Diskussion:Spektrale Leistungsdichte

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Neuanlage

Das lemma war ein roter link im Artikel Rauschen (Physik), andererseits ist es ein Unterabschnitt im gleichen Artikel.

Der Begriff ist aber nicht aufs Rauschen beschränkt, deshalb halte ich einen eigenständigen Artikel für gerechtfertigt. --Aki52 10:58, 11. Nov 2004 (CET)


Interessant waeren noch ein paar Datensaetze und die zugehoerigen spektralen Leistungsdichten, damit man eine Vorstellung davon erhaelt, wie sich das Rauschen und das Signal dann darin zeigen. --Proxima 13:50, 11. Nov 2004 (CET)

Sicher. Ich hab bis jetzt keine solchen Beispiele und versuche mir grad den Zusammenhang mit und die Unterschiede zur Fourier-Analyse klarzumachen. Wie gesagt: ich bin grad erst bei Rauschen (Physik) über das lemma gesolpert. Hast du vielleicht noch was auf der Pfanne? --Aki52 14:17, 11. Nov 2004 (CET)


Hm, nein ich habe leider auch keine Beispiele da. Aber das waere eine nette Uebungsaufgabe farbiges Rauschen mit dem Computer zu erzeugen. Wenn du einen guten Algorythmus hast oder ein allgemein bekanntes Vorgehen findest, kannst du ja auch ein Artikel dazu verfassen :), ich glaube daran sind sicher noch mehr interessiert. --Proxima 14:29, 11. Nov 2004 (CET)
mal sehen. ich sitz grad an der Aufgabe, verschiedene Rauschquellen bei bildverstärkten Kameras zu klassifizieren und dahingehend zu quantifizieren, mit welchen Parametern der störende Bildeindruck beim Bildrauschen angemessen zu beschreiben ist. In diesem Zusammenhnag ist sicher auch interessant, Rauschen auf dem Computer zu simulieren. --Aki52 16:17, 11. Nov 2004 (CET)

Überarbeitung

Hallo, ich hab mal den Artikel ein wenig überarbeitet und korrigiert. Es war meine erste Aktion in Wikipedia. ich hoff mal dass alles passt. Dabei möcht ich noch anmerken, dass ein paar Bilder nicht schlecht wären. Ich würde noch Graphen mit Hilfe von Scilab erzeugen und einfügen. Auch habe ich versucht ähnlich der englischen Seite eine Struktur reinzubekommen.--MeisterWiehl 21:22, 17. Feb. 2007 (CET)

Weißes Rauschen + Amplitudenverteilung

Ich lerne gerade für eine mündliche Prüfung Signalverarbeitung.

Dabei hatte ich jetzt folgenden gedankengang ( erkentnissfindungsweg quasi ) - vielleicht kann man das berücksichtigen:

ich dachte: hey: weißes rauschen, also dann machste mal eben fouriertransformation ... Ich denk mir WTF... das geht nich klar!

Dann ist mir erst aufgefallen dass man mit der spektralen leistungsdichte ja keine informationen erhält, mit denenen man das signal rekonstruieren kann, lediglich die autokorrelationsfunktion ist damit rekonstruierbar.

damit ist dann die frage, wie (also in welchen formen) ich weißes rauschen erzeugen kann lauter geworden.

offensichtlich macht ja die amplitudenverteilung für (diskrete verteilung jetzt mal) einen messwert keinen unterschied bezüglich der autokorrelationsfunktion.


blah blah blah - ich rede und komme doch nirgendwo an. vielleicht hat jemand aber eine idee, wie man was sinnvolles für den artikel daraus verzapfen kann ;)

Autokorrelationsfunktion

Hallo,

die hier dargestellt Autokorrelationsfunktion ist keine Autokorrelationsfunktion sondern die AutoKOVARIANZfunktion. Die Definition die ich kenne bezieht sich dabei auf die Varianz anstatt auf die Funktion . Ich bitte das nochmal zu prüfen! Vielleicht hat es in der Quelle keinen Unterschied gemacht und führt nun bei Lesern aber doch zu Fehlern.

