<?xml version="1.0" encoding="utf-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE document PUBLIC "-//CNX//DTD CNXML 0.5 plus MathML//EN" "http://cnx.rice.edu/cnxml/0.5/DTD/cnxml_mathml.dtd">
<document xmlns="http://cnx.rice.edu/cnxml" xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="m11104">
  
  <name>Spectral Properties of Random Signals</name>
  
  <metadata>
  <md:version>2.3</md:version>
  <md:created>2003/03/31</md:created>
  <md:revised>2003/04/21</md:revised>
  <md:authorlist>
      <md:author id="ngk">
      <md:firstname>Nick</md:firstname>
      
      <md:surname>Kingsbury</md:surname>
      <md:email>ngk10@cam.ac.uk</md:email>
    </md:author>
  </md:authorlist>

  <md:maintainerlist>
    <md:maintainer id="liqun">
      <md:firstname>Liqun</md:firstname>
      
      <md:surname>Wang</md:surname>
      <md:email>liqun@rice.edu</md:email>
    </md:maintainer>
    <md:maintainer id="ngk">
      <md:firstname>Nick</md:firstname>
      
      <md:surname>Kingsbury</md:surname>
      <md:email>ngk10@cam.ac.uk</md:email>
    </md:maintainer>
  </md:maintainerlist>
  
  <md:keywordlist>
    <md:keyword>ACF</md:keyword>
    <md:keyword>Linear System (Filter)</md:keyword>
    <md:keyword>Power Spectral Density</md:keyword>
    <md:keyword>WSS input</md:keyword>
  </md:keywordlist>

  <md:abstract>This module introduces spectral properties of random signals, such as relation of power spectral density to ACF, linear system (filter) with WSS input, and physical interpretation of power spectral density.</md:abstract>
</metadata>
  
  <content>
    <section id="sec1">
      <name>Relation of Power spectral Density to ACF</name>
      <para id="sec1para1">
	The autocorrelation function (ACF) of an ergodic random signal
	tells us how correlated the signal is with itself as a
	function of time shift 
	<m:math><m:ci>τ</m:ci></m:math>. In particular, for 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:ci>τ</m:ci>
	    <m:cn>0</m:cn>
	  </m:apply>
	</m:math> 
	
	<equation id="eq17">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>r</m:mi>
		    <m:mrow>
		      <m:mi>X</m:mi>
		      <m:mi>X</m:mi>
		    </m:mrow>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:cn>0</m:cn>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:limit/>
		<m:bvar><m:ci>T</m:ci></m:bvar>
		<m:lowlimit>
		  <m:infinity/>
		</m:lowlimit>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:divide/>
		    <m:cn>1</m:cn>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:cn>2</m:cn>
		      <m:ci>T</m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:int/>
		    <m:bvar><m:ci>t</m:ci></m:bvar>
		    <m:lowlimit>
		      <m:apply>
			<m:minus/>
			<m:ci>T</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:lowlimit>
		    <m:uplimit>
		      <m:ci>T</m:ci>
		    </m:uplimit>
		    <m:apply>
		      <m:power/>
		      <m:apply>
			<m:ci type="fn">X</m:ci>
			<m:ci>t</m:ci>
		      </m:apply>
		      <m:cn>2</m:cn>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:ci>mean  power  of  X(t)</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>
	
	Note that if 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:tendsto/>
	    <m:ci>T</m:ci>
	    <m:infinity/>
	  </m:apply>
	</m:math>, for all <m:math><m:ci>τ</m:ci></m:math>

	<equation id="eq18">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>r</m:mi>
		    <m:mrow>
		      <m:mi>X</m:mi>
		      <m:mi>X</m:mi>
		    </m:mrow>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>τ</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:leq/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub>
		      <m:mi>r</m:mi>
		      <m:mrow>
			<m:mi>X</m:mi>
			<m:mi>X</m:mi>
		      </m:mrow>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:apply>
		    <m:minus/>
		    <m:ci>τ</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub>
		      <m:mi>r</m:mi>
		      <m:mrow>
			<m:mi>X</m:mi>
			<m:mi>X</m:mi>
		      </m:mrow>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:cn>0</m:cn>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

