S Signaalit ja järjestelmät 5 op. Pääassistentti Seppo Saastamoinen. S-posti: Puh E307B S.72.

Samankaltaiset tiedostot
S Signaalit ja järjestelmät 5 op. Luennoitsija Prof. Riku Jäntti S-posti: Puh E219 S.72.

ELEC-A7200 Signaalit ja järjestelmät 5 op

ELEC-A7200 Signaalit ja järjestelmät 5 op

Luento 11. Stationaariset prosessit

Luento 11. Stationaariset prosessit

Luento 4. Fourier-muunnos

S Signaalit ja järjestelmät Tentti

Luento 2. S Signaalit ja järjestelmät 5 op TKK Tietoliikenne Laboratorio 1. Jean Baptiste Joseph Fourier ( )

( ) ( ) 2. Esitä oheisen RC-ylipäästösuotimesta, RC-alipäästösuotimesta ja erotuspiiristä koostuvan lineaarisen järjestelmän:

järjestelmät Luento 4

( ) ( ) x t. 2. Esitä kuvassa annetun signaalin x(t) yhtälö aikaalueessa. Laske signaalin Fourier-muunnos ja hahmottele amplitudispektri.

Luento 9. Epälineaarisuus

( ) 5 t. ( ) 20 dt ( ) ( ) ( ) ( + ) ( ) ( ) ( + ) / ( ) du ( t ) dt

Luento 11. tietoverkkotekniikan laitos

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 18: Yhden vapausasteen pakkovärähtely, transienttikuormituksia

Systeemimallit: sisältö

Johda jakauman momenttiemäfunktio ja sen avulla jakauman odotusarvo ja varianssi.

Luento 2. Järjestelmät aika-alueessa Konvoluutio-integraali. tietoverkkotekniikan laitos

Tietoliikennesignaalit

KYNNYSILMIÖ JA SILTÄ VÄLTTYMINEN KYNNYKSEN SIIRTOA (LAAJENNUSTA) HYVÄKSI KÄYTTÄEN

Luento 2. Jaksolliset signaalit

W dt dt t J.

SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA 2. Tietoliikennetekniikka I A Kari Kärkkäinen Osa 3

Luento 9. Epälineaarisuus

Systeemimallit: sisältö

b) Ei ole. Todistus samaan tyyliin kuin edellinen. Olkoon C > 0 ja valitaan x = 2C sekä y = 0. Tällöin pätee f(x) f(y)

6.4 Variaatiolaskennan oletusten rajoitukset. 6.5 Eulerin yhtälön ratkaisuiden erikoistapauksia

5. Vakiokertoiminen lineaarinen normaaliryhmä

Juuri 13 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Kertaus. K1. A: III, B: I, C: II ja IV.

a) Ortogonaalinen, koska kantafunktioiden energia 1

DEE Lineaariset järjestelmät Harjoitus 4, ratkaisuehdotukset

ẍ(t) q(t)x(t) = f(t) 0 1 z(t) +.

12. ARKISIA SOVELLUKSIA

Huomaa, että aika tulee ilmoittaa SI-yksikössä, eli sekunteina (1 h = 3600 s).

TKK Tietoliikennelaboratorio Seppo Saastamoinen Sivu 1/5 Konvoluution laskeminen vaihe vaiheelta

Rahoitusriskit ja johdannaiset Matti Estola. luento 12 Stokastisista prosesseista

Tasaantumisilmiöt eli transientit

S Signaalit ja järjestelmät (5 op) Prof. Sven-Gustav Häggman

x v1 y v2, missä x ja y ovat kokonaislukuja.

z z 0 (m 1)! g(m 1) (z0) k=0 Siksi kun funktioon f(z) sovelletaan Cauchyn integraalilausetta, on voimassa: sin(z 2 dz = (z i) n+1 k=0

9. Epäoleelliset integraalit; integraalin derivointi parametrin suhteen. (x + y)e x y dxdy. e (ax+by)2 da. xy 2 r 4 da; r = x 2 + y 2. b) A.

