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. 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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===Brief summary===
  
Das Buch gliedert sich wie folgt:  
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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.
  
===Inhalt===
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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.
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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/]]
+
*[[/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/]]
+
*[[/Binomial Distribution/]]
*[[/Poissonverteilung/]]
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*[[/Poisson Distribution/]]
*[[/Erzeugung von diskreten Zufallsgrößen/]]
+
*[[/Generation of Discrete Random Variables/]]
 
}}
 
}}
{{Collapse3 | header=Kontinuierliche Zufallsgrößen
+
{{Collapse3 | header=Continuous Random Variables
 
|submenu=
 
|submenu=
*[[/Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion (WDF)/]]
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*[[/Probability Density Function/]]
*[[/Verteilungsfunktion (VTF)/]]
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*[[/Cumulative Distribution Function/]]
*[[/Erwartungswerte und Momente/]]
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*[[/Expected Values and Moments/]]
*[[/Gleichverteilte Zufallsgröße/]]
+
*[[/Uniformly Distributed Random Variables/]]
*[[/Gaußverteilte Zufallsgröße/]]
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*[[/Gaussian Distributed Random Variables/]]
*[[/Exponentialverteilte Zufallsgrößen/]]
+
*[[/Exponentially Distributed Random Variables/]]
*[[/Weitere Verteilungen/]]
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*[[/Further Distributions/]]
 
}}
 
}}
{{Collapse4 | header=Zufallsgrößen mit statistischen Bindungen
+
{{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)/]]
+
*[[/Auto-Correlation Function/]]
*[[/Leistungsdichtespektrum (LDS)/]]
+
*[[/Power-Spectral Density/]]
*[[/Kreuzkorrelationsfunktion und Kreuzleistungsdichte/]]
+
*[[/Cross-Correlation Function and Cross Power-Spectral Density/]]
*[[/Verallgemeinerung auf N-dimensionale Zufallsgrößen/]]
+
*[[/Generalization to N-Dimensional Random Variables/]]
 
}}
 
}}
{{Collapse5 | header=Filterung stochastischer Signale
+
{{Collapse5 | header=Filtering of Stochastic Signals
 
|submenu=
 
|submenu=
*[[/Stochastische Systemtheorie/]]
+
*[[/Stochastic System Theory/]]
*[[/Digitale Filter/]]
+
*[[/Digital Filters/]]
*[[/Erzeugung vorgegebener AKF-Eigenschaften/]]
+
*[[/Creation of Predefined ACF Properties/]]
*[[/Matched-Filter/]]
+
*[[/Matched Filter/]]
*[[/Wiener–Kolmogorow–Filter/]]
+
*[[/Wiener–Kolmogorow Filter/]]
 
}}
 
}}
 
{{Collapsible-Fuß}}
 
{{Collapsible-Fuß}}
  
Der Umfang dieses Buches entspricht einer Lehrveranstaltung mit drei Semesterwochenstunden (SWS) Vorlesung und zwei SWS Übungen.
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===Exercises and multimedia===
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{{BlaueBox|TEXT=
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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:
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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.R.: Stochastische Signale. Stuttgart: B.G. Teubner, 1993.
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$(4)$    [[LNTwww:Bibliography_to_"Theory_of_Stochastic_Signals"|$\text{Bibliography}$]]
*Bratley, R.; Fox, B.L.; Schräge, L.E.: A Guide to Simulation. New York: Springer, 1987.
 
*Davenport, W.B.: Probability and Random Processes. New York: McGraw-Hill, 1970.
 
*Fisz, M.: Wahrscheinlichkeitsrechnung und mathematische Statistik. 9. Auflage. Berlin: Deutscher Verlag der Wissenschaften, 1978.
 
*Greiner, M.; Tinhofer, G.: Stochastik für Studienanfänger der Informatik. München: Carl Hanser, 1996.
 
*Hänsler, E.: Statistische Signale: Grundlagen und Anwendungen. 2. Auflage. Berlin – Heidelberg: Springer, 1997.
 
*Jackson, L.B.: Digital Filters and Signal Processing. Boston: Kluwer, 1986.
 
*Knuth, D.E.: The Art of Computer Programming – Volume l. Second Edition. Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1973.
 
*Knuth, D.E.: The Art of Computer Programming – Volume 2. Second Edition. Reading, Mass.: Addison-Wesley, 1981.
 
*Kolmogoroff, A.N.: Grundbegriffe der Wahrscheinlichkeitsrechnung. Berlin – Heidelberg: Springer, 1933.
 
*Kreyszig, E.: Statistische Methoden und ihre Anwendungen. 7. Auflage. Göttingen: Vandenhoeck & Ruprecht, 1985.
 
*Lücker, R.: Grundlagen digitaler Filter. Berlin – Heidelberg: Springer, 1980.
 
*Lüke, H.D.: Korrelationssignale. Berlin – Heidelberg: Springer, 1992.
 
*Müller, P.H.: Lexikon der Stochastik. 5. Auflage. Berlin: Akademie-Verlag, 1991.
 
*Papoulis, A.; Pillai, S.U.: Probability, Random Variables, and Stochastic Processes. Fourth Edition. New York: McGraw-Hill, 2002.
 
*Söder, G.: Modellierung, Simulation und Optimierung von Nachrichtensystemen. Berlin – Heidelberg: Springer, 1993.
 
*Thomas, J.B.: Introduction to Probability. New York: Springer, 1986.
 
  
 +
$(5)$    [[LNTwww:Imprint_for_the_book_"Stochastic_Signal_Theory"|$\text{Impressum}$]]}}
 +
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Latest revision as of 13:24, 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:

$(1)$    $\text{Exercises}$

$(2)$    $\text{Learning videos}$

$(3)$    $\text{Applets}$ 


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