Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning. 7.1 Stokastisk prosess Lineær prediktor AR-3 prosess...

Like dokumenter
Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning. 1 En kort oppsummering Adaptiv filtrering 2. 3 Prediksjon 4

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra fagets nettside, og for øvinger brukes It s learning. 1 Stokastiske system og prosesser 2

pdf

UNIVERSITETET I OSLO

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra fagets nettside, og for øvinger brukes It s learning. med Kalman-filter og RLS.

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra fagets nettside, og for øvinger brukes canvas. 1 Adaptiv filtrering 2.

UNIVERSITETET I OSLO

4.1 Diskretisering av masse-fjær-demper-system. K f m. x m u m y = x 1. x m 1 K d. Dette kan skrives på matriseform som i oppgaven med 0 1 A =

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

UNIVERSITETET I OSLO

6 Modellering av smelteovn Modellering Tilstandsromform Diskretisering Observerbarthet Tidssteg...

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra fagets nettside, og for øvinger brukes canvas.

Matematisk statistikk og stokastiske prosesser B, høsten 2006 Løsninger til oppgavesett 5, s. 1. Oppgave 1

Repetisjon: Eksempel. Repetisjon: Aliasing. Oversikt, 26.februar Gitt. Alle signaler. Ettersom. vil alle kontinuerlig-tid signaler.

Transformanalyse. Jan Egil Kirkebø. Universitetet i Oslo 17./23. september 2019

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra fagets nettside, og for øvinger brukes canvas. 1 Øving med systemidentifikasjon.

Tidsdomene analyse (kap 3 del 2)

Matematisk statistikk og stokastiske prosesser B, høsten 2006 Oppgavesett 5, s. 1. Oppgave 1. Oppgave 2. Oppgave 3

Utregning av en konvolusjonssum

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO


STE 6146 Digital signalbehandling. Løsningsforslag til eksamen avholdt

Dagens temaer. Definisjon av z-transformasjonen. Tema. Time 5: z-transformasjon og frekvens transformasjon. Fra forrige gang

Repetisjon: LTI-systemer

Løsningsforslag til hjemmeeksamen i INF3440 / INF4440

UNIVERSITETET I OSLO

Fasit til midtveiseksamen

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra fagets nettside, og for øvinger brukes canvas.

UNIVERSITETET I OSLO

Uke 4: z-transformasjonen

Uke 5: Analyse i z- og frekvensdomenet

MIK 200 Anvendt signalbehandling, Lab. 5, brytere, lysdioder og logikk.

Sampling ved Nyquist-raten

TTT4110 Informasjons- og signalteori Løsningsforslag eksamen 9. august 2004

MIK 200 Anvendt signalbehandling, 2012.

MIK 200 Anvendt signalbehandling, 2012.

Løsningsforslag Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon (10 sp)

Dato: Tirsdag 28. november 2006 Lengde på eksamen: 4 timer Tillatte hjelpemidler: Kun standard enkel kalkulator, HP 30S

Fasit, Eksamen. INF3440/4440 Signalbehandling 9. desember c 0 + c 1z 1 + c 2z 2. G(z) = 1/d 0 + d 1z 1 + d 2z 2

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra fagets nettside, og for øvinger brukes It s learning. systemidentifikasjon fra sprangrespons.

Dato: fredag 14 desember 2007 Lengde på eksamen: 4 timer Tillatte hjelpemidler: ingen. 1 Diskret tilstandsrommodell 2. 2 Stående pendel 4

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Hjelpemidler: D Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Bestemt, enkel kalkulator tillatt.

EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

LØSNINGSFORSLAG for KONTINUASJONSEKSAMEN I FAG SIE2010 Informasjons- og signalteori, 29. juli y(n) = ay(n 1) + x(n k),

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon

Uke 4: z-transformasjonen

LØSNINGSFORSLAG TIL SIGNALBEHANDLING 1 JUNI 2010

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

STE 6219 Digital signalbehandling Løsningsforslag

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA / NEI Hvis JA: ca. Kl 10.00

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN STE 6219 Digital signalbehandling

Uke 4: z-transformasjonen

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Dagens temaer. Endelig lengde data. Tema. Time 11: Diskret Fourier Transform, del 2. Spektral glatting pga endelig lengde data.