Luento 3. Fourier-sarja

Konvoluution laskeminen vaihe vaiheelta Sivu 1/5

Silloin voidaan suoraan kirjoittaa spektrin yhtälö käyttämällä hyväksi suorakulmaisen pulssin Fouriermuunnosta sekä viiveen vaikutusta: ( ) (

Mat / Mat Matematiikan peruskurssi C3-I / KP3-I Harjoitus 5 / vko 42, loppuviikko, syksy 2008

Diskreetillä puolella impulssi oli yksinkertainen lukujono:

Kompleksianalyysi, viikko 6

Taustaa KOMPLEKSILUVUT, VÄRÄHTELIJÄT JA RADIOSIGNAALIT. Jukka Talvitie, Toni Levanen & Mikko Valkama TTY / Tietoliikennetekniikka

Mittaustekniikan perusteet, piirianalyysin kertausta

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

S Piirianalyysi 2 1. Välikoe

Luento 3. Fourier-sarja

2. Taloudessa käytettyjä yksinkertaisia ennustemalleja. ja tarkasteltavaa muuttujan arvoa hetkellä t kirjaimella y t

2 Taylor-polynomit ja -sarjat

JLP:n käyttämättömät mahdollisuudet. Juha Lappi

SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA 1

2. Systeemi- ja signaalimallit

Derivoimalla ensimmäinen komponentti, sijoittamalla jälkimmäisen derivaatta siihen ja eliminoimalla x. saadaan

Luento Otosavaruus, tapahtuma. Otosavaruus (sample space) on kaikkien mahdollisten alkeistapahtumien (sample) ω joukko.

KANTOAALTOMODULOIDUN KAISTANPÄÄSTÖSIGNAALIN (BANDPASS) JA KANTATAAJUISEN (BASEBAND) SIGNAALIN AMPLITUDISPEKTRIT

Pienimmän neliösumman menetelmä

Täydennetään teoriaa seuraavilla tuloksilla tapauksista, joissa moninkertaisen ominaisarvon geometrinen kertaluku on yksi:

Sopimuksenteon dynamiikka: johdanto ja haitallinen valikoituminen

a. Varsinainen prosessi on tuttua tilaesitysmuotoa:

Luento Otosavaruus, tapahtuma. Otosavaruus (sample space) on kaikkien mahdollisten alkeistapahtumien (sample) ω joukko.

Osittaisdifferentiaaliyhtälöt

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 14: Yhden vapausasteen vaimeneva pakkovärähtely, harmoninen kuormitusheräte

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 8. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 8 () Numeeriset menetelmät / 35

Tilausohjatun tuotannon karkeasuunnittelu. Tilausohjatun tuotannon karkeasuunnittelu

Tehtävä I. Vaihtoehtotehtävät.

Rahoitusriskit ja johdannaiset Matti Estola. luento 13 Black-Scholes malli optioiden hinnoille

Ilmavirransäädin. Mitat

VÄRÄHTELYMEKANIIKKA SESSIO 17: Yhden vapausasteen pakkovärähtely, impulssikuormitus ja Duhamelin integraali

1. Viikko. K. Tuominen MApu II 1/17 17

Dynaaminen optimointi ja ehdollisten vaateiden menetelmä

1 Excel-sovelluksen ohje

f x dx y dy t dt f x y t dx dy dt O , (4b) . (4c) f f x = ja x (4d)

>LTI-järjestelmä. >vaihespektri. >ryhmäviive

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 1. viikolle /

Työ 2: 1) Sähkönkulutuksen ennustaminen SARIMAX-mallin avulla 2) Sähkön hankinnan optimointi

Kompleksiluvut Kompleksitaso

DEE Lineaariset järjestelmät Harjoitus 3, harjoitustenpitäjille tarkoitetut ratkaisuehdotukset

YKSISIVUKAISTAMODULAATIO (SSB)

Luento 4 Jaksollisten signaalien Fourier-sarjaesitys 4.1 Fourier-sarja 4.2 Viivaspektri, tehospektri

11. Jatkuva-aikainen optiohinnoittelu

Luento 7 Järjestelmien ylläpito

SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA OSA 1

Numeeriset menetelmät

YKSISIVUKAISTAMODULAATIO (SSB)

x = y x i = y i i = 1, 2; x + y = (x 1 + y 1, x 2 + y 2 ); x y = (x 1 y 1, x 2 + y 2 );

