差。

所以,對於高斯白噪聲來說,它的均值為0,即m(t)為0,因此平均功率等於方差。

ps. 感覺師兄胡衝博士的友情幫助。

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