	As <m:math><m:ci>τ</m:ci></m:math> becomes large, 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">X</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math> and 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">X</m:ci>
	    <m:apply>
	      <m:plus/>
	      <m:ci>t</m:ci>
	      <m:ci>τ</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:math> will usually become decorrelated and, as long as
	<m:math><m:ci>X</m:ci></m:math> is zero mean, 
	<m:math>
	  <m:ci type="fn">
	    <m:msub>
	      <m:mi>r</m:mi>
	      <m:mrow>
		<m:mi>X</m:mi>
		<m:mi>X</m:mi>
	      </m:mrow>
	    </m:msub>
	  </m:ci>
	</m:math> will tend to zero. 
      </para>

      <para id="sec1para3">
	Hence the ACF will have its <emphasis>maximum at</emphasis> 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:ci>τ</m:ci>
	    <m:cn>0</m:cn>
	  </m:apply>
	</m:math> and decay symmetrically to zero (or to 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:power/>
	    <m:ci>μ</m:ci>
	    <m:cn>2</m:cn>
	  </m:apply>
	</m:math>, if 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:neq/>
	    <m:ci>μ</m:ci>
	    <m:cn>0</m:cn>
	  </m:apply>
	</m:math>) as 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:abs/>
	    <m:ci>τ</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math> increases. 
      </para>

      <para id="sec1para4">
	The width of the ACF (to say its half-power points) tells us
	how slowly <m:math><m:ci>X</m:ci></m:math> is fluctuating or
	how band-limited it is. <cnxn target="figure1b" strength="7"/>
	shows how the ACF of a rapidly fluctuating (wide-band) random
	signal, as in <cnxn target="figure1a" strength="7"/> upper
	plot, decays quickly to zero as 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:abs/>
	    <m:ci>τ</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math> increases, whereas, for a slowly fluctuating
	signal, as in <cnxn target="figure1a" strength="7"/> lower
	plot, the ACF decays much more slowly.
      </para>
      
      <figure id="figure1" orient="vertical">
	<subfigure id="figure1a">
	  <media type="image/png" src="figure1a.png"/>
	</subfigure>
	<subfigure id="figure1b">
	  <media type="image/png" src="figure1b.png"/>
	</subfigure>
	<subfigure id="figure1c">
	  <media type="image/png" src="figure1c.png"/>
	</subfigure>
	<caption>
	  Illustration of the different properties of wide band
	  (upper) and narrow band (lower) random signals: (a) the
	  signal waveforms with unit variance; (b) their
	  autocorrelation functions (ACFs); and (c) their power
	  spectral densities (PSDs). In (b) and (c), the thin
	  fluctuating curves shows the actual values measured from
	  4000 samples of the random waveforms while the thick smooth
	  curves show the limits of the ACF and PSD as the lengths of
	  the waveforms tend to infinity.
	</caption>
      </figure>

      <para id="sec1para5">
	<emphasis>The ACF measures an entirely different aspect of
	randomness from amplitude distributions such as pdf and cdf.
	</emphasis>
      </para>

      <para id="sec1para6">
	As with deterministic signals, we may formalize our ideas of
	rates of fluctuation by transforming to the <term>Frequency
	(Spectral) Domain</term> using the <term>Fourier
	Transform</term>: 

	<equation id="eq19">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mo>ℱ</m:mo>
		    <m:mi>u</m:mi>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>ω</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">FT</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">u</m:ci>
		  <m:ci>t</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar><m:ci>t</m:ci></m:bvar>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">u</m:ci>
		    <m:ci>t</m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:exp/>
		    <m:apply>
		      <m:minus/>
		      <m:apply>
			<m:times/>
			<m:imaginaryi/>
			<m:ci>ω</m:ci>
			<m:ci>t</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

	The <term>Power Spectral Density</term> (PSD) of a random
	process <m:math><m:ci>X</m:ci></m:math> is defined to be the
	Fourier Transform of its ACF:

