数字通信-第2章2011-3new

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1、第二章随机过程理论概要2.1随机变量1.随机变量的概率分布函数(CDF)和概率密度函数(PDF)ò随机变量X的概率分布函数(即累积分布函数CDF)F(x)≡P(X≤x)其中(-∞

2、x1∂x2...∂xò在给定随机变量X2取值为x2的情况下,随机变量X1的条件PDF为p(x1

3、x2)=p(x1,x2)/p(x2)(2-3a)∞其中p(x2)=∫p(x1,x2)dx1(2-3b)−∞为X2的边沿概率密度函数,p(x1,x2)为X1和X2的联合PDF。ò复随机变量的CDF和PDF可看成两个随机变量的联合CDF和PDF。2.统计独立的随机变量n个随机变量相互统计独立,则其CDF和PDF分别为F(x1,x2,...,xn)=F(x1).F(x2)...F(xn)(2-4a)p(x1,x2,...,xn)=p(x1).p(x2)...p(

4、xn)(2-4b)13.随机变量的函数设随机变量X的PDF为pX(x),X的函数Y=g(X)的PDF可以由pX(x)求得:ò如果Y=g(X)=aX+b,则Y的PDF为1y−bp(y)=p()(2-5)YXaa2ò如果Y=g(X)=aX+b,则Y的CDF为2FY(y)=P(Y≤y)=P(aX+b≤y)=P(

5、X

6、≤(y−b)/a)(2-6a)=FX((y−b)/a)−Fx(−(y−b)/a)将其微分即得到其PDFpX((y−b)/a)pX(−(y−b)/a)pY(y)=+(2-6b)2a(y−b)/a2a(y−b)/aò如果两组n维随机变量存在如下线性

7、关系nYi=∑aijXj其中i=1,2,...,n(2-7a)j=1或表示为矩阵形式Y=AX(2-7b)则Y的PDF为nnn1pY(y1,y2,...yn)=pX(x1=∑b1jyj,x2=∑∑b2jyj,...,xn=bnjynj)(2-8)

8、detA

9、j=1j==11j-1其中{bij}为逆矩阵A的元素。4.随机变量的统计平均ò单个随机变量X,设其PDF为p(x),那么¢其n阶矩定义为∞nnE(X)=∫xp(x)dx(2-9a)−∞¢其期望值(或称均值)即一阶矩,定义为:∞mx=E(X)=∫xp(x)dx(2-9b)−∞¢其方差,即二阶中心矩定义

10、为:2∞222σx=E[(X−mx)]=∫(x−mx)p(x)dx(2-9c)−∞2222并有关系式σx=E[(X−mx)]=E(X)−mx(2-9d)ò两个随机变量X1和X2,设其联合PDF为p(x1,x2),那么¢其联合矩定义为∞knknE(X1X2)=∫x1x2p(x1,x2)dx1dx2(2-10a)−∞当k=n=1时,此联合矩称为X1和X2的相关¢其联合中心矩定义为∞knknE[(X1−m1)(X2−m2)]=∫(x1−m1)(x2−m2)p(x1,x2)dx1dx2(2-10b)−∞当k=n=1时,此联合中心矩称为X1和X2的协方差。òn

11、个随机变量X1,X2,…,Xn,设其中两个随机变量Xi和Xj的联合PDF为p(xi,xj)¢那么Xi和Xj的联合矩定义为∞knknE(XiXj)=∫xixjp(xi,xj)dxidxj(2-11a)−∞当k=n=1时,此联合矩称为Xi和Xj的互相关。¢其联合中心矩定义为∞knknE[(Xi−mi)(Xj−mj)]=∫(xi−mi)(xj−mj)p(xi,xj)dxidxj(2-11b)−∞当k=n=1时,此联合中心矩称为Xi和Xj的协方差μij。并有关系式μij=E(XiXj)−mimj(2-11c)ò随机变量的特征函数¢特征函数定义为∞jvXjvx

12、ψ(jv)≡E(e)=∫ep(x)dx(2-12a)−∞即概率密度函数的傅立叶变换。¢概率密度函数为特征函数的逆傅立叶变换1∞−jvxp(x)=∫eψ(jv)dv(2-12b)2π−∞¢在v=0处计算特征函数的n阶导数,可得到n阶矩3ndψ(jv)n∞njvxE(X)=

13、v=0=(−j)∫xep(x)dx

14、v=0(2-12c)dv−∞2.2一些重要的概率分布1)二项式分布设Y为n个分布相同的二值随机变量之和,即Y=X1+X2+...+Xn,其中PX(1i==),pPX(0==−)1,pin=1,2,...,,则Y为二项式分布,iòY=k的概率为n!k

15、n−kP(Y=k)=p(1−p)(2-13a)k!(n−k)!ò相应的累积概率分布函数(CDF)为[y]F(

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