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과학

백색 잡음

백색 잡음과학
영문명
White noise
주파수 특성
평평한 전력 스펙트럼 밀도
시간 특성
서로 다른 시점의 비상관
구분 개념
가우스 진폭 분포
백색 잡음은 주파수에 따라 일정한 전력 스펙트럼 밀도를 갖는 이상적 잡음 모델이다. 이산 시간의 영평균 모델에서는 서로 다른 시점의 값들이 비상관이라는 성질로 설명할 수 있다. 백색이라는 말은 진폭의 확률분포가 정규분포라는 뜻과는 다르다.

주파수별 밀도가 일정하다

같은 폭의 서로 다른 주파수 대역에는 모델상 같은 평균 제곱 크기가 배정된다. 실제로 만드는 신호는 유한한 시간과 대역을 사용하므로 무한한 모든 주파수에 걸친 이상 모델과 구분한다. 특정 한 주파수만 있는 정현파는 백색 잡음이 아니다.

정규분포일 필요는 없다

각 시점에서 +2 또는 -2를 같은 확률로 서로 독립적으로 선택하는 가상의 이산 수열을 생각하자. 평균은 0이고 분산은 4다. 서로 다른 시점의 곱의 기댓값은 0이므로 이산 백색 모델의 예가 되지만 진폭은 두 값뿐이어서 정규분포가 아니다.

평균과 관측의 차이

비상관이라는 조건은 확률적 평균에 대한 설명이다. 짧은 기록에서 계산한 자기상관이 0 지연 이외의 모든 점에서 정확히 0이어야 한다는 뜻은 아니다. 스펙트럼도 유한 데이터 한 번의 FFT에서는 들쭉날쭉할 수 있다.

모델을 확인하는 방법

표본 자기상관과 여러 구간의 스펙트럼 평균을 살펴보면 백색 모델이 적절한지 평가하는 데 도움이 된다. 대역 제한과 필터링이 추가되면 시간적 상관이 생길 수 있다. 비상관을 모든 확률분포에서 독립과 같은 말로 사용하지 않으며 백색과 가우스를 별도의 성질로 확인한다.

관련 문서

전력 스펙트럼 밀도 / 자기상관 / Welch 방법 / 고속 푸리에 변환 / 신호대잡음비 / 저역 통과 필터 / 정합 필터