	<equation id="eq20">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>ω</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">FT</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub>
		      <m:mi>r</m:mi>
		      <m:mrow>
			<m:mi>X</m:mi>
			<m:mi>X</m:mi>
		      </m:mrow>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>τ</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar><m:ci>τ</m:ci></m:bvar>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msub>
		      <m:mi>r</m:mi>
			<m:mrow>
			  <m:mi>X</m:mi>
			  <m:mi>X</m:mi>
			</m:mrow>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:ci>τ</m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:exp/>
		    <m:apply>
		      <m:minus/>
		      <m:apply>
			<m:times/>
			<m:imaginaryi/>
			<m:ci>ω</m:ci>
			<m:ci>τ</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

	<equation id="eq21">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>r</m:mi>
		    <m:mrow>
		      <m:mi>X</m:mi>
		      <m:mi>X</m:mi>
		    </m:mrow>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>τ</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:apply>
		  <m:inverse/>
		  <m:ci type="fn">FT</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>ω</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:divide/>
		  <m:cn>1</m:cn>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:cn>2</m:cn>
		    <m:pi/>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:int/>
		  <m:bvar><m:ci>ω</m:ci></m:bvar>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">
			<m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		      </m:ci>
		      <m:ci>ω</m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:exp/>
		      <m:apply>
			<m:times/>
			<m:imaginaryi/>
			<m:ci>ω</m:ci>
			<m:ci>τ</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>
		
	N.B. 
	<m:math>
	  <m:set>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">X</m:ci>
	      <m:ci>t</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:set>
	</m:math> must be <emphasis>at least</emphasis> Wide Sense
	Stationary (WSS).	    
      </para>

      <para id="sec1para7">
	From <cnxn target="eq17" strength="7"/> and <cnxn target="eq21" strength="7"/> we see that the mean signal power
	is given by:

	<equation id="eq22">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>r</m:mi>
		    <m:mrow>
		      <m:mi>X</m:mi>
		      <m:mi>X</m:mi>
		    </m:mrow>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:cn>0</m:cn>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:divide/>
		  <m:cn>1</m:cn>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:cn>2</m:cn>
		    <m:pi/>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:int/>
		  <m:bvar><m:ci>ω</m:ci></m:bvar>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:ci>ω</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	     <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar><m:ci>f</m:ci></m:bvar>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:cn>2</m:cn>
		    <m:pi/>
		    <m:ci>f</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>
	
	Hence 
	<m:math>
	  <m:ci>
	    <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
	  </m:ci>
	</m:math> has units of power per Hertz. Note that we must
	integrate over <emphasis>all</emphasis> frequencies, both
	positive and negative, to get the correct total power.
      </para>

      <para id="sec1para8">
	<cnxn target="figure1c" strength="7"/> shows how the PSDs of
	the signals relate to the ACFs in <cnxn target="figure1b" strength="7"/>. 
      </para>

      <para id="sec1para9">
	Properties of PSDs for real-valued 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">X</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math>: 

	<list id="list2" type="enumerated">
	  <item>
	    <m:math>
	      <m:apply>
		<m:eq/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>ω</m:ci>
		</m:apply>  
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:apply>
		    <m:minus/>
		    <m:ci>ω</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:math>
	  </item>

	  <item>
	    <m:math>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>ω</m:ci>
	      </m:apply>  
	    </m:math> is Real-valued
	  </item>

	  <item>
	    <m:math>
	      <m:apply>
		<m:geq/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>ω</m:ci>
		</m:apply>  
		<m:cn>0</m:cn>
	      </m:apply>
	    </m:math>
	  </item>
	</list>

	Properties 1 and 2 are because ACFs are real and symmetric
	about 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:ci>τ</m:ci>
	    <m:cn>0</m:cn>
	  </m:apply>
	</m:math>; and 3 is because 
	<m:math>
	  <m:ci>
	    <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
	  </m:ci> 
	</m:math> represents <emphasis>power</emphasis> density.
      </para>
    </section>

    <section id="sec2">
      <name>Linear system (filter) with WSS input</name>

      <figure id="figure2">
	<media type="image/png" src="figure2.png"/>
	<caption>
	  Block diagram of a linear system with a random input signal, 
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">X</m:ci>
	      <m:ci>t</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:math>.
	</caption>
      </figure>

      <para id="sec2para1">
	Let the linear system with input 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">X</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math> and output 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">Y</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math> have an impulse response 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">h</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math>, so 