EKSAMEN I NUMERISK LINEÆR ALGEBRA (TMA4205)

Hjelpemidler/hjelpemiddel: D - "Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. Enkel kalkulator tillatt."

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon

Eksempel 1. Frekvensene i DFT. Forelesning 13. mai På samme måte har vi at. I et eksempel fra forrige uke brukte vi sekvensen

Vektorligninger. Kapittel 3. Vektorregning

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag Oblig 7

Uke 4: z-transformasjonen

TTT4110 Informasjons- og signalteori Sortering av tidligere eksamensoppgaver

MIK 200 Anvendt signalbehandling, Prosjekt 2, Diskret kosinus-transformasjon.

Tidsdomene analyse (kap 3 del 2)

Uke 6: Analyse i frekvensdomenet

DET TEKNISK - NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET Institutt for data- og elektroteknikk. Løsningsforslag Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon (10 sp)

Eksamen i ELE Matematikk valgfag Torsdag 18. mai Oppgave 1

Uke 4: z-transformasjonen

ELE610 Prosjekter i robotteknikk, vår 2017.

TMA4240 Statistikk H2015

Repetisjon. Jo Inge Buskenes. INF3470/4470, høst Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo

UNIVERSITETET I OSLO

Repetisjon. Jo Inge Buskenes. INF3470/4470, høst Institutt for informatikk, Universitetet i Oslo

Eksamen i ELE620, Systemidentifikasjon (10 sp)

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

6.8 Anvendelser av indreprodukter

Uke 12: FIR-filter design

Wiener filter of length 10 (performance 0.374) Pulse P Sample number. Wiener filter of length 10 (performance 0.

Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning.

Normalfordelingen. Univariat normalfordeling (Gaussfordelingen): der µ er forventningsverdien og σ 2 variansen. Multivariat normalfordeling:

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon (10 sp)

Tidsdomene analyse (kap 3 del 1)

STK1100 våren Kontinuerlige stokastiske variabler Forventning og varians Momentgenererende funksjoner

Lineære ligningssystemer. Forelesning, TMA4110 Torsdag 17/9. Lineære ligningssystemer (forts.) Eksempler

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

3.9 Teori og praksis for Minste kvadraters metode.

TMA Matlab Oppgavesett 2

Løsningsforslag AA6524/AA6526 Matematikk 3MX Elever/Privatister - 7. desember eksamensoppgaver.org

Ridge regresjon og lasso notat til STK2120

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Løsningsforslag Eksamen S2, høsten 2017 Laget av Tommy O. Sist oppdatert: 26. november 2017

Lineære likningssystemer og matriser

1 Mandag 1. februar 2010

Transkript:

Stavanger, 1. september 013 Det teknisknaturvitenskapelige fakultet ELE500 Signalbehandling, 013. Generell informasjon om faget er tilgjengelig fra It s learning. Innhold 7.1 Stokastisk prosess.......................... 1 7. Lineær prediktor.......................... 3 7.3 AR-3 prosess............................ 4 Løsningsforslag, øving 7. 7.1 Stokastisk prosess a) Hvis simultan pdf (sannsynlighetstetthetsfunksjonen), og dermed alle stokastiske egenskaper, til den stokastiske prosessen x(n) er uavhengig av tidsskift (tidssteget n) så er prosessen strengt stasjonær. f x(n) (x) = f x(m) (x), m Med simultan mener vi pdf-en for alle tidssteg samtidig, cdf er da F x(n) (x) = Prob[, x(n 1) x 1, x(n) x 0, x(n + 1) x 1, Merk at x her er brukt i to betydninger samtidig, som subskript for å vise til et navngitt signal og med subskript for bestemte verdier, input argument i cdf. Svakt satsjonær (eller bare stasjonær) hvis E[x(n) = µ x, konstant og uavhengig av n Karl Skretting, Institutt for data- og elektroteknikk (IDE), Universitetet i Stavanger (UiS), 4036 Stavanger. Sentralbord 51 83 10 00. Direkte 51 83 0 16. E-post: karl.skretting@uis.no.