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Momenttiemäfunktio ja karakteristinen funktio. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

x = y x i = y i i = 1, 2; x + y = (x 1 + y 1, x 2 + y 2 ); x y = (x 1 y 1, x 2 + y 2 );

7. Luento. Luento 7 Modulaatio Oppenheim luku 8 soveltuvin Koherentti ja epäkoherentti analoginen modulaatio

Ylioppilastutkintolautakunta S tudentexamensnämnden

LUKU 7 KOHINAN VAIKUTUS ANALOGISTEN MODULAATIOIDEN SUORITUSKYKYYN A Tietoliikennetekniikka I Osa 24 Kari Kärkkäinen Kevät 2015

[ ] [ 2 [ ] [ ] ( ) [ ] Tehtävä 1. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2( ) = 1. E v k 1( ) R E[ v k v k ] E e k e k e k e k. e k e k e k e k.

a) z 1 + z 2, b) z 1 z 2, c) z 1 z 2, d) z 1 z 2 = 4+10i 4 = 10i 5 = 2i. 4 ( 1)

2. Suoraviivainen liike

Fourier-analyysi, I/19-20, Mallivastaukset, Laskuharjoitus 7

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 6. viikolle /

Transkriptio:

S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op Luennoisija Prof. Riu Jäni S-posi: riu.jani@.fi Puh. 9 45 353 E9 Pääassiseni Seppo Saasamoinen S-posi: seppo.saasamoinen@.fi Puh. 45 547 E37B S.7. Miä äsiellään? signaalien ja järjeselmien perusäsieiä signaali- ja järjeselmäanalyysin perusmeneelmiä Signaalimuunnose, signaalien aajuusesiys Signaalien suodaaminen lineaarisilla alipääsö- ja aisanpääsösuodaimilla Näyeenoo signaalien moduloini Missä ällaisia ieoja arviaan? eleroniiajärjeselmissä ieoliiennejärjeselmissä signaaliäsielyssä miauseniiassa sääöeniiassa auoaroiusessa radiomääriysessä (paiannus) jne S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio

Alusava luenoaiaaulu Sisälö ja aiaaulu o.. lo 8 S4 Johdano, signaali ja niiden funioesiyse, signaaliavaruus i 6.. lo 4 6 S4 Fourier - sarja o 8.. lo 8 - S4 Fourier - muunnos ja sen ominaisuude e 4.. lo 8 - S Erioissignaalien Fourier - muunnose, näyeenoo o 5.. lo 8 - S4 Disreei Fourier - muunnos i.. lo 4-6 S4 Lineaarise järjeselmä o.. lo 8 - S4 Lineaarisen järjeselmien analyysi i 7.. lo 4-6 S4 Lineaarinen suodaus o 9.. lo 8 - S Epälineaarise järjeselmä, vanisoini i 4.. lo 4-6 S4 Saunnaissignaali e 5.. lo 8 - S Saunnaissignaali lineaarisissa järjeselmissä i.. lo 4-6 S4 Modulaaio o 3.. lo 4-6 S4 EI LUENOJA, KS. LASKUHARJOIUKSE! S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 3 Alusava harjoiusaiaaulu Sisälö ja aiaaulu e 7.. lo 8 - S Lasuharjoius o 8.. lo 4-6 S Lasuharjoius i 3.. lo 4-6 S4 Lasuharjoius o 5.. lo 4-6 S Lasuharjoius e.. lo 8 - S Lasuharjoius 3 o.. lo 4-6 S Lasuharjoius 3 e 8.. lo 8 - S Lasuharjoius 4 o 9.. lo 4-6 S Lasuharjoius 4 e.. lo 8 - S Lasuharjoius 5 o 3.. lo 8 - S4 Lasuharjoius 6 o 3.. lo 4-6 S Exralasuharjoius, urssin eraus, asi esimerieniä S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 4

