Difference between revisions of "Theory of Stochastic Signals"

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Dieses dritte Buch unseres Lerntutorials beschäftigt sich detailliert mit den stochastischen Signalen und deren Modellierung.
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===Brief summary===
*Kenntnisse der stochastischen Signaltheorie sind wichtige Voraussetzungen für das Verständnis der folgenden Bücher, bei denen übertragungstechnische Aspekte im Vordergrund stehen.
 
*Kenntnisse der zwei ersten LNTwww–Bücher, die die [[Signaldarstellung|Darstellung deterministischer Signale]] sowie die [[Lineare_zeitinvariante_Systeme|Beschreibung linearer zeitinvarianter Systeme]] beinhalten, sind für das Verständnis hilfreich, aber nicht erforderlich.
 
  
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{{BlaueBox|TEXT=This third book of our learning tutorial deals in detail with stochastic signals and their modelling. Knowledge of stochastic signal theory is an important prerequisite for understanding the following books, which focus on transmission aspects.
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# Fundamentals and definitions of probability theory;  set-theoretic description;  Statistical dependence;  Markov chains.
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# Properties of discrete-valued random variables and their computational generation.  Examples:  Binomial and Poisson distribution.  Moments calculation.
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# Description of continuous-valued random variables:  Probability density function,  distribution function,  moment calculation.  special distributions. 
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# Two- and multi-dimensional random variables:  Autocorrelation function,  power-spectral density,  correlation coefficient,  cross-correlation function. 
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# Filtering of stochastic signals   ⇒   »Stochastic System Theory«;  digital filters;  properties of matched filter and Wiener–Kolmogorov filter.
  
Der Umfang dieses Buches entspricht einer Lehrveranstaltung mit drei Semesterwochenstunden (SWS) Vorlesung und zwei SWS Übungen.
 
  
Hier zunächst eine Inhaltsübersicht anhand der fünf Hauptkapitel mit insgesamt 28 Kapiteln.  
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Knowledge of the first two  $\text{LNTwww}$-books,  which describe the  [[Signal Representation|»representation of deterministic signals«]]  as well as the  [[Linear_and_Time_Invariant_Systems|"description of linear and time-invariant systems»]],   are helpful for the understanding of the present book,  but not required.
  
===Inhalt===
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⇒   First a  »'''content overview'''«  on the basis of the  »'''five main chapters'''«  with a total of  »'''28 individual chapters'''«  and  »'''166 sections'''«:}}
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===Content===
 
{{Collapsible-Kopf}}
 
{{Collapsible-Kopf}}
{{Collapse1| header=Wahrscheinlichkeitsrechnung
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{{Collapse1| header=Probability Calculation
 
| submenu=  
 
| submenu=  
*[[/Einige grundlegende Definitionen/]]
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*[[/Some Basic Definitions/]]
*[[/Mengentheoretische Grundlagen/]]
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*[[/Set Theory Basics/]]
*[[/Statistische Abhängigkeit und Unabhängigkeit/]]
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*[[/Statistical Dependence and Independence/]]
*[[/Markovketten/]]
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*[[/Markov Chains/]]
 
}}
 
}}
{{Collapse2 | header=Diskrete Zufallsgrößen
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{{Collapse2 | header=Discrete Random Variables
 
|submenu=
 
|submenu=
*[[/Vom Zufallsexperiment zur Zufallsgröße/]]
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*[[/From Random Experiment to Random Variable/]]
*[[/Momente einer diskreten Zufallsgröße/]]
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*[[/Moments of a Discrete Random Variable/]]
*[[/Binomialverteilung/]]
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*[[/Binomial Distribution/]]
*[[/Poissonverteilung/]]
+
*[[/Poisson Distribution/]]
*[[/Erzeugung von diskreten Zufallsgrößen/]]
+
*[[/Generation of Discrete Random Variables/]]
 
}}
 
}}
{{Collapse3 | header=Kontinuierliche Zufallsgrößen
+
{{Collapse3 | header=Continuous Random Variables
 
|submenu=
 
|submenu=
*[[/Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion/]]
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*[[/Probability Density Function/]]
*[[/Verteilungsfunktion/]]
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*[[/Cumulative Distribution Function/]]
*[[/Erwartungswerte und Momente/]]
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*[[/Expected Values and Moments/]]
*[[/Gleichverteilte Zufallsgrößen/]]
+
*[[/Uniformly Distributed Random Variables/]]
*[[/Gaußverteilte Zufallsgrößen/]]
+
*[[/Gaussian Distributed Random Variables/]]
*[[/Exponentialverteilte Zufallsgrößen/]]
+
*[[/Exponentially Distributed Random Variables/]]
*[[/Weitere Verteilungen/]]
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*[[/Further Distributions/]]
 
