通信原理教程+樊昌信+习题答案第二章

0
4L
L
(2) 输出亦是高斯过程，因此
2
R0 (0)
R0 ()
R0 (0)
Cn0 4L
习题若通过图 2-7 中的滤波器的是高斯白噪声，当输入一个均值为 0、双边功率
谱密度为 n0 的白噪声时，试求输出噪声的概率密度。 2
解：高斯白噪声通过低通滤波器，输出信号仍然是高斯过程。由题可知 E(y(t))=0 ,
E[(
X12
cos
w0t1
cos
w0t2
X
2 2
sin
w0t1
sin
w0t2
)]
2 cos w0 (t1 t2 ) 2 cos w0
令 t1 t2
习题求乘积 Z(t) X (t)Y (t) 的自相关函数。已知 X (t) 与Y (t) 是统计独立的平稳随
机过程，且它们的自相关函数分别为 Rx ( ) 、 Ry ( ) 。
0
1 2
习题设信号 x(t)的傅立叶变换为 X(f) = sin f 。试求此信号的自相关函数
。
f
解：x(t)的能量谱密度为 G(f)= X ( f ) 2 = sin f 2 f
1 ,
其自相关函数 RX
G
(
f
)e
j 2
f
df
1
0,
1 0 0 1 其它
习题
已知噪声 nt 的自相关函数 Rn
第二章习题
习题 设随机过程 X(t)可以表示成： X (t) 2cos(2t ), t
式中， 是一个离散随机变量，它具有如下概率分布：P( =0)=，P( = /2)= 试求 E[X(t)]和 RX (0,1) 。
解：E[X(t)]=P( =0)2 cos(2t) +P( = /2) 2cos(2t )=cos(2t) sin 2t 2
解：高通滤波器的系统函数为
H(f)= X (t) 2cos(2t ), t
输入信号的傅里叶变换为
X(f)= 1 1 j2 f 1 j2 f
输出信号 y(t)的能量谱密度为
C R
Gy ( f ) Y ( f ) 2 X ( f )H ( f ) 2 (R
R 1 )(1
解：它是能量信号。X(t)的傅立叶变换为：
X ()
x(t
)e
jt dt
0
4et e
jt dt
4
e (1
0
j)t dt
4 1 j
则能量谱密度
2
G(f)= X ( f ) 2 = 4 1 j
16 1 4 2 f 2
习题 X(t)= x1 cos 2 t x2 sin 2 t ，它是一个随机过程，其中 x1 和 x2 是相互统计独
习题 试判断下列函数中哪些满足功率谱密度的条件：
(1) f cos2 2f ；
(2) a f a；
(3) exp a f 2
解：根据功率谱密度 P(f)的性质：①P(f) 0 ，非负性；②P(-f)=P(f) ，偶函数。可
以判断(1)和(3)满足功率谱密度的条件，(2)不满足。
习题 试求 X(t)=A cost 的自相关函数，并根据其自相关函数求出其功率。
E[Z (t)] E[m(t) cos(w0t )] E[m(t)]E[cos(w0t )]
[ 1
2
2 0
cos(w0t
)d ]E[Z(t)]
0
RZ (t1,t2 ) E[Z (t1)Z (t2 )] E[m(t1) cos(w0t1 )m(t2 ) cos(w0t2 )]
2 y
R0 (0)
n0 4RC
所以输出噪声的概率密度函数
py (x)
1 exp( 2x2RC )
n0
n0
2RC
习题设随机过程 (t) 可表示成 (t) 2cos(2t ) ，式中 是一个离散随变量，且 p( 0) 1/ 2、p( / 2) 1/ 2 ，试求 E[ (1)] 及 R (0,1) 。
均值为 0、方差为 2 的正态随机变量，试求：
（1） E[Z (t)] 、 E[Z 2 (t)] ；
（2） Z (t) 的一维分布密度函数 f (z) ；
（3） B(t1, t2 ) 和 R(t1, t2 ) 。 解：
（1）
E[Z (t)] E[ X1 cos w0t X 2 sin w0t] cos w0tE[ X1] sin w0tE[ X 2 ] 0 因为 X1 和 X2 是彼此独立的正态随机变量， X1 和 X2 是彼此互不相关，所以
函数为
104 f 2, 10 kHZ f 10 kHZ
PX ( f )
0,其它
(1)试画出自相关函数 RX ( ) 的曲线；(2)试求出 X(t)的功率谱密度 PX ( f ) 和功率 P。