Kirjallisuus Vaadiu irjallisuus S-G Häggman: Signaali ja järjeselmä, opinomonisee Luenoalvo Suosielava irjallisuus: A.B.Carlson: Communicaions sysems. An inroducion o signals and noise in elecrical communicaion. 4h ed. Mc Graw-Hill, 768s. Luvu -9 (ei sisällä DF:ä eiä FF:ä) S.Hayin: Communicaion sysems. 4h ed. Wiley, 8s. L.Balmer: Signals and sysems, an inroducion, nd ediion, Prenice Hall 997, 55s. Luvu -6, 8-9 (ei sisällä modulaaioia) E. C. Ifeachor: Digial Signal Processign A pracical approach, 993, 76s. Luvu ja 4. (vain DF, FF ja disreei onvoluuio) S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 5 Kalvojen värioodi eoriaa Kaavan joho Esimeri Lisämaeriaalia S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 6 3

Lueno Signaali Jauva- ja disreeiaiaise seä -ampliudise signaali Jasollise ja jasooma signaali eho- ja energiasignaali Signaaliavaruus Signaalien sisäulo Signaalien normi, esimääräinen eho ja energia Kanafunio S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 7 Signaali Signaali on ajan, paian ai minä ahansa riippumaoman muuujan muana vaiheleva suure. Kurssilla esiyään Aiasignaaleihin s() aajuussignaaleihin S(f)..9.8.8.7.6 s().4 S(f).6.5.4. -. - -.5 - -.5.5.5.3.. -4-3 - - 3 4 f S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 8 4

Signaali Signaali voi olla Reaalinen s () Komplesinen s () = s() + is () I Q Esim. Moduloiu signaali ( π ) ( π ) s () = v()cos f + v ()sin f I c Q c iπ fc iπ fc {( I Q ) } { l } s () = Re v() + iv () e = Re s() e s () = v () + iv () l I Q Evivaleni alipääsösignaali Moduloiu signaali S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 9 Signaali Ysidimensioinen (ysianavainen) s() Monidimensioinen (monianavainen) s() s() n s() = sn () Esim. Ajoneuvon ila aajuusmuliplesoiu signaali x() Paia s() = v()cos ( π f ) + v()cos ( π f) s() = v() Nopeus f >> f a () v () s() = Kiihyvyys Veori esiys v() S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 5

Signaali Jauva-aiainen Signaali on määriely aiina ajanheinä Disreei-aiainen Signaali on määriely vain ieyinä ajanheinä ai ieyille näyeille S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio Signaali Jauva-ampliudinen Signaalin ampliudi s() voi saada aiia ampliudiarvoja ei-numeroiuvasa jouosa A s() A A Esim. signaalin ampliudi voi saada minä ahansa arvon reaaliluujen jouosa Disreeiampliudinen Signaalin ampliudiarvo on rajoieu numeroiuvaan jouoon B s () s, s, s,... { } Esim. 8 biin vanisoinnilla voidaan esiää 8 = 56 signaaliasoa. S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 6

Signaali JAKUVA-AIKAINEN I x() DISKREEIAIKAINEN II x() JAKUVA- AMPLIUDINEN DISKREEI- AMPLIUDINEN III x() IV x() S.-G. Häggman, S-7. Luenomonisee, 5 S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 3 Aiarajoiamaon > : s( + ) Signaali Aiarajoieu, pulssisignaali: Signaali saa nollasa poieavia arvoja ainoasaan ieyllä aiavälillä (, ) s() =, < > - / / S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 4 7

Jasollinen (periodinen) Signaali Jasonaia Ampliudi Jasoon (aperiodinen) - / / Ominaisaajuus f =/ S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 5 Signaali Deerminisinen Signaalin ampliudiarvo s() unneaan euäeen aiilla ajan arvoilla Saunnainen (soasinen) Saunnaisen signaalin äyäyymisä ulevaisuudessa ei voida arasi ennusaa. Voidaan vain esiää odennäöisyys sille, eä ampliudi on jollain ampliudivälillä ( ) Pr s( ) s = F( s; ) s() s() 5 4 3 - - -3-4.8.6.4. -. -.4 -.6 -.8 -...3.4.5.6.7.8.9-5.5 5 4 3 - - -3-4 -5 5 5 % S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 6 8