(nicht signierter Beitrag von 79.220.120.227 (Diskussion) )

In der Physik wird die Autokovarianzfunktion häufig einfach (Auto)Korrelationsfunktion genannt.--Claude J 18:08, 28. Okt. 2008 (CET)

Autoleistungsspektrum

Bei

fehlt die Normierung auf T. Es müsste heißen:

Dabei ist das zu X_T(f) gehörige Zeitsignal: x_T(t)=x(t) im Intervall [-T,+T], sonst Null. und entsprechend

(nicht signierter Beitrag von 79.207.97.38 (Diskussion) 16:32, 5. Jan. 2009)--wdwd 18:41, 5. Jan. 2009 (CET)

Erste und zweite Gleichung sind nachvollziehbar und passen (meiner Meinung). Steht auch so im Artikel, wobei zweite Gleichung nicht explizit. Dritte Gleichung: Da ist die Bildung der Leistung durch Bildung des Erwartungswerts gegeben - das zusätzliche 1/T bei E{.} passt von der Dimension nicht. Deswegen können zur Ermittlung des Erwartungswertes die Energiespektren nur über einen endlichen Zeitbereich T herangezogen werden. Über einen unendlichen Zeitbereich wäre die Energie des Signals unendlich (power-type-signal).--wdwd 19:44, 21. Mär. 2009 (CET)
Das wird in verschiedenen Büchern jeweils unterschiedlich angegeben, entweder oder T oder mit T. Vielleicht ist das auch eine Definitionssache von T; richtiger kommt mir aber die Version mit der Normierung auf T vor, sie folgt ja sehr einfach, wenn man die Fouriertrafo von <Korrelationsfunktion> ausrechnet. --140.77.129.42 17:33, 31. Okt. 2010 (CET)

Kurzdefinition, Allgemeines, Autoleistungsspektrum

Hallo, mit ein paar Punkten in diesem Artikel sehe ich ein Problem und möchte gerne entsprechende Änderungen vorschlagen.