}}
 
}}
{{Collapse4 | header=Zufallsgrößen mit statistischen Bindungen
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{{Collapse4 | header=Random Variables with Statistical Dependence
 
|submenu=
 
|submenu=
*[[/Zweidimensionale Zufallsgrößen/]]
+
*[[/Two-Dimensional Random Variables/]]
*[[/Zweidimensionale Gaußsche Zufallsgrößen/]]
+
*[[/Two-Dimensional Gaussian Random Variables/]]
*[[/Linearkombinationen von Zufallsgrößen/]]
+
*[[/Linear Combinations of Random Variables/]]
*[[/Autokorrelationsfunktion (AKF)/]]
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*[[/Auto-Correlation Function/]]
*[[/Leistungsdichtespektrum (LDS)/]]
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*[[/Power-Spectral Density/]]
*[[/Kreuzkorrelationsfunktion und Kreuzleistungsdichte/]]
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*[[/Cross-Correlation Function and Cross Power-Spectral Density/]]
*[[/Verallgemeinerung auf N-dimensionale Zufallsgrößen/]]
+
*[[/Generalization to N-Dimensional Random Variables/]]
 
}}
 
}}
{{Collapse5 | header=Filterung stochastischer Signale
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{{Collapse5 | header=Filtering of Stochastic Signals
 
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*[[/Stochastische Systemtheorie/]]
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*[[/Stochastic System Theory/]]
*[[/Digitale Filter/]]
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*[[/Digital Filters/]]
*[[/Erzeugung vorgegebener AKF-Eigenschaften/]]
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*[[/Creation of Predefined ACF Properties/]]
*[[/Matched-Filter/]]
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*[[/Matched Filter/]]
*[[/Wiener–Kolmogorow–Filter/]]
+
*[[/Wiener–Kolmogorow Filter/]]
 
}}
 
}}
 
{{Collapsible-Fuß}}
 
{{Collapsible-Fuß}}
  
Neben diesen Theorieseiten bieten wir auch Aufgaben und multimediale Module an, die zur Verdeutlichung des Lehrstoffes beitragen könnten:
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===Exercises and multimedia===
*[https://en.lntwww.de/Kategorie:Aufgaben_zu_Stochastische_Signaltheorie '''Aufgaben''']
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*[[LNTwww:Lernvideos_zu_Stochastische_Signaltheorie|'''Lernvideos''']]
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{{BlaueBox|TEXT=
*[[LNTwww:HTML5-Applets_zu_Stochastische_Signaltheorie|'''neu gestaltete Applets''']], basierend auf HTML5, auch auf Smartphones lauffähig
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In addition to these theory pages,  we also offer exercises and multimedia modules on this topic,  which could help to clarify the teaching material:
*[[LNTwww:SWF-Applets_zu_Stochastische_Signaltheorie|'''frühere Applets''']], basierend auf SWF, lauffähig nur unter WINDOWS mit ''Adobe Flash Player''
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$(1)$    [https://en.lntwww.de/Category:Theory_of_Stochastic_Signals:_Exercises $\text{Exercises}$]
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$(2)$    [[LNTwww:Learning_videos_to_"Theory_of_Stochastic_Signals"|$\text{Learning videos}$]]
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$(3)$    [[LNTwww:Applets_to_"Theory_of_Stochastic_Signals"|$\text{Applets}$]] }}
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===Further links===
  
'''Empfohlene Literatur:'''
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{{BlaueBox|TEXT=
*Böhme, J. F.: Stochastische Signale. Eine Einführung in Modelle, Systemtheorie und Statistik mit Übungen und einem MATLAB-Praktikum. 2. Aufl. Wiesbaden: Vieweg+Teubner Verlag, 1998. ISBN 3-663-07959-7
+
$(4)$    [[LNTwww:Bibliography_to_"Theory_of_Stochastic_Signals"|$\text{Bibliography}$]]
*Bratley, P.; Fox, B. L.; Schrage, L. E.: A Guide to Simulation. New York NY: Springer New York : Imprint: Springer, 1987. ISBN 978-1-4419-8724-2
 
*Davenport, W. B.: Probability and random processes. An introduction for applied scientists and engineers. New York NY u.a.: McGraw-Hill, 1987. ISBN 0-07-015440-6
 