Signaalin eho Jänniesignaalin heelliseho u () i () = u () R R ehon uluus vasusessa P = ui = u R () ()() () Jos uorma sisälää reaiivisia omponeneja, niin vasaava yhälö saadaan näennäiseholle S () = s () Mielivalaiselle signaalille s(): P() / s() S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 7 Signaalin energia ja eho Signaalin energia Signaali on energiasignaali, jos Kesimääräinen eho Signaali on ehosignaali, jos Normi s() Aiaesiarvo s() = s() d S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 8 9

Pulssisignaali <, s () = muuoin Energia Signaalin energia ja eho E = lim s( ) d = s( ) d < Kesimääräinen eho P = lim s( ) d = lim s( ) d = Pulssisignaali on energiasignaali Pulssisignaali ei ole ehosignaali S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 9 Aselsignaali, s () = < Energia Signaalin energia ja eho E = lim s( ) d = lim d = Aselsignaali ei ole energiasignaali Kesimääräinen eho P = lim s( ) d lim d d = + = lim = Aselsignaali on ehosignaali S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio

Signaalin energia ja eho Ysiöpulssi Signaali on ehosignaali Signaali ja 3 ova energiasignaaleia S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio Jasollisen signaalin eho Jasollisen signaalin esimääräinen eho missä v() on signaali, jolle päee Jasollinen signaali on ehosignaali Kesimääräisen ehon lasemisesi riiää, eä arasellaan yhä jasoa - / / S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio

Sinimuooinen signaali Sinimuooinen signaali (esim. vaihojännie) v () = Acos( ω+ φ ) A Ampliudi ω+ φ Vaiheulma radiaaneina (π 8 ) φ Vaihesiirymä φ< jäö (lag), φ> joho (lead) ω Ominaisulmaaajuus (rad/s) Ominaisaajuus (Hz) Jasonaia S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 3 Sinimuooinen signaali ( ω φ ) v () = Acos +.5.5 A v() cos(πω ) -.5 - -.5 - - -.5 - -.5.5.5 -φ/ω S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 4

Sinimuooinen signaali Sinimuooisen signaalin eho S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 5 Signaalin eho Sinimuooinen signaali A π P= v() d cos φ d = + ( ) cos x dx = sin( x) cos cos( ) 4 ix ix i x ix ( x) = ( e + e ) = ( e + + e ) = ( + x ) 4π A 4π A P= cos d sin + + φ = + + φ 4π S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 6 3

Signaalin eho Sinimuooinen signaali A 4π 4 sin π sin A P = + + φ + φ = 4π = ( φ ± π) = ( φ) ( φ ± π) = ( φ) cos cos sin sin osa π on jason piuus S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 7 Eulerin eoreema Osoiinesiys Osoiin Im ω Osoiin pyörii aajuudella f = π Re S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 8 4

Viivasperi Sinimuooinen signaali voidaan esiää ahden osoiimen summana Im Im Re Re Ampliudisperi Vaihesperi S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 9 Sisäulo Kahden energiasignaalin välinen sisäulo Komplesionjugaai = signaalien ulon alue S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 3 5

Sisäulon ominaisuusia Sisäulo ( s() s() ) = ( s() s() ) ( as() s() ) = a( s() s() ) ( s() as() ) = a ( s() s() ) ( s () + s () s () ) = ( s () s () ) + ( s () s () ) 3 3 3 S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 3 Sisäulo Signaalin energia (indusuoiu normi) Orogonaalisuus ja oronormaalisuus Orogonaalisuus Oronormaalisuus s () s () s () s () + - = S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 3 6

Sisäulo Kahden jasollisen signaalin sisäulo, un molempien signaalien jasonaia on (ai on niiden jasonaiojen moniera) Kesimääräinen eho (indusoiu normi) Orogonaalisuus ja oronormaalisuus Orogonaalisuus Oronormaalisuus S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 33 Sisäulo arasellaan aha signaalia π v () = Acos π + v() = Acos m m ( ) v () v () = - -.5 -.4 -.3 -. -....3.4.5 / S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 34 v()/a.8.6.4. -. -.4 -.6 -.8 m=3 Jos sinimuooisen signaalien aajuude f ova monieroja, niin signaalien sisäulo on. Signaali ova esenään orogonaalisia. 7