  1. Kurzdefinition, erster Satz, „… gibt die Energie … in einem infinitesimalen Frequenzband an.“: Das Leistungsdichtespektrum (LDS) gibt die Leistung und nicht die Energie in einem infinitesimal kleinen Frequenzband an. Andernfalls gäbe das Integral auch die Energie und nicht die Leistung (letzter Satz in der Kurzdefinition). Vorschlag: Energie durch Leistung ersetzen
  2. Allgemeines, erster Satz: Das Leistungs-Spektrum für monochromatische Signale ist durchaus (mathematisch im Sinne von Distributionen oder Maßen) definiert. Praktisch, beispielsweise zur Berechnung von SNR, ist die Kenntnis der Leistung eines monochromatischen Signals von großer Bedeutung. Vorschlag: Den Anteil über den Sinn des Spektrums weglassen.
  3. Allgemeines: Definition der Autokorrelationsfunktion. Schließt man komplexwertige Signale mit ein, sollte das Konjugiertkomplex-Zeichen an einem der beiden x im Integrand nicht fehlen. Vorschlag: Einschränkung auf reelwertige Funktionen oder ein „*“ an ein x mit aufnehmen
  4. Allgemeines, letzter Absatz: „Damit ist die spektrale Leistungsdichte auch für Rausch-Signale bestimmbar.“: Die Autokorrelationsfunktion (AKF) eines Rausch-Signals im Sinne eines Zufallprozesses ist zunächst nur über den Erwartungswert definiert. Die Formulierung der AKF eines Prozesses mit Hilfe eines (Lebesque-)Integrals ist m.E. nicht offensichtlich und kann insbesondere in der angegebenen Form nicht als Definition dienen. Siehe auch nächsten Kommentar. Vorschlag: Umformulierung auf: „Die spektrale Leistungsdichte ist auch für Rausch-Signale definiert.“.
  5. Allgemeines, letzter Satz: "... stationär ..." Der Satz ist zwar richtig, aber mit der Definition der Autokorrelation als Integral irreführend. Das Integral wertet eine Musterfunktion eines Zufallprozesses aus. Damit dies identisch mit dem Erwartungswert wird, ist zusätzlich die Forderung der Ergodizität notwendig. Vorschlag: Erwähnung, dass bei der Bestimmung des LDS von Rauschprozessen stets von einem ergodischen Prozess ausgegangen wird.
  6. Autoleistungsspektrum: Gleichung mit LDS und Quadrat der Fouriertransformation: Das Quadrat der Fouriertransformation gibt die Energie und nicht die Leistung wieder. Siehe auch Kommentar von wdwd vom 21.3.2009. Wäre das LDS so leicht berechenbar, bräuchte man das Wiener-Khintchine-Theorem nicht. Als ungeeignete (nur asymptotisch erwartungstreue, aber keine erwartungstreue, keine konsistente Schätzung) Nährung für das LDS kann man das Periodogramm einführen, das aber das Quadrat der (zeitbegrenzten) Fouriertransformation noch durch die betrachtete Zeitspanne teilt. Vorschlag: siehe nächsten Kommentar
  7. Autoleistungsspektrum: „Kurzzeitspektren“ und Berechnungsmethoden: Die Gleichung des Erwartungswertes der Kurzzeitspektren ist ebenso wie obige Gleichung wegen der fehlenden Zeitkonstante nicht richtig (siehe letzten Kommentar). Darüberhinaus werden für die Berechnung des LDS zwar gefensterte Fouriertransformationen benutzt, die Schwierigkeit besteht aber darin eine erwartungstreue, konsistente Schätzung zu bekommen. Bekannte Methoden für diskrete (bzw. bandbegrenzte) Funktionen sind die Bartlett-Methode, die Welch-Methode und Koorrelogramm-Verfahren wie z.B. von Blackman-Tukey. Auch scheint mir der Begriff des Kurzeitspektrums weniger geläufig, als "gefensterte Fouriertransformation". Vorschlag: Einführung der diskreten LDS. Erwähnung und Definition des Begriffes des Periodogramms mit dem Hinweis, dass es zur Berechnung ungeeignet sei. Erwartungstreue, konsistente Methoden dem Namen nach erwähnen mit Literaturhinweis (z.B. Kammeyer, Kroschel; "Digitale Signalverarbeitung"). Den Begriff Kurzeitspektrum könnte man mit "gefensterter Fouriertransformation" ersetzen oder ergänzen.
  8. Autoleistungsspektrum: RMS-Spektrum: Mit RMS-Spektrum wird meiner Meinung nach nicht nur die Wurzel betont, sondern wird die Anzeige auf Spektralanalysatoren bezeichnet. Im Gegensatz zum LDS geben diese die Leistung in einem endlichen (nicht infinitesimalen) Frequenzintervall, der sogenannten Auflösungsbandbreite (engl. BW oder RBW) wieder. Die Größe der BW variiert je nach Einstellung und ist zu jeder Spektraldarstellung mit angegeben. Insbesondere hat dort ein monofrequentes Signal eine endliche Höhe, das der RMS-Spannung (z.B. in dBV) bzw. der Leistung (z.B. in dBm) bei einem bestimmten Lastwiderstand (meist 50 Ohm) entspricht. Ein ähnlicher Begriff ist das Mean-Square-Spektrum MSS, das ohne die Wurzel definiert ist, in dB aber wegen der Leistungseinheit als 10*log10() (und nicht als 20*log10()) definiert ist und somit denselben dB-Zahlenwert hat. Vorschlag: Den Zusammenhang zwischen LDS und der Anzeige auf Messgeräten mit aufnehmen und dabei den Begriff RMS/MSS einführen.