r xx (l; n) = E[x(n)x (n l) = r xx (l) rxx(0) = E[ x(n) <, (effekt signal) b) med µ x = 0 r xx (m) = E[x(n)x (n m) = E[x(n)x (n + m) σ x = E[ x(n) µ x σ x = E[ x(n) = E[x(n)x (n) = r xx (0) Videre ser vi på r xx (m) og følger hintet E[ x(n + m) x(n) = E[(x(n + m) x(n))(x(n + m) x(n)) = E[(x(n + m) x(n))(x (n + m) x (n)) = E[x(n + m)x (n + m) x(n + m)x (n) x(n)x (n + m) + x(n)x (n) = E[x(n+m)x (n+m) E[x(n+m)x (n) E[x(n)x (n+m)+e[x(n)x (n) som gir = r xx (0) r xx (m) r xx (m) + r xx (0) 0 r xx (0) r xx (m) Det vil si at en zero-mean stokastisk prosess sin autokorrelasjonsfunksjon for m = 0 (altså σ x = r xx (0) = E[x(n)x (n)) er den høyeste verdien for autokorrelasjonsfunksjon, et sample er mer korrelert med seg selv enn noe annet sample. r xx (m) gir et mål på hvor mye et sample i prosessen er korrelert til samplet m tidssteg før (eller etter). c) Wiener-Kinchine: S xx (ω) = F{r xx (m)} = r xx (m) = F 1 {S xx (ω)} = 1 π m= r xx (m)e jωm S xx (ω)e jωm dω S xx (ω) er effektspektraltetthet og brukes til å studere frekvensegenskaper til signalet. Fouriertransformen eksisterer ikke for stasjonære stokastiske prosesser (signaler) fordi de har uendelig energi. Ved å bruke S xx (ω) ut fra r xx (m) kan en likevel studere hvordan energien er fordel for de ulike frekvenser (frekvensområder). d) S xx (ω) =, (hvitt signal/støy)

r xx (m) = F 1 {S xx (ω)} = 1 π e jωm dω = 1 π e jωm dω Integralet her blir 0 for alle m ulik 0, og for m = 0 blir det π. Altså {, m = 0 r xx (m) = δ(m) = 0, ellers. 7. Lineær prediktor ˆx(n) = a 1 x(n 1) a x(n ). Optimal prediktor fås når vi minimerer E[ ˆx(n) x(n) med hensyn på koeffisientene {a 1, a }. E[ ˆx(n) x(n) = E[( a 1 x(n 1) a x(n ) x(n)) = E[(a 1 x(n 1) + a x(n ) + x(n)) (a 1 x(n 1) + a x(n ) + x(n)) = E[a 1 x(n 1)a 1 x(n 1) + E[a 1 x(n 1)a x(n ) + E[a 1 x(n 1)x(n) +E[a x(n )a 1 x(n 1) + E[a x(n )a x(n ) + E[a x(n )x(n) +E[x(n)a 1 x(n 1) + E[x(n)a x(n ) + E[x(n)x(n) = a 1rxx(0) + a 1 a r xx (1) + a 1 r xx (1) +a a 1 r xx (1) + a r xx (0) + a r xx () +a 1 r xx (1) + a r xx () + r xx (0) (a 1 + a + 1)r xx (0) + (a 1 a + a 1 )r xx (1) + a r xx () Deriverer nå uttrykket over med hensyn på koeffisientene {a 1, a } og setter at dette skal være 0. d da 1 ( ) = a 1 r xx (0) + (a + )r xx (1) = 0 r xx (0) a 1 + r xx (1) a = r xx (1) d da ( ) = a r xx (0) + a 1 r xx (1) + r xx () = 0 r xx (1) a 1 + r xx (0) a = r xx () Disse to ligningen kan skrives på matriseform [ [ rxx (0) r xx (1) a1 = r xx (1) r xx (0) Eller med fornuftig definerte vektorer og matriser a R a = r (1) [ rxx (1) r xx () 3