*Fisz, M.: Wahrscheinlichkeitsrechnung und mathematische Statistik. 11. Aufl. Bd. 40. Berlin: Dt. Verl. der Wiss, 1989. ISBN 3-326-00079-0
 
*Greiner, M.; Tinhofer, G.: Stochastik für Studienanfänger der Informatik. München (u.a.): Hanser, 1996. ISBN 3-446-18636-0
 
*Hänsler, E.: Statistische Signale. Grundlagen und Anwendungen. 3. Aufl. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg; Imprint; Springer, 2001. ISBN 3-642-62579-7
 
*Jackson, L. B.: Digital filters and signal processing. With MATLAB exercises. Boston: Kluwer Academic Publishers, 2010. ISBN 1-475-72458-6
 
*Knuth, D. E.: Fundamental algorithms. vol. 1. 3. Aufl. Boston: Addison-Wesley, 2017. ISBN 0-201-89683-4
 
*Knuth, D. E.: Seminumerical algorithms. vol. 2. 3. Aufl. Boston: Addison-Wesley, 2016 ISBN 0-201-89684-2
 
*Kolmogoroff, A.: Grundbegriffe der Wahrscheinlichkeitsrechnung. Bd. 2. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg; Imprint; Springer, 1933. ISBN 3-642-49596-6
 
*Kreyszig, E.: Statistische Methoden und ihre Anwendungen. 5. Aufl. Göttingen: Vandenhoeck & Ruprecht, 1998. ISBN 978-3-525-40717-2
 
*Lücker, R.: Grundlagen digitaler Filter. Einführung in die Theorie linearer zeitdiskreter Systeme und Netzwerke. Bd. 7. Berlin (u.a.): Springer, 1985. ISBN 978-3-54015-064-0
 
*Lüke, H. D.: Korrelationssignale. Korrelationsfolgen und Korrelationsarrays in Nachrichten- und Informationstechnik, Meßtechnik und Optik. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 1992. ISBN 978-3-64276-953-5
 
*Müller, P. H.: Wahrscheinlichkeitsrechnung und mathematische Statistik. Lexikon der Stochastik. 5. Aufl. Berlin: Akad.-Verl., 1991. ISBN 3-055-00608-9
 
*Papoulis, A.; Pillai, S. U.: Probability, random variables, and stochastic processes. 4. Aufl. Boston, Mass.: McGraw-Hill, 2009. ISBN 978-0-07122-661-5
 
*Söder, G.: Modellierung, Simulation und Optimierung von Nachrichtensystemen. Bd. 23. Berlin: Springer, 1993. ISBN 978-3-54057-215-2
 
*Thomas, J. B.: Introduction to probability. New York, NY: Springer, 1986. ISBN 978-0-38796-319-8
 
  
 +
$(5)$    [[LNTwww:Imprint_for_the_book_"Stochastic_Signal_Theory"|$\text{Impressum}$]]}}
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<br><br>
  
[[LNTwww:Autoren#Stochastische Signaltheorie|'''Hinweise zu den Autoren und den Materialien, von denen bei der Erstellung des Buches ausgegangen wurde.''']]
 
  
 
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Latest revision as of 12:24, 3 April 2023

Brief summary

This third book of our learning tutorial deals in detail with stochastic signals and their modelling. Knowledge of stochastic signal theory is an important prerequisite for understanding the following books, which focus on transmission aspects.

  1. Fundamentals and definitions of probability theory;  set-theoretic description;  Statistical dependence;  Markov chains.
  2. Properties of discrete-valued random variables and their computational generation.  Examples:  Binomial and Poisson distribution.  Moments calculation.
  3. Description of continuous-valued random variables:  Probability density function,  distribution function,  moment calculation.  special distributions.
  4. Two- and multi-dimensional random variables:  Autocorrelation function,  power-spectral density,  correlation coefficient,  cross-correlation function.
  5. Filtering of stochastic signals   ⇒   »Stochastic System Theory«;  digital filters;  properties of matched filter and Wiener–Kolmogorov filter.


Knowledge of the first two  $\text{LNTwww}$-books,  which describe the  »representation of deterministic signals«  as well as the  "description of linear and time-invariant systems»,  are helpful for the understanding of the present book,  but not required.

⇒   First a  »content overview«  on the basis of the  »five main chapters«  with a total of  »28 individual chapters«  and  »166 sections«:


Content

Exercises and multimedia

In addition to these theory pages,  we also offer exercises and multimedia modules on this topic,  which could help to clarify the teaching material:

$(1)$    $\text{Exercises}$

$(2)$    $\text{Learning videos}$

$(3)$    $\text{Applets}$ 


Further links