paper procesos ergodicos

6

Click here to load reader

Upload: johana-lagla

Post on 05-Dec-2015

12 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

El paper se basa en los procesos ergodicos estudiados en procesos estocasticos que nos permiten entender de mejor manera el concepto de estadistica que se habla dentro de la materia

TRANSCRIPT

Page 1: Paper Procesos Ergodicos

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO EXTENSIÓN LATACUNGA

Lagla Quinaluisa Johana Estefanía.

Electrónica e Instrumentación, Quinto Nivel, Escuela Politécnica del Ejército Extensión Latacunga, Márquez de Maenza S/N Latacunga, Ecuador.

Email: [email protected] Fecha de presentación: 09 de febrero del 2015

PROCESOS ERGÓDICOS

RESUMEN

Un sistema es Ergódico si el único conjunto invariante de medida no nula de la hipersuperficie de

energía constante del espacio de las fases es toda la hipersuperficie de energía constante. X (t) es un

proceso Ergódico si y solo si todas sus medias estadísticas de la familia pueden ser intercambiadas por sus correspondientes medias temporales. Es decir una simple realización temporal es representativa de todo el proceso. Que un proceso sea Ergódico implica que éste sea estacionario, pero al revés no.

ABSTRACT

A system is ergodic if the only invariant set of nonzero measure of constant energy hypersurface of phase space is the whole constant energy hypersurface. process is ergodic if and only if all its statistical averages of the family will be exchanged for the corresponding time averages. Ie a simple temporal embodiment is representative of the entire process. That a process is ergodic implies that it is stationary, but not backwards.

PALABRAS CLAVES

Clave 1 Procesos Clave 2 Ergódico Clave 3 Hipersuperficie

Page 2: Paper Procesos Ergodicos

OBJETIVOS

Determinar que un proceso ergódico

se puede aplicar siempre y cuando

es estacionario

Determinar que los procesos

ergódico cumple que los promedios

totales son los mismos promedios en

el tiempo

Analizar las características de un

proceso ergódico.

Estudiar los tipos de ergodicidad.

Determinar la ergodicidad en algunos

ejemplos.

Precisar que es un proceso ergódico.

Verificar que los procesos ergódicos

cumplen con que los promedios

conjuntos, son iguales a promedios

en el tiempo

DESARROLLO

1. Definición

X (t) es un proceso ergódico si y solo

si todas sus medias estadísticas de

la familia pueden ser intercambiadas

por sus correspondientes medias

temporales. Es decir una simple

realización temporal es

representativa de todo el proceso.

Que un proceso sea ergódico implica

que éste sea estacionario, pero al

revés no.

Por lo tanto: Si la serie de tiempo X(t)

es estacionaria y ergódica con

][ tXE

Entonces el promedio de la serie de

tiempo converge a

, es decir:

t t ∑

n

La ergodicidad en sentido estricto, si

bien es fácil de definir formalmente,

no es fácilmente verificable dado el

modelo del proceso.

Condiciones más débiles son la

ergodicidad en media y la

ergodicidad en auto correlación, que

valen cuando la media y auto

correlación temporales coinciden con

las estadísticas.

En un proceso estocástico uno puede

determinar ciertos parámetros de dos

formas:

Se toma una muestra completa del

proceso (Ej: x1(t)) y se realizan

cálculos sobre ella.

Se toman los valores de todas las

salidas posibles para un tiempo fijo tk

y se calcula el parámetro deseado. Si

el valor del parámetro resulta igual

por los dos métodos, se dice que el

proceso es Ergódico con respecto a

ese parámetro. Por ejemplo,

ergodicidad con respecto a la media

sería decir que:

[ ]

Page 3: Paper Procesos Ergodicos

[ ] ∫

Ecuación 1.- Ergodicidad con respecto a la

medida

Para ello, disponemos de muestreos

de ambas señales en los instantes de

tiempo nt, que llamaremos x[n] y

h [n-k] (Donde n y k son enteros).

Daría el mismo resultado tomar, por

ejemplo, x2(t) y promediarla en el

tiempo, o tomar los valores de x1(tk),

x2(tk),......, xn(tk) y promediarlos.

Es evidente que si un proceso es

ergódico también es estacionario y si

la salida representa una señal

eléctrica, esta será de potencia y se

cumplirá que:

[ ]

Ecuación 2.- Nivel D.C. de x (t)

[ ]

Ecuación 3.- Potencia promedio total de

x (t)

[ ]

Ecuación 4.- Potencia D.C. de x (t)

[ ] [ ]

Ecuación 5.- Potencia promedio A.C de x (t)

{ }

Ecuación 6.- Densidad espectral de

Potencia

Siendo:

Esta última relación es

importantísima ya que nos dice que a

pesar de que la señal es aleatoria, su

auto correlación, y por ende, su

densidad espectral de potencia, son

determinísticas. La demostración es

la siguiente:

Uno puede definir la densidad

espectral de un proceso aleatorio

como el promedio de las densidades

espectrales de las funciones

muestras así:

| |

Ecuación 7.- Densidad espectral de un

proceso

Donde es la transformada de

Fourier del proceso aleatorio

truncado x (t) Π(t/T). Su módulo al

cuadrado es igual a:

| |

Ecuación 8.- Modulo al cuadrado del proceso

Estas dos integrales pueden

expresarse como una integral doble

del producto de x (t1)x(t2), y como la

operación de pro mediación es otra

integral más, puede realizarse

primero; esto último se expresaría

como la pro mediación previa del

Page 4: Paper Procesos Ergodicos

producto x (t1)x(t2) . Queda entonces

que:

