信号のパワーの測定

信号のパワーは時間領域サンプルの絶対値二乗和を信号長で除算したもので、RMS レベルの二乗と等価です。関数 bandpower を使用すると、信号のパワーを一度に推定できます。

ホワイト ガウス ノイズに含まれる、1 kHz で 1.2 秒間サンプリングされたユニット チャープについて考えます。チャープの周波数は、1 秒間で初期値の 100 Hz から 300 Hz に増加します。ノイズの分散は $$0.01^2$$ です。再現可能な結果が必要な場合は、乱数発生器をリセットします。

N = 1200;
Fs = 1000;
t = (0:N-1)/Fs;

sigma = 0.01;
rng('default')

s = chirp(t,100,1,300)+sigma*randn(size(t));

bandpower で与えられるパワー推定は定義と等価であることを確認します。

pRMS = rms(s)^2

pRMS = 0.5003

powbp = bandpower(s,Fs,[0 Fs/2])

powbp = 0.5005

obw を使用して、信号のパワーの 99% を含む周波数帯域の幅、帯域の下限と上限および帯域のパワーを推定します。この関数は、スペクトル推定もプロットし、占有帯域幅に注釈を付けます。

obw(s,Fs);

[wd,lo,hi,power] = obw(s,Fs);
powtot = power/0.99

powtot = 0.5003

非線形パワー増幅器が 60 Hz の正弦波を入力として与えられ、3 次の歪みをもつノイズを含んだ信号を出力します。信号は 3.6 kHz で 2 秒間サンプリングされます。

Fs = 3600;
t = 0:1/Fs:2-1/Fs;
x = sin(2*pi*60*t);
y = polyval(ones(1,4),x) + randn(size(x));

増幅器は 3 次の歪みを生じるため、出力信号は以下をもつことが予想されます。

関数 thd を使用して、信号のスペクトルを可視化します。基本波および高調波に注釈を付けます。

thd(y,Fs);

関数 bandpower を使用して、基本成分と高調波に蓄積されているパワーを求めます。各値は合計パワーに対するパーセントとデシベルで表されます。値は表形式で表示されます。

pwrTot = bandpower(y,Fs,[0 Fs/2]);

Harmonic = {'Fundamental';'First';'Second'};

Freqs = [60 120 180]';

Power = zeros([3 1]);
for k = 1:3
    Power(k) = bandpower(y,Fs,Freqs(k)+[-10 10]);
end

Percent = Power/pwrTot*100;

inDB = pow2db(Power);

T = table(Freqs,Power,Percent,inDB,'RowNames',Harmonic)

T=3×4 table
                   Freqs     Power     Percent     inDB  
                   _____    _______    _______    _______

    Fundamental      60      1.5777    31.788      1.9804
    First           120     0.13141    2.6476     -8.8137
    Second          180     0.04672    0.9413     -13.305

参考

bandpower | pow2db | pwelch | snr

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