	<equation id="eq23">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">Y</m:ci>
		<m:ci>t</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#convolve"/> 
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">h</m:ci>
		  <m:ci>t</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">X</m:ci>
		  <m:ci>t</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar><m:ci>α</m:ci></m:bvar>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">h</m:ci>
		    <m:ci>α</m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">X</m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:minus/>
		      <m:ci>t</m:ci>
		      <m:ci>α</m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

	Then the ACF of <m:math><m:ci>Y</m:ci></m:math> is 

	<equation id="eq24">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>r</m:mi>
		    <m:mrow>
		      <m:mi>Y</m:mi>
		      <m:mi>Y</m:mi>
		    </m:mrow>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>
		  <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>
		  <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		</m:ci>
	      </m:apply>

	      <m:apply>
		<m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#expectedvalue"/>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">Y</m:ci>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">Y</m:ci>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>

	      <m:apply>
		<m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#expectedvalue"/>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:int/>
		    <m:bvar>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:bvar>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:apply>
			<m:ci type="fn">h</m:ci>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
		      </m:apply>
		      <m:apply>
			<m:ci type="fn">X</m:ci>
			<m:apply>
			  <m:minus/>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:int/>
		    <m:bvar>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:bvar>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:apply>
			<m:ci type="fn">h</m:ci>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
		      </m:apply>
		      <m:apply>
			<m:ci type="fn">X</m:ci>
			<m:apply>
			  <m:minus/>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      
	      <m:apply>
		<m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#expectedvalue"/>
		<m:apply>
		  <m:int/>
		  <m:bvar>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:bvar>
		  <m:apply>
		    <m:int/>
		    <m:bvar>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:bvar>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:apply>
			<m:ci type="fn">h</m:ci>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
		      </m:apply>
		      <m:apply>
			<m:ci type="fn">h</m:ci>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
		      </m:apply>
		      <m:apply>
			<m:ci type="fn">X</m:ci>
			<m:apply>
			  <m:minus/>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		       <m:apply>
			<m:ci type="fn">X</m:ci>
			<m:apply>
			  <m:minus/>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      
	      <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar>
		  <m:ci>
		    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		  </m:ci>
		</m:bvar>
		<m:apply>
		  <m:int/>
		  <m:bvar>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:bvar>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">h</m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">h</m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#expectedvalue"/>
		      <m:apply>
			<m:times/>
			<m:apply>
			  <m:ci type="fn">X</m:ci>
			  <m:apply>
			    <m:minus/>
			    <m:ci>
			      <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
			    </m:ci>
			    <m:ci><m:msub>
				<m:mi>α</m:mi>
				<m:mn>1</m:mn>
			      </m:msub></m:ci>
			  </m:apply>
			</m:apply>
			<m:apply>
			  <m:ci type="fn">X</m:ci>
			  <m:apply>
			    <m:minus/>
			    <m:ci>
			      <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			    </m:ci>
			    <m:ci>
			      <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			    </m:ci>
			  </m:apply>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>

	       <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar>
		  <m:ci>
		    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		  </m:ci>
		</m:bvar>
		<m:apply>
		  <m:int/>
		  <m:bvar>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:bvar>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">h</m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">h</m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">
			<m:msub>
			  <m:mi>r</m:mi>
			  <m:mrow>
			    <m:mi>X</m:mi>
			    <m:mi>X</m:mi>
			  </m:mrow>
			</m:msub>
		      </m:ci>
		      <m:apply>
			<m:minus/>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
		      </m:apply>
		      <m:apply>
			<m:minus/>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

	If <m:math><m:ci>X</m:ci></m:math> is WSS then 

	<equation id="eq25">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>r</m:mi>
		    <m:mrow>
		      <m:mi>Y</m:mi>
		      <m:mi>Y</m:mi>
		    </m:mrow>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>τ</m:ci>
	      </m:apply>
	      
