Categoría: Secuencia Binaria PAM a PSK

$Y(t) = a \cos \big( 2\pi t + \frac{\pi}{2}X(t) \big)$ $R_y(t_1,t_2) = E[Y(t_1)Y(t_2)] = a^2 \sin (2\pi t_1) \sin(2\pi t_2)$

f) ¿Y(t) tiene media cruadrática derivable? Si lo es, encuentre las funciones para media y autocorrelacón.

Y(t) es diferenciable entodos los puntos

$\frac{\delta y}{\delta t}Y(t) = \frac{\delta y}{\delta t} \big[ a \cos \big( 2\pi t + \frac{\pi}{2}X(t) \big)\big]$ $= a(-2\pi) \sin \big( 2\pi t + \frac{\pi}{2}X \big) \big]$

media o valor esperado:

$E \big[ \frac{\delta y}{\delta t}Y(t) \big] = \frac{\delta y}{\delta t} E[Y(t)] = 0$

autocorrelación:

$R_{Y'}(t_1, t_2) = \frac{\delta ^2}{\delta t_1 \delta t_2} R_Y((t_1, t_2)$ $= \frac{\delta ^2}{\delta t_1 \delta t_2} \big[a^2 \sin (2\pi t_1) \sin(2\pi t_2)\big]$ $= a^2(2\pi ) \cos(2\pi t_1) \frac{\delta }{ \delta t_2} \big[\sin(2\pi t_2)\big]$ $= a^2 (2\pi) \cos (2\pi t_1)(2\pi) \sin (2\pi t_2)$ $= 4 \pi^2 a^2 \cos(2\pi t_1) \sin(2\pi t_2)$

para nT ≤ t₁ , t₂ < (n+1)T

0 para otro caso

 

$R_y(t_1,t_2) = E[Y(t_1)Y(t_2)] = a^2 \sin (2\pi t_1) \sin(2\pi t_2)$

e) ¿El proceso Y(t) tiene media cuadrática contínua?

Sí, por las condiciones siguientes:

Referencia: León-García 9.7.1 p.531

Si R_X(t₁,t₂) es contínua en t₁ y t₂ en el punto (t₀,t₀), entonces X(t) tiene media cuadrática continua en t₀.

Si X(t) tiene media cuadrática contínua en t₀ , entonces la función media m_X(t) debe ser contínua en t₀.

Si R_X(τ) es contínua en τ=0 entondes el proceso estocástico estacionario en el sentido amplio WSS para X(t) es contino en la media cuadtática en todos los  puntos t₀.

Los resultados son:

$E[Y(t)] = 0$ $R_y(t_1,t_2) = E[Y(t_1)Y(t_2)] = a^2 \sin (2\pi t_1) \sin(2\pi t_2)$ $C_{Y} (t_1,t_2) = E[Y(t_1)Y(t_2)] + E[Y(t_1)]E[Y(t_2)]$ $= a^2 \sin (2\pi t_1) \sin(2\pi t_2) + 0$ $= a^2 \sin (2\pi t_1) \sin(2\pi t_2)$

siendo la media una constante = 0, entonces:

$C_Y[t_1, t_2] = R_y(t_1,t_2)$ $C_Y[t_1, t_2] = a^2 \sin (2\pi t_1) \sin(2\pi t_2)$

Existe un valor T tal que:

$C_Y[t_1, t_2] = C_Y[t_1 + mT, t_2 + mT]$

El proceso es clasificado como ciclo-estacionario

para:

para nT ≤ t₁ , t₂ < (n+1)T

0 para otro caso

$Y(t) = a \cos \big( 2\pi t + \frac{\pi}{2}X(t) \big)$

c) Encuentre la media y autocorrelacion de Y(t)

$E[Y(t_1) Y(t_2)] = E\big[a \cos \big( 2\pi t_1 + \frac{\pi}{2}X \big) . a \cos \big( 2\pi t_2 + \frac{\pi}{2}X\big)\big]$ $g(x) = a \cos \big( 2\pi t_1 + \frac{\pi}{2}X \big) . a \cos \big( 2\pi t_2 + \frac{\pi}{2}X\big)$