Oronormaalise signaali iedonsiirrossa Määriellään asi oronormaalia signaalia Pv = ( v() v() ) = Esim Pv = ( v() v() ) = v() = cos( ω) ( v v() = sin( ω () v() ) = ) Oloon I ja I asi informaaiosymbolia (esim. + ai -) Muodoseaan läheeävä signaali s() s () = Iv () + Iv () Kohinaomassa apausessa vasaanoimessa informaaiosymboli saadaan raaisua läheeesä s() äyäen sisäuloa ( s () v() ) = I s () v() = I ( ) S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 35 Signaaliavaruus Signaaliavaruus on normillinen avaruus, jona normi on sisäulon indusoima = ( ) = s() s() s() lim s() d s() = ( s() s() ) = s() d Energiasignaalille ehosignaalille Signaaliavaruus muisuaa veoriavaruua, mua veorien sijaan avaruuden elemeni ova signaaleia (funioia) S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 36 8

Signaaliavaruus Määriellään K lineaarisesi riippumaona anafunioa φ () φ (), =,, K wφ () = jos ja vain jos w =, =,, K Kanafunio viriävä K-dimensioisen signaaliavaruuden, jona elemeni voidaan esiää anafunioiden lineaariombinaaiona K x() = cφ() = S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 37 Signaaliavaruus Kana on orogonaalinen, jos >, = l ( φ() φl() ) =, l ja oronormaalinen, jos ( φ() φl() ) = = l l S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 38 9

Signaaliavaruus Signaalin s() approsimoini oronormaalin annan {φ ()} avulla S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 39 Signaaliavaruus Approsimoidaan signaalia s() oronormaalin annan {φ ()} avulla s() c () ˆ φ s() Valiaan painoeroime {c } sien, eä erosignaalin s () = s() sˆ () normin neliö (energia / eho signaaliyypisä riippuen) minimoiuu min { } s ( ) c Normi voidaan lausua sisäulon avulla s () = s() cφ() = s() cφ() s() cφ() = s () s () cφ() cφ() s () + cφ() S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 4

arasellaan normia Signaaliavaruus = φ = l φ φ l Kana on oronormaali, joen = l ( φ() φl() ) = l ja = φ = sˆ( ) c () c ( ) sˆ( ) c () c c () () S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 4 Signaaliavaruus arasellaan summaa s () cφ() cφ() s () ( () φ ()) ( φ () ()) = c s c s ( () φ ()) ( () φ ()) = c s c s ( s() s() ) = ( s() s() ) ( as() s() ) = a ( s() s() ) ( s() as() ) = a ( s() s() ) ( s() + s() s3() ) = ( s() s3() ) + ( s() s3() ) S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 4

Signaaliavaruus Erosuureen normi voidaan ny irjoiaa muooon s () = s () cφ () = ( φ ) ( φ ) = s() c s () () c s () () + c c Keroime ova omplesiluuja c =c re, +ic im,, joen minimi voidaan raaisa reaali- ja omplesiosan suheen derivaaan nollaohdisa d s () = dcre, d s () = dc im, S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 43 Signaaliavaruus Derivaaan nollaoha: s () = s () ( cre, icim, )( s () φ () ) ( cre, + icre, )( s () φ () ) + ( cre, + cim, ) d dc re, d dc re, ( φ ) ( φ ) s () = s () () s () () + c = re, ( φ ) ( φ ) s () = i s() () i s() () + c = im, cre, = ( s() φ () ) + ( s() φ () ) i ci m, = ( s () φ() ) ( s () φ() ) c = c + ic = s() φ () ( ) re, im, ( () φ() ) c = s Kyseessä on aio minimi, osa d dc d s () = >, s () = > dc re, im, z = z + iz z = z reizim zre = z+ z i zim = zz ( ) ( ) S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 44 re im

( ) Signaaliavaruus Kun c = s() φ (), virheen normisi ulee K = φ = K K ( φ ) ( φ ) = = s () s () c () = s() c s() () c s() () + c s () s() c äsä voidaan johaa Besselin epäyhälö = = = + s () s() c s() c s() s() c S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 45 Signaaliavaruus Energiasignaali E = s() s sˆ E = s ˆ( ) = c s = s E E c Jos E s = Parsevalin eoreema E s = c ehosignaali P = s sˆ s() P = sˆ( ) = c s = s P P c Jos P s = Parsevalin eoreema Ps = c S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 46 3