	      <m:apply>
		<m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#expectedvalue"/>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">Y</m:ci>
		    <m:ci>t</m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">Y</m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:plus/>
		      <m:ci>t</m:ci>
		      <m:ci>τ</m:ci>		   
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      
	      <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar>
		  <m:ci>
		    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		  </m:ci>
		</m:bvar>
		<m:apply>
		  <m:int/>
		  <m:bvar>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:bvar>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">h</m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">h</m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">
			<m:msub>
			  <m:mi>r</m:mi>
			  <m:mrow>
			    <m:mi>X</m:mi>
			    <m:mi>X</m:mi>
			  </m:mrow>
			</m:msub>
		      </m:ci>
		      <m:apply>
			<m:minus/>
			<m:apply>
			  <m:plus/>
			  <m:ci>τ</m:ci>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			</m:apply>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      
	      <m:apply>
		<m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#convolve"/> 
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub>
		      <m:mi>r</m:mi>
		      <m:mrow>
			<m:mi>X</m:mi>
			<m:mi>X</m:mi>
		      </m:mrow>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>τ</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">h</m:ci>
		  <m:apply>
		    <m:minus/>
		    <m:ci>τ</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">h</m:ci>
		  <m:ci>τ</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

	Taking Fourier transforms:

	<equation id="eq26">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>Y</m:mi></m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>ω</m:ci>
	      </m:apply>
	      
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">FT</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub>
		      <m:mi>r</m:mi>
		      <m:mrow>
			<m:mi>Y</m:mi>
			<m:mi>Y</m:mi>
		      </m:mrow>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>τ</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      
	      <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar><m:ci>τ</m:ci></m:bvar>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:int/>
		    <m:bvar>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:bvar>
		    <m:apply>
		      <m:int/>
		      <m:bvar>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
		      </m:bvar>
		      <m:apply>
			<m:times/>
			<m:apply>
			  <m:ci type="fn">h</m:ci>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			</m:apply>
			<m:apply>
			  <m:ci type="fn">h</m:ci>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			</m:apply>
			<m:apply>
			  <m:ci type="fn">
			    <m:msub>
			      <m:mi>r</m:mi>
			      <m:mrow>
				<m:mi>X</m:mi>
				<m:mi>X</m:mi>
			      </m:mrow>
			    </m:msub>
			  </m:ci>
			  <m:apply>
			    <m:minus/>
			    <m:apply>
			      <m:plus/>
			      <m:ci>τ</m:ci>
			      <m:ci><m:msub>
				  <m:mi>α</m:mi>
				  <m:mn>1</m:mn>
				</m:msub> </m:ci>
			    </m:apply>
			    <m:ci><m:msub>
				<m:mi>α</m:mi>
				<m:mn>2</m:mn>
			      </m:msub></m:ci>
			  </m:apply>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:exp/>
		    <m:apply>
		      <m:minus/>
		      <m:apply>
			<m:times/>
			<m:imaginaryi/>
			<m:ci>ω</m:ci>
			<m:ci>τ</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      
	      <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar>
		  <m:ci>
		    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		  </m:ci>
		</m:bvar>
		<m:apply>
		  <m:int/>
		  <m:bvar>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:bvar>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">h</m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">h</m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:int/>
		      <m:bvar><m:ci>τ</m:ci></m:bvar>
		      <m:apply>
			<m:times/>
			<m:apply>
			  <m:ci type="fn">
			    <m:msub>
			      <m:mi>r</m:mi>
			      <m:mrow>
				<m:mi>X</m:mi>
				<m:mi>X</m:mi>
			      </m:mrow>
			    </m:msub>
			  </m:ci>
			  <m:apply>
			    <m:minus/>
			    <m:apply>
			      <m:plus/>
			      <m:ci>τ</m:ci>
			      <m:ci><m:msub>
				  <m:mi>α</m:mi>
				  <m:mn>1</m:mn>
				</m:msub></m:ci>
			    </m:apply>
			    <m:ci><m:msub>
				<m:mi>α</m:mi>
				<m:mn>2</m:mn>
			      </m:msub></m:ci>
			  </m:apply>
			</m:apply>
			<m:apply>
			  <m:exp/>
			  <m:apply>
			    <m:minus/>
			    <m:apply>
			      <m:times/>
			      <m:imaginaryi/>
			      <m:ci>ω</m:ci>
			      <m:ci>τ</m:ci>
			    </m:apply>
			  </m:apply>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>