--ChMeister 17:12, 19. Mai 2011 (CEST)

Von LDS versteh ich nur wenig außer was der Spektrumanalyzer ausgibt, jedoch handelt es sich um keinen sonderlich umkämpften Beitrag. Einfach loslegen statt lange fragen halte ich für produktiver. Länger als zwei Wochen würde ich generell nicht warten. Grüße ~ Stündle (Kontakt) 13:23, 20. Mai 2011 (CEST)
Bei den Änderungen blieb mir eine Formel unklar. Welchen Zweck hat die Linie über f(t + τ)?
Stündle (Kontakt) 09:36, 7. Jun. 2011 (CEST)
Möglicher Satzfehler, hab's entfernt. In der AKF kommt jedenfalls kein Mittelwert (an dieser Stelle) vor, macht auch keinen Sinn. Bei anderer Bedeutung sollte Erklärung dazu was das bedeuten soll.--wdwd 21:17, 7. Jun. 2011 (CEST)
Das war kein Satzfehler, sondern die komplexe Konjugation, die in der Mathematik häufig so notiert wird. Schließlich kann das Signal auch komplex sein. (nicht signierter Beitrag von 131.234.53.90 (Diskussion) 19:02, 26. Jun. 2011 (CEST))
Verwirrend bleibt an der Stelle, das in der Nachrichtentechnik meistens der Stern * für die Konjugation steht und im Beitrag Autokorellation komplexwertige Funktionen nicht behandelt werden. ~ Stündle (Kontakt) 16:01, 27. Jun. 2011 (CEST)

LSD

Wenn in der Einleitung LDS (=Leistungsdichtespektrum) verwendet wird, so sollte auch der Artikel angepasst werden ... oder man schreibt "spektrale Leistungsdichte" aus und kann dann auch bei "die" bleiben - weiß ich jetzt nicht, was besser ist;) -- 131.215.220.165 05:53, 12. Aug. 2011 (CEST)

Beispiele

Unter Beispiele für die Spektrale Leistungsdichte ist folgendes zu finden:

"Für das thermische Rauschen, genauer die spektrale Rauschleistungsdichte, gilt: N0 =kB·T. Bei 27 °C beträgt es 4·10-21 J = 4·10-21 W/Hz = -204 dBW/Hz = -174 dBm/Hz"

Dabei sind die Wörter "spektrale Rauschleistungsdichte" mit dem Artikel über die "Rauschtemperatur" verlinkt. Dabei würde ich jedoch erwarten zum Artikel über die spektrale Rauschleistungsdichte zu gelangen (in dem man sich ja eh gerade befindet). Ich würde entweder den Link entfernen oder die Wörter "spektrale Rauschleistungsdichte" durch "Rauschtemperatur" ersetzen. --Farigon (Diskussion) 15:50, 6. Dez. 2012 (CET)

Definition "die auf ein infinitesimal schmales Intervall auf der Frequenz- oder Wellenlängenachse entfällt, dividiert durch die Breite dieses Intervalls"

In der Einleitung wird ein infinitesimal kleines Intervall genommen und dann durch die Breite des Intervalls geteilt (das per Definition fast unendlich klein ist), weswegen die Leistungsdichte dann also nahezu unendlich groß sein muss. Irgendwie kann das nicht so ganz stimmen. In der EN 300 328 V2.1.1 (die europ. Norm für das WLAN im 2,4 GHz-Band) definiert die PSD so: 4.3.2.3.2 Definition „The Power Spectral Density (PSD) is the mean equivalent isotropically radiated power (e.i.r.p.) spectral density in a 1 MHz bandwidth during a transmission burst.“

Da steht also nichts von infinitesimal kleinen Intevallen, sondern statt dessen: „For equipment using wide band modulations other than FHSS, the maximum Power Spectral Density is limited to 10 dBm per MHz.“

Wobei ich bei 1 MHz nicht gerade an "infenitesimal klein" denken würde.