∫ ∫

Ecuación 9.- Densidad espectral de un

proceso entre

Para desarrollar la fórmula de la

convolucion discreta partimos de dos

señales discretas x[n], la entrada del

sistema, y h[n] la respuesta del

sistema, se puede definir como:

Si el proceso es estacionario en el

sentido amplio, el promedio del

producto x(t1)x(t2) es la auto

correlación evaluada en la diferencia

de tiempos t2 - t1. La densidad

espectral queda entonces igual a:

∫ ∫

∫ ∫

La integral doble puede cambiarse

por una integral única respecto a la

diferencia (t2 - t ) = τ notando que el

argumento a integrar es constante

cuando (t2 - t1) lo es.

Eso significa que la integral doble

sobre (t2, t1), lo cual es un volumen,

puede calcularse como el argumento

multiplicado por el área de la base.

El cálculo de esta área puede verse

de la siguiente figura:

Figura 1.- Área de la integral doble sobre t2-t1

Donde podemos reducir la segunda

sumatoria de la ecuación de la

ecuación de arriba:

Quedaría 0.5(T- τ)2 - 0.5(T- τ -∆τ)2 (

Resta de las áreas de los dos

triángulos) esto es aproximadamente

(T- τ)∆τ cuando ∆t t ende a cero. Para

t negat vo el área resulta (T+ τ) ∆τ.

Por lo tanto el volumen, en la

pequeña zona será F(t) (T- | τ | )∆τ .

El volumen total es la densidad

espectral de potencia Gx(f), y resulta

igual a:

∫ | |

∫ ( | |

)

Finalmente, y recordando la

definición de F(t), tendremos:

F { Rx(τ) } = Gx (f) = Densidad

Espectral de Potencia

Una vez conocido esto, si el proceso

pasa por un sistema dado, se podrá

Page 5: Paper Procesos Ergodicos

conocer características de la salida

de la siguiente forma:

a) Si el sistema es lineal, conocemos

la densidad espectral de potencia de

la señal de entrada Gx(f) y el

cuadrado de la magnitud de la

función transferencia |H(f)|2,

podremos conocer la densidad

espectral de potencia de la señal de

salida Gy(f) de la siguiente forma:

Gy (f) = | H(f) |2 Gx (f)

b) Si el sistema es no lineal,

podemos transformar el proceso de

entrada con el conocimiento de la

función característica.

2. Ergodicidad Respecto a la Media

Un P.E. X(t) es ergódico respecto a

la media si:

X(t) es estacionario en

sentido amplio

El promedio temporal es

igual a la media

Condiciones para que X(t) (WSS) sea

ergódico respecto a la media

Teorema 1: Condición Necesaria y

Suficiente

∫ (

| |

)

Teorema 2: Condición Suficiente

∫ | |

Teorema 3: Condición Suficiente

| |

2.1 Ergodicidad Respecto a la

Autocorrelación

Definición: Un P.E. X(t) es ergódico

respecto a la autocorrelación si:

X(t) es estacionario en

sentido amplio

La Autocorrelación Temporal

es igual a la Autocorrelación

ANÁLISIS DE

RESULTADOS

Convule (n=4)

- Un proceso ergódico tiene la

siguiente función de auto

correlación:

Determine: La densidad espectral

de potencia del proceso, la

potencia promedio total, la

potencia A.C, la potencia D.C y el

voltaje R.M.S.

Page 6: Paper Procesos Ergodicos

a) La densidad espectral de potencia

es la transformada de Fourier de la

auto correlación, resultando entonces

(por tablas de Fourier):

b) La potencia DC es nula ya que en

f=0 no existe una delta de Dirac.

c) La potencia AC en este caso es

igual a la potencia total, ya que la

potencia DC es nula. Al evaluar la

autocorrelación en cero, tendremos

el valor de la potencia total. También

daría el mismo resultado integrar la

densidad espectral de potencia entre

menos infinito e infinito.

Potencia total = Potencia AC = Rx(0)

= A2

d) El voltaje R.M.S es igual a la raíz

de la potencia AC.

Es decir, VR.M.S = A.

CONCLUSIONES

Los sistemas ergódicos tienen el interés de que en ellos el promedio temporal de ciertas

magnitudes pueden obtenerse como promedios sobre el espacio de estados lo cual

simplifica las predicciones sobre los mismos.

Un sistema es ergódico si no existe un subconjunto del espacio de estados con una

medida finita que sea invariante por el conjunto de aplicaciones

Un proceso es ergódico si los parámetros estadísticos calculados en un conjunto de

realizaciones (promedios de conjunto) son iguales que los parámetros estadísticos

calculados en una única realización (promedios temporales).

BIBLIOGRAFÍA Y/O ENLACES

Probabilidad, variables y señales aleatorias- Peebles/ tercera edición/1999 /editorial El Tinter,

SAL

http://prof.usb.ve/tperez/docencia/1421/Capi/CAPITULO%20VI.pdf

http://iie.fing.edu.uy/ense/asign/mpd/recursos/procesos.pdf