1 ,
解：(1) Rx 1
0,
其波形如图 2-1 所示。
1 0 0 1 其它
Rx
12
1
解： (t,t+ )=E[X(t)X(t+ )]=E[ X1(t) X 2 (t) X1(t ) X 2 (t ) ]
= E X1(t)X1(t ) E X2(t)X2(t ) = R R X1( ) X2 ( )
习题 设随机过程 X(t)=m(t) cost ，其中 m(t)是广义平稳随机过程，且其自相关
解：R(t，t+ )=E[X(t)X(t+ )] = E Acost * Acos(t )
1 A2E cos cos(2t ) A2 cos R( )
2
2
功率 P=R(0)= A2 2
习题 设 X1t 和 X 2 t是两个统计独立的平稳随机过程，其自相关函数分别为 RX1 和RX2 。试求其乘积 X(t)= X1(t) X 2 (t) 的自相关函数。
1 , 1 0
Rm ( )
1 , 0
1
Rm ( ) 为
0,其它
计独立。
是服从均匀分布的随机变量，它与 m(t) 彼此统
（1） 证明 Z (t) 是宽平稳的； （2） 绘出自相关函数 RZ ( ) 的波形；
（3） 求功率谱密度 PZ (w) 及功率 S 。 解：
（1） Z (t) 是宽平稳的 E[Z(t)] 为常数；
解：
因 X (t) 与Y (t) 是统计独立，故 E[XY ] E[X ]E[Y ]
RZ ( ) E[Z(t)Z(t )] E[X (t)Y (t)X (t )Y (t )] E[ X (t) X (t )]E[Y (t)Y (t )] RX ( )RY ( )
习题若随机过程 Z (t) m(t) cos(w0t ) ，其中 m(t) 是宽平稳随机过程，且自相关函数
2
(t
)
dt
2 cos(2 ) e j2t e j2t
P( f )
R
X
( )e j2
f d
(e
j
2
t
e
j2t )e
j 2
f d
( f 1) ( f 1)
习题 设有一信号可表示为：
4 exp(t) ,t 0 X (t) {
0, t<0
试问它是功率信号还是能量信号并求出其功率谱密度或能量谱密度。
布，其概率分布函数 px
1 2
exp
z2 2 2
。
(3) R X t1,t2 EX t1 X t2 E(x1 cos 2t1 x2 sin 2t1)x1 cos 2t2 x2 sin 2t2 2 cos 2t1 cos 2t2 sin 2t1 sin 2t2 2 cos 2 t2 t1
E[ X1X 2 ] 0
E[Z
2
(t)]
E[
X
2 1
cos2
w0t
X
2 2
sin 2
w0t ]
cos2
w0tE[
X
2 1
]
sin
2
w0tE[
X
2 2
]
X1)
E[
X
2 1
]
E[
X
2 2
]
2
E[
X
2 1
]
2
同理 E[ X 22 ] 2
代入可得 E[Z 2 (t)] 2
（2）
cost
习题 设一个随机过程 X(t)可以表示成： X (t) 2cos(2t ), t
判断它是功率信号还是能量信号并求出其功率谱密度或能量谱密度。
解：为功率信号。
RX
(
)
limT
1 T
T /2 T / 2
X
(t)
X
(t
)dt
1
limT T
T /2 T /
2
2
cos(2
t
)
*
2
cos
习题 设有一个 RC 低通滤波器如图 2-7 所示。当输入一个均值为 0、双边功率 谱密度为 n0 的白噪声时，试求输出功率谱密度和自相关函数。
2 解：参考例 2-10
习题 设有一个 LC 低通滤波器如图 2-4 所示。若输入信号是一个均值为 0、双边
功率谱密度为 n0 的高斯白噪声时，试求 2
(1) 输出噪声的自相关函数。(2)输出噪声的方差。
由 E[Z (t)] =0； E[Z 2 (t)] 2 又因为 Z (t) 是高斯分布
可得 D[Z (t)] 2
1
z2
f [Z (t)] 2 exp( 2 2 )
(3)
B(t1, t2 ) R(t1, t2 ) E[Z (t1)]E[Z (t2 )] R(t1,t2 )
E[( X1 cos w0t1 X 2 sin w0t1)( X1 cos w0t2 X 2 sin w0t2 )]