Ich denke, das "infinitesimal" ist schlicht zu viel. Mal auf eine Spektrumanalyzer geschaut: Ich messe die Leistung mit meine Bandbreite (RBW / 10 kHz), in dem Intervall (bei 2,4 GHz WLAN 1 MHz breit) und dividiere dann die Summe der Einzelwerte durch das Intervall. In diesem Fall dann halt die Summe der 100 Einzelwerte durch die 1 MHz. (Ja, alles etwas vereinfacht) Ein Spektrumanalyser kann faktisch keine infinitesimal kleinen Intervalle messen, nur sehr endliche Intervalle, in dem Fall der Messung von WLAN muss er eben nur 10 kHz im Bereich von 2,4 GHz auflösen können. Nach unserer Einleitung kann es also keinen Specki geben, der eine PSD-Messung durchführen kann Flossenträger 16:43, 28. Jul. 2021 (CEST)

Der Begriff infitesimal zeigt immer an, dass man zwar mit endlichen Größen rechnen soll, aber zum Schluss bei einem der Parameter einen Grenzübergang gegen Null vornehmen muss. (Im Allgemeinen kommt bei der Division dabei nicht Unendlich heraus, weil in allen brauchbaren Fällen der Zähler auch gegen Null strebt.) Das ist eine technisch unmögliche, aber mathematisch durchführbare Operation. Du führst technische Beispiele an, die so nicht als grundlegende Definition in eine mathematisch formulierte Physik passen. Zusätzlich scheint mir, Du verstehst die Angabe "10 dBm per MHz" so, als ob man die Leistung in einem Band von 1 MHz messen sollte. Das ist so falsch wie, wenn man zur Feststellung einer Geschwindigkeit von 50 km/h eine ganze Stunde lang beobachten müsste (Siehe Feynman-Vorlesungen zur Physik, Bd. 1, Stichwort Momentangeschwindigkeit und die Diskussion mit dem Polizisten). - Aber einfacher formulieren könnte man das hier schon. Hast Du einen Vorschlag? --Bleckneuhaus (Diskussion) 17:23, 28. Jul. 2021 (CEST)

Bei näherer Beschäftigung mit dem Artikel fällt auf, dass er einen sehr allgemeinen Begriff behandelt, aber ausschließlich auf technische Signalübertragung beschränkt bleibt. Dass jedes Spektrometer, gleich welcher Art Spektroskopie, eine spektrale Leistungsdichte misst, scheint nicht durch. Außerdem deutet die Einleitung kryptisch einen Gegensatz zur der Unbeschränktheit einer Fouriertransformierten an. Ich habe erste Verbesserungen versucht. --Bleckneuhaus (Diskussion) 22:07, 28. Jul. 2021 (CEST)