7.3 AR-3 prosess Vi har en AR-3 prosess der x(n) tenkes modellert ved x(n) = a 1 x(n 1) a x(n ) a 3 x(n 3) + w(n), der w(n) er hvit. x(n) kan også ses på som utgang av et (kausalt) IIR-filter med impulsrespons {h(l)} og med inngang w(n): x(n) = og da har vi også x(n + k) = Fra AR-3 modellen har vi h(l)w(n l) h(l)w(n + k l) x(n) + a 1 x(n 1) + a x(n ) + a 3 x(n 3) = w(n) Denne ligningen multipliserer vi med x(n + k) på begge sider av likhetstegnet og tar forventningsverdien, merk at på høyresiden uttrykkes x(n + k) som en konvolusjonssummen over. Vi får E Nå får vi [( ) x(n) + a 1 x(n 1) + a x(n ) + a 3 x(n 3) = E [ w(n) h(l)w(n + k l) r xx (k) + a 1 r xx (k + 1) + a r xx (k + ) + a 3 r xx (k + 3) = h(l) E [w(n)w(n + k l) = = x(n + k) h(l) r ww (k l) h(l) σw δ(k l) = h(k) σw Siden h(l) er impulsresponsen til et kausalt IIR-filter er h(k) = 0 for k < 0. x(n) er reellt WSS signal og har r xx ( k) = r xx (k) Når vi bruker dette på uttrykket over får vi ei ligning for hver k k = 1 r xx (1) + a 1 r xx (0) + a r xx (1) + a 3 r xx () = 0 k = r xx () + a 1 r xx (1) + a r xx (0) + a 3 r xx (1) = 0 k = 3 r xx (3) + a 1 r xx () + a r xx (1) + a 3 r xx (0) = 0 4

Dette er tre lineære ligniger med tre ukjente a 1, a og a 3. Men det er enda en ukjent som skal finnes, nemlig σ w. Denne kan finnes med ligningen en får med k = 0 k = 0 r xx (0) + a 1 r xx (1) + a r xx () + a 3 r xx (3) = h(0) σ w h(0) er responsen fra IIR-filteret, altså x(n), når inngangssignalet, altså w(n), er en impulsrespons. For impulsresponsen har en (fra ligning gitt i oppgaven) h(n) = a 1 h(n 1) a h(n ) a 3 h(n 3) + δ(n), og med kausalt IIR-filter, h(k) = 0 for k < 0, får vi da h(0) = 1. Ligningene for k = 0, 1,, 3 skrives på matriseform r xx (0) r xx (1) r xx () r xx (3) 1 σw r xx (1) r xx (0) r xx (1) r xx () r xx () r xx (1) r xx (0) r xx (1) a 1 a = 0 0 r xx (3) r xx () r xx (1) r xx (0) a 3 0 [ [ 1 σ på matriseform: R 4 = w a 0 Der R 4 er den 4 4 autokorrelasjonsmatrisa (med r xx (0) langs hoveddiagonalen), a er en 3 1 vektor med de tre ukjente a-ene og 0 er en 3 1 vektor med bare nullere. Det er gjerne hensiksmessig å dele dette opp slik at de ukjente lettere kan isoleres, og dermed kan likningene enkelt løses (med Matlab). Vi skrver da R 3 a = r 3 (1) Der R 3 er 3 3 autokorrelasjonsmatrisa og r 3 (1) her er korrelasjonsvektor som starter med r xx (1) og har tre elementer, dimensjon 3 1. a som over. Vi ser at vi får nøyaktig samme ligning for koeffisientene som om vi skulle konstruere en optimal 3dje ordens lineær prediktor, se resultat i forrige oppgave. Når ligningen over er løst finner en variansen direkte med σ w = r xx (0) + a T r 3 (1) 5