Fourierin esponeisarja Jasollinen signaali s() s()=s(+ ) Oronormaali ana π φ () = exp i =...,,,,,,... = ( () φ() ) = () () ()exp φ = π c s s d s d ähän palaaan seuraavalla luennolla Kannan muodosaa erisuuniin ja eri aajuusilla pyörivä osoiime Im f = Re S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 47 Walsh-funio Pulssisignaali aiavälillä (,) K-dimensioinen orogonaali ana φ () = W () W () = muuoin Sovellusia: - anavoinioodaus CDMAjärjeselmässä - uvion unnisus ja uvanäsiely - p W n+ p() = Wn + + ( ) Wn 4 4 Esim. K=4 =: n=,p= =: n=,p= =3: n=,p= =4: n=,p= W () W () W () - W () 3 S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 48 4

Muia oronormaaleia anafunioia Laguerren funio L (), [,), =,,, φ() = exp L() exp( ) d L () = ( exp ( ) )! d ( + ) L ( ) = (+ ) L ( ) L ( ) + Kvanimeaniia: Schrödingerin yhälön raaisu Hermien funio H (), (,), =,,, exp φ() = H() n! π H () = exp d exp H () = H () H () d ( ) ( ) ( ( )) + Fysiia, ilasoiede Legendren funio P (), [-,], =,,, φ() = + P() d P () = ( )! d ( + ) P ( ) = (+ ) P ( ) P ( ) + Poeniaalieoria (sähömagneismi, virausdynamiia, ähiiede, ): Laplacen yhälö raraisu sebysevin (Chebyshevin) funio C (), [-,], =,,, 4 ( ) C ( ) = π φ () = ( ) = π C () = C () C (), C ( ),,... 4 C() =, C() = Approsimaaioeoria (inerpoloini) S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 49 S.-G. Häggman, S-7. Luenomonisee, 5 Hermien polynomeihin perusuva anafunio Legendren polynomeihin perusuva anafunio.5 n=4 n= n= n= n= n=5 -.5 n= n=3-5 -4-3 - - 3 4 5 šebyshevin polynomeihin perusuva anafunio.5. n=3 n=4 n= n=.5 -.5 n= n=4 n= n=5 n=3 - -.5.5 Laguerren polynomeihin perusuva anafunio n=.5 n= n=4 -. n=5 n= n=3 n=5 -.5S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK -.5 ieoliiennelaboraorio 5 - -.5.5 5 5 5

Gram-Schmid proseduuri Muodoseaan orogonaali ana K:sa lineaarisesi riippumaomasa signaalisa { g () } g() φ () = g() c = g () φ (), l =,,.. ( ) l l φ() = g() clφl(), =,3,... K l= φ () φ () = φ () Normalisoidaan muodoseun signaalin energia /eho φ = g ( g ) φ φ Se osa signaalisa g (), joa voidaan seliää lineaariombinaaiona anafunioisa φ l (), l=,,..,- φ g g ( g φ) φ S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 5 Gram-Schmid proseduuri arasellaan signaaleia {g ()} g () g () 3-3 - 3 g () g4( ) - 3 3 - g () = g () + g () 3 4 4 3 E = g () = g () d E = E =, E = E = 3 S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 5 6

Gram-Schmid proseduuri Oronormaali anafunio (signaali) φ () φ () 3 3 3 - φ () 3 Signaalijouo {g ()} sisälsi vain olme lineaarisesi riippumaona signaalia, joen anafunioiain on vain olme S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 53 Gram-Schmid proseduuri Signaalien esiäminen annan avulla g () = φ () g () = φ () g () = φ () + φ () 3 3 g () = φ () + φ () 4 3 Veori esiys φ φ φ 3 g =, g =, g3 =, g4 = g g 3 g3 4 g3 E =, E = =, E = = 3, E = = 3 S-7. Signaali ja järjeselmä 5 op KK ieoliiennelaboraorio 54 7