⾼斯⽩噪声(whiteGaussiannoi,WGN)
六禁本⽂科普⼀下⾼斯⽩噪声(white Gaussian noi,WGN)。大闸蟹怎么做最好吃>施工索赔
百度百科上解释为“⾼斯⽩噪声,幅度分布服从⾼斯分布,功率谱密度服从均匀分布”,听起来有些晦涩难懂,下⾯结合例⼦通俗⽽详细地介绍⼀下。
⽩噪声,如同⽩光⼀样,是所有颜⾊的光叠加⽽成,不同颜⾊的光本质区别是的它们的频率各不相同(如红⾊光波长长⽽频率低,相应的,紫⾊光波长短⽽频率⾼)。⽩噪声在功率谱上(若以频率为横轴,信号幅度的平⽅为功率)趋近为常值,即噪声频率丰富,在整个频谱上都有成分,即从低频到⾼频,低频指的是信号不变或缓慢变化,⾼频指的是信号突变。
由傅⾥叶变换性质可知,时域有限,频域⽆限;频域有限,时域⽆限。那么频域⽆限的信号变换到时域上,对应于冲击函数的整数倍(由公式也可推得:)。即说明在时间轴的某点上,噪声孤⽴,与其它点的噪声⽆关,也就是说,该点噪声幅值可以任意,不受前后点噪声幅值影响。简⽽⾔之,任意时刻出现的噪声幅值都是随机的(这句话实际上说的就是功率谱密度服从均与分布的意思,不同的是,前者从时域⾓度描述,⽽后者是从频域⾓度描述)。这⾥要指出功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)的概念,它从频域⾓度出发,定义了信号的功率是如何随频率分布的,即以频率为横轴,功率为纵轴。
既然⽩噪声信号是“随机”的,那么反过来,什么叫做“相关”呢?顾名思义,相关就是某⼀时刻的噪声点不孤⽴,和其它时刻的噪声幅值有关。其实相关的情况有很多种,⽐如此时刻的噪声幅值⽐上⼀时刻的⼤,⽽下⼀时刻的噪声幅值⽐此时刻的还⼤,即信号的幅值在时间轴上按从⼩到⼤的顺序排列。除此之外,幅值从⼤到⼩,或幅值⼀⼤⼀⼩等都叫做“相关”,⽽⾮“随机”的。五香带鱼
解释完了“⽩噪声”,再来谈谈“⾼斯分布”。⾼斯分布,⼜名正态分布(normal distribution)。概率密度函数曲线的形状⼜两个参数决定:平均值和⽅差。简单来说,平均值决定曲线对称中线,⽅差决定曲线的胖瘦,即贴近中线的程度。概率密度定义了信号出现的频率是如何随着其幅值变化的,即以信号幅值为横轴,以出现的频率为纵轴。因此,从概率密度⾓度来说,⾼斯⽩噪声的幅度分布服从⾼斯分布
描述了“⽩噪声”和“⾼斯噪声”两个含义,那么,回到⽂章开头的解释:⾼斯⽩噪声,幅度分布服从⾼斯分布,功率谱密度服从均匀分布。它的意义就很明确了,上半句是从空域(幅值)⾓度描述“⾼斯噪声”,⽽下半句是从频域⾓度描述“⽩噪声”。
下⾯以matlab程序演⽰,感性认识⼀下⾼斯⽩噪声。
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程序1(⾼斯⽩噪声):海参的营养成分
由上图可以看出,⾼斯⽩噪声的功率谱密度服从均匀分布。
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若对噪声进⾏由⼩到⼤排序,则使其从随机噪声变为相关噪声,则功率谱密度就不再是均匀分布了。
程序2(⾮⾼斯⽩噪声):
下⾯让我们从⾼斯⽩噪声的统计信息和幅值分布看⼀下它的特点。
乡村妇女主任程序3(⾼斯⽩噪声):
直⽅图的纵轴为频次,⽽概率密度的纵轴为频率,但是两者⼤致的分布曲线确是⼀样的,因此,这幅图解释了⾼斯⽩噪声的幅度分布服从⾼斯分布。