Referencia: Valor esperado de funciones de variable aleatoria (León-García 3.3.1 p. 107
Si z =g(x)
$E[g(x)] = \sum_k g(x_k)p_x(X_k)$
tomando la pmd mostrada en el cálculo del valor esperado, se tiene entonces que:
$= \big[ a \cos \big( 2\pi t_1 + \frac{\pi}{2}(-1)\big) . a \cos \big( 2\pi t_2 + \frac{\pi}{2}(-1)\big)\big] \frac{1}{2} +$
$+ \big[ a \cos \big( 2\pi t_1 + \frac{\pi}{2}(1)\big) . a \cos \big( 2\pi t_2 + \frac{\pi}{2}(1)\big)\big] \frac{1}{2}$
$= \frac{a^2}{2} \cos \big( 2\pi t_1 - \frac{\pi}{2}\big) \cos \big( 2\pi t_2 - \frac{\pi}{2}\big) +$
$+ \frac{a^2}{2}\cos \big( 2\pi t_1 + \frac{\pi}{2}\big) \cos \big( 2\pi t_2 + \frac{\pi}{2}\big)$
$= \frac{a^2}{2} \sin (2\pi t_1) \sin (2\pi t_2) +$
$+ \frac{a^2}{2}[-\sin(2\pi t_1)][-\sin (2\pi t_2)]$
$= \frac{a^2}{2} 2 \sin (2\pi t_1) \sin( 2\pi t_2)$
$= a^2 \sin ( 2\pi t_1) \sin(2\pi t_2)$
$= \frac{a^2}{2}\big[ \cos(2\pi t_1 - 2\pi t_2) - \cos(2\pi t_1 + 2\pi t_2) \big]$
$E[Y(t_1)Y(t_2)] = \frac{a^2}{2}\big[ \cos(2\pi t_1 - 2\pi t_2) - \cos(2\pi t_1 + 2\pi t_2) \big]$

Referencia: Problema 9.133 Leon-García p.574

Un proceso de modulación por fase se define como:

$Y(t) = a \cos \big( 2\pi t + \frac{\pi}{2}X(t) \big)$

Sea X(t) un proceso de modulación de amplitud de pulsos con valores de +1 y -1 que representan a los bits 1 y 0 como se muestra en la tabla.

dato en binario (bit)	símbolo
1	+1
0	-1

Suponga que T=1, que es la duración de cada símbolo X(t).

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Algunos datos:

De los experimentos realizados con BPSK y Delta-Sigma para entrontrar la pmf de [+1,-1], se encontró que la media del proceso era igual a 0.

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a) Dibuje una muestra de la función Y(t) correspondiente a la secuencia binaria 0010110

# Problema 9.133 Leon-Garcia p.574
# PAM - Pulse Amplitude Modulation
# PSK - Phase Shift Keying
# literal a)
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# INGRESO
# secuencia = input('secuencia binaria: ')
secuencia = '0010110'

# PROCEDIMIENTO
n = len(secuencia)
# texto a símbolos PAM
senalbit = np.zeros(n,dtype=int)
for i in range(0,n,1):
    senalbit[i] = int(secuencia[i])
    if (senalbit[i]==0):
        senalbit[i] = -1
# Señal en PAM
anchobit = 100 # muestras dentro de cada bit
senalpam = np.repeat(senalbit, anchobit)
m = len(senalpam)

# Eje de tiempo:
ti = np.arange(0,m,dtype=float)
ti = ti/anchobit

# Señal PSK
f = 1
senalpsk = np.zeros(m,dtype=float)
for i in range(0,m,1):
    fase = (np.pi/2)*senalpam[i]
    senalpsk[i] = np.cos(2*np.pi*f*ti[i] + fase)

# SALIDA Gráfica
# Señal PAM
plt.subplot(211)
plt.plot(ti,senalpam, color='g')
for k  in range(0,n,1):
    plt.vlines(k,1,-1, color= 'm', linestyles='dotted')
plt.ylabel('Señal PAM')
# Señal PSK
plt.subplot(212)
plt.plot(ti,senalpsk, color='b')
for k  in range(0,n,1):
    plt.vlines(k,1,-1, color= 'm', linestyles='dotted')
plt.ylabel('señal PSK')
plt.suptitle('Secuencia binaria PAM a PSK')
plt.show()

continua…