为什么自相关函数在通信中那么重要?

如题所述

自相关函数在分析随机信号时候是非常有用的。

通过傅里叶变换可以将一个时域信号转变为频域,这样可以更简单地分析这个信号的频谱。但这有个前提,那就是我们分析的信号是确定信号,即无噪声的信号(sin就是sin,cos就是cos)。

而在真正的通信中,我们的传输环境是非常复杂的,充满了噪声。很多时候噪声的分布服从高斯分布(噪声幅度低的概率大,噪声幅度高的概率小)我们称这种噪声叫高斯白噪声(其对应的信道叫AWGN信道)。

而自相关函数的定义都知道,Rx(Δt)=E[x(t)*x(t+Δt)],会发现,如果同一个信号x(t)进行自相关后,还是自己,而不同的信号进行自相关后,数值会变得很小。不论Δt取多少,在发送端发出的信号始终不变。

那么确定信号经过自相关运算后就保存了下来,而由于噪声每一时刻都不同,自相关后噪声就趋近于0了。然后又知道维纳-辛钦定理,自相关函数的傅里叶变换是功率谱,这样又一次将时域信号转换到频域进行分析,同时还滤除了噪声。

自相关函数定义:

在统计学上,自相关被定义为,两个随机过程中不同时刻的数值之间的皮尔森相关(Pearson correlation)。

如果X为广义平稳过程,则期望以及标准差不随时间t变化,则自相关函数可以表示为时间延迟的函数,如下信号处理,其中“*”是卷积算符,为取共轭。

同一时间函数在瞬时t和t+a的两个值相乘积的平均值作为延迟时间t的函数,它是信号与延迟后信号之间相似性的度量。延迟时间为零时,则成为信号的均方值,此时它的值最大。 

简而言之,自相关函数是表达信号和它的多径信号的相似程度。一个信号经过类似于反射、折射等其它情况的延时后的副本信号与原信号的相似程度。

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