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한양대학교 융합전자공학부 <디지털신호처리1> Take home exam 기말고사 대체 프로젝트 보고서

"한양대학교 융합전자공학부 <디지털신호처리1> Take home exam 기말고사 대체 프로젝트 보고서" 입니다. A+ 자료입니다. 랜덤프로세스 관련 내용에서 출제 되므로 많은 도움이 될거라 생각됩니다. 매트랩 코드가 APPENDIX에 포함되어 있으며 참조하시길 바랍니다.
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최초등록일 2023.09.22 최종저작일 2023.06
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한양대학교 융합전자공학부 &lt;디지털신호처리1&gt; Take home exam 기말고사 대체 프로젝트 보고서
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    소개

    "한양대학교 융합전자공학부 <디지털신호처리1> Take home exam 기말고사 대체 프로젝트 보고서" 입니다. A+ 자료입니다.
    랜덤프로세스 관련 내용에서 출제 되므로 많은 도움이 될거라 생각됩니다.
    매트랩 코드가 APPENDIX에 포함되어 있으며 참조하시길 바랍니다.

    목차

    1. 서론
    2. 본론
    3. 실험 결과 및 관찰
    4. 결론
    5. APPENDIX

    본문내용

    1. 서론
    중심 극한 정리에 착안하여 평균이 0이고 분산이 1인 -0.5~0.5 사이의 random 변수를 이용하여 white gaussian number를 생성하는 방법을 생각하고 Histogram과 autocorrelation을 구하여 white process임을 증명한다.

    2. 본론
    가. 풀이전략
    1) Gussian random number 10000개 샘플 형성
    X를 rand 함수를 사용하여 0에서 1사이의 값으로 정의하고 X = X-0.5 로 정의하여 Y = X1 + X2 + X3 .. +X12 이를 12 번 더하는 for문을 작성한다. Xi 의 분포는 iid하고, 평균이 0, variance가 1/12 이므로 중심 극한 정리에 의하여 Y의 분포는 평균이 0이고 Var(Y) = 1/12*12 =1 인 variance를 가지게 된다.

    <중 략>

    위의 그림을 참조하면 window function 과 h(n)의 곱은 frequency domain에서 convolution 연산이기 때문에 magnitude 값이 커지는 것을 관찰 할 수 있다. 원래 신호를 제대로 추출하기 위해선 이에 대한 보정을 진행해주어야 한다. Window function인 M값과 cutoff frequency 가 정해지면 이에 대한 magnitude responce 를 띄워 magnitude 를 1로 맞춘 후 filter와 fft(x(n)) 을 구해야 구하고자 하는 신호 를 얻을 수 있다. k = 0.75 , m =18 기준, 3.09를 time domain에서 나누어 주었다. time domain H_LPF lowpass filter 대한 식이 완성이 되면 256 size fft 를 진행 한다. 이를 x(n) 의 fft data와 곱해주면 출력 y(n) 의 fft data, Y_f 가 완성된다. 이를 다시 256 size inverse fft 해주면 lowpass filter 를 거친 y(n) time domain data가 완성 된다.

    참고자료

    · 없음
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    • 1. 백색 가우시안 신호 생성
      백색 가우시안 신호 생성은 신호 처리 및 통신 시스템 분석의 기초가 되는 중요한 기술입니다. 이 신호는 모든 주파수 대역에서 균등한 전력을 가지며, 통계적으로 독립적인 샘플들로 구성되어 있어 시스템의 노이즈 특성을 모델링하는 데 매우 유용합니다. 실제 응용에서는 의사난수 생성기를 통해 구현되며, 생성된 신호의 통계적 특성이 이론적 특성과 일치하는지 검증하는 과정이 중요합니다. 특히 몬테카를로 시뮬레이션이나 채널 모델링에서 필수적이며, 신호의 품질이 전체 시스템 성능 평가에 직접적인 영향을 미치므로 신중한 구현이 필요합니다.
    • 2. 윈도우 함수 설계 및 분석
      윈도우 함수는 유한 길이 신호를 처리할 때 발생하는 스펙트럼 누설 현상을 완화하는 핵심 도구입니다. 다양한 윈도우 함수들(해밍, 해닝, 블랙맨 등)은 각각 다른 주파수 특성을 제공하며, 설계자는 메인로브 폭과 사이드로브 감쇠 사이의 트레이드오프를 고려하여 선택해야 합니다. 윈도우 함수의 선택은 신호 분석의 정확도에 직접적인 영향을 미치므로, 응용 분야의 특성에 맞는 최적의 윈도우를 선택하는 것이 중요합니다. 이론적 분석과 실험적 검증을 통해 각 윈도우의 장단점을 이해하는 것이 효과적인 신호 처리를 위해 필수적입니다.
    • 3. FIR 필터 설계 및 신호 분리
      FIR 필터는 선형 위상 특성과 안정성을 보장하는 장점으로 인해 신호 분리 및 처리에 광범위하게 사용됩니다. 저역통과, 고역통과, 대역통과 등 다양한 필터 설계 방법(윈도우 방법, 최적화 방법 등)을 통해 원하는 주파수 응답을 구현할 수 있습니다. 필터의 차수와 계수 설계는 신호 분리의 성능을 결정하는 중요한 요소이며, 계산 복잡도와 성능 사이의 균형을 맞추는 것이 실무에서 중요합니다. 특히 다중 신호 환경에서 원하는 신호를 정확히 추출하기 위해서는 신중한 필터 설계와 검증이 필수적입니다.
    • 4. 보간 필터 설계
      보간 필터는 샘플링 레이트 변환 및 신호 재구성에 필수적인 기술로, 디지털 신호 처리에서 중요한 역할을 합니다. 선형 보간, 다항식 보간, 스플라인 보간 등 다양한 방법이 있으며, 각 방법은 계산 복잡도와 재구성 정확도에서 서로 다른 특성을 보입니다. 보간 필터의 설계는 원본 신호의 정보 손실을 최소화하면서 원하는 샘플링 레이트를 달성하는 것을 목표로 하며, 특히 오디오 및 영상 처리에서 품질 유지가 중요합니다. 적절한 보간 필터 선택은 시스템의 전체 성능과 자원 효율성에 큰 영향을 미치므로 신중한 고려가 필요합니다.
    • 5. 전력 스펙트럼 밀도 추정
      전력 스펙트럼 밀도(PSD) 추정은 신호의 주파수 특성을 분석하는 가장 기본적이고 중요한 방법입니다. 피리오도그램, 웰치 방법, 멀티테이퍼 방법 등 다양한 추정 기법이 있으며, 각 방법은 편향성, 분산, 해상도 측면에서 서로 다른 특성을 가집니다. 신호의 길이, 윈도우 함수 선택, 오버래핑 설정 등이 PSD 추정의 정확도에 영향을 미치므로, 신호의 특성과 분석 목표에 맞는 최적의 방법을 선택하는 것이 중요합니다. 정확한 PSD 추정은 신호 특성 파악, 노이즈 분석, 시스템 식별 등 다양한 응용에서 신뢰할 수 있는 기초 정보를 제공합니다.
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