"...nicht Unendlich heraus, weil in allen brauchbaren Fällen der Zähler auch gegen Null strebt..." *autsch*, da war ja was. :)
Die Einleitung ist jetzt zwar besser, aber irgendwie muss jetzt noch der Hinweis, dass das Leistungsdichtespektrum eben das Ergebnis ist rein. Das ist nämlich eine WL auf den Artikel hier. Einfach das Wort in der Einleitung hervorheben ist auch nicht so optimal, weil der Leser ja wissen will was das ist und statt dessen zu lesen bekommt, dass ein Specki das gemittelt auswirft. Ganz schön sperrig, das Thema. eigentlich wollte ich ja nur mal kurz gucken, ob ich einen Hinweis finde, wie ich einen Wert von 8 dBm/3kHz in x dBm/MHz umrechne. Und generell verstehe, was ich mit diesem Wert anfangen kann, was er darstellt, bzw. warum er zum Einsatz kommt... Flossenträger 07:28, 29. Jul. 2021 (CEST)
Was fehlt Dir denn an dem schon vorhandenen Satz "Die spektrale Leistungsdichte wird oft einfach als Spektrum bezeichnet, in der Darstellung über der Frequenzachse auch als Leistungsdichtespektrum ". Ich komme wirklich nicht drauf. --Bleckneuhaus (Diskussion) 16:30, 29. Jul. 2021 (CEST)
Nachtrag: Die Umrechnung, die Du machen willst, geht fehlerfrei gut so, dass Du nur Gleiches durch Gleiches ersetzt, zielführend also kHz durch 10-3 MHz:
Alles Klar? --Bleckneuhaus (Diskussion) 22:51, 31. Jul. 2021 (CEST)
mir fehlt jetzt nichts mehr. Keine Ahnung, war wohl nicht meine Woche. Aber vielen Dank für deine Geduld. Die Formel werde ich dann mal mit dem abgleichen, das ich mir selber zusammen gebastelt habe. Flossenträger 12:31, 1. Aug. 2021 (CEST)
Hmh... beim genaueren Hinschauen: nein, nicht alles klar. 2667 dBm entsprechen 5.10^263 Watt, für diese Größenordnung habe ich nicht mal einen Namen, irgendwas mit ganz vielen Googol oder so? Also eine technisch völlig absurde Größenordnung, da es sehr viel mehr als die Heizleistung der Sonne sein dürfte und das am Ausgang eines WLAN-Moduls. :) Exakt den gleichen Rechenweg habe ich tatsächlich auf meinem Schmierzettel wiedergefunden, aber das passt rein von der Anschauung her halt schon nicht. Ich denke, die Lösung liegt in der Entlogarithmisierung (und nachher dem erneuten Logarithmieren um wieder nach dBm zu kommen), dann tut der Faktor 10³ nicht mehr ganz so weh (30 dB). Ich rätsle mal etwas weiter...
Das klingt schon deutlich plausibler, die absolute Kanalleistung 16 dB höher ist. So richtig glücklich bin ich mit dem Wett aber auch nicht, da die PSD immer noch satte 33 dB höher ist. Flossenträger 10:02, 2. Aug. 2021 (CEST)
Kann sein, dass Du recht hast. Mit dBm kenne ich mich nicht aus, das Symbol hätte in meinem (ansonsten idiotensicheren) Rechenweg auch Mohrrübe bedeuten können. Sicher ist . --Bleckneuhaus (Diskussion) 11:29, 2. Aug. 2021 (CEST)
dBm ist der logarithmische Wert bezogen auf 1mW (Leistungspegel#dBm), also eine rein technische Einheit (hätte ich erwähnt, wenn ich gewusst hätte, dass Dir das nichts sagt):
Mir gefällt sie gut, weil 0+0=3 und 20-13=19 ist (zumindest in dBm). :) Das man damit wunderbar in der HF rechnen kann natürlich auch, man muss halt nur gucken, dass man immer schön mit der gleichen Impedanz arbeitet, sonst wird es komplizierter. Zum Beispiel von einer Antennenleitung (50 Ohm) in die Luft (377 Ohm), um noch mal den Bogen zum anlassgebenden Thema zu schlagen. Flossenträger 12:05, 2. Aug. 2021 (CEST)

Zuerst war ich baff, dass so ein Unsinn sollte entstehen können. Dann fiel mir der Punkt der schlampigen Verwechslung auf: 8 dBm/3kHz bezeichnet nicht eine bestimmte Leistung, sondern eine bestimmte Dichte der Leistung an einem bestimmten Punkt der Frequenzachse. Das ist mathematisch die Ableitung der gesamten Leitung innerhalb eines Frequenzintervalls nach der oberen Grenze dieses Intervalls. Aus der Dichte kann man nicht entnehmen, um wieviel Leistung es sich wirklich dabei handelt, so wenig, wie aus der Angabe 50 km/h der Radarfalle, wieviel Strecke schon zurückgelegt wurde. Erst mit der Zusatzannahme, dass es konstant so weitergeht, kommt man zur Gesamtstrecke bzw. Gesamtleistung über ein endliches Intervall (von Zeit oder Frequenzen). Wenn es also mit der Dichte "8 dBm/3kHz" über ein Frequenzband von 1 MHz seine Richtgkeit hat (also dass der Logarithmus der Leistung je 3 kHz um diesen Betrag ansteigt), dann muss die gesamte Leistung tatsächlich diesen absurd hohen Wert haben, über den Du gestolpert bist. Wenn es aber mit (nach Deiner Umrechnung ) 6,3 mW / 3 kHz weitergeht, dann kommen für ein Frequenzband von 1 MHz die 2100 mW heraus. Stimmt also doch alles zusammen. --Bleckneuhaus (Diskussion) 21:21, 3. Aug. 2021 (CEST)