	      <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar>
		  <m:ci>
		    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		  </m:ci>
		</m:bvar>
		<m:apply>
		  <m:int/>
		  <m:bvar>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:bvar>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">h</m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">h</m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:int/>
		      <m:bvar><m:ci>λ</m:ci></m:bvar>
		      <m:apply>
			<m:times/>
			<m:apply>
			  <m:ci type="fn">
			    <m:msub>
			      <m:mi>r</m:mi>
			      <m:mrow>
				<m:mi>X</m:mi>
				<m:mi>X</m:mi>
			      </m:mrow>
			    </m:msub>
			  </m:ci>
			  <m:ci>λ</m:ci>
			</m:apply>
			<m:apply>
			  <m:exp/>
			  <m:apply>
			    <m:minus/>
			    <m:apply>
			      <m:times/>
			      <m:imaginaryi/>
			      <m:ci>ω</m:ci>
			      <m:apply>
				<m:plus/>
				<m:apply>
				  <m:minus/>
				  <m:ci>λ</m:ci>
				  <m:ci><m:msub>
				      <m:mi>α</m:mi>
				      <m:mn>1</m:mn>
				    </m:msub></m:ci>
				</m:apply>
				<m:ci><m:msub>
				    <m:mi>α</m:mi>
				    <m:mn>2</m:mn>
				  </m:msub></m:ci>
			      </m:apply>
			    </m:apply>
			  </m:apply>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>

	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:int/>
		  <m:bvar>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:bvar>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">h</m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:exp/>
		      <m:apply>
			<m:times/>
			<m:imaginaryi/>
			<m:ci>ω</m:ci>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:int/>
		  <m:bvar>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:bvar>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">h</m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:exp/>
		      <m:apply>
			<m:minus/>
			<m:apply>
			  <m:times/>
			  <m:imaginaryi/>
			  <m:ci>ω</m:ci>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:int/>
		  <m:bvar><m:ci>λ</m:ci></m:bvar>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">
			<m:msub>
			  <m:mi>r</m:mi>
			  <m:mrow>
			    <m:mi>X</m:mi>
			    <m:mi>X</m:mi>
			  </m:mrow>
			</m:msub>
		      </m:ci>
		      <m:ci>λ</m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:exp/>
		      <m:apply>
			<m:minus/>
			<m:apply>
			  <m:times/>
			  <m:imaginaryi/>
			  <m:ci>ω</m:ci>
			  <m:ci>λ</m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>

	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:conjugate/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">ℋ</m:ci>
		    <m:ci>ω</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">ℋ</m:ci>
		  <m:ci>ω</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>ω</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>
	
	where 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">ℋ</m:ci>
	      <m:ci>ω</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">FT</m:ci>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">h</m:ci>
		<m:ci>t</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:math>. i.e: 

	<equation id="eq27">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>Y</m:mi></m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>ω</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:power/>
		  <m:apply>
		    <m:abs/>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">ℋ</m:ci>
		      <m:ci>ω</m:ci>
		    </m:apply>  
		  </m:apply>
		  <m:cn>2</m:cn>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>ω</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

	Hence the PSD of <m:math><m:ci>Y</m:ci></m:math> = the PSD of
	<m:math><m:ci>X</m:ci></m:math>
	<m:math><m:mo>×</m:mo></m:math> the power gain 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:power/>
	    <m:apply>
	      <m:abs/>
	      <m:ci>ℋ</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:cn>2</m:cn>
	  </m:apply>
	</m:math> of the system at frequency
	<m:math><m:ci>ω</m:ci></m:math>. 
      </para>

      <para id="sec2para2">
	Thus if a large and important system is subject to random
	perturbations (e.g. a power plant subject to random load
	fluctuations), we may measure 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">
	      <m:msub>
		<m:mi>r</m:mi>
		<m:mrow>
		  <m:mi>X</m:mi>
		  <m:mi>X</m:mi>
		</m:mrow>
	      </m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:ci>τ</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math> and 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">
	      <m:msub>
		<m:mi>r</m:mi>
		<m:mrow>
		  <m:mi>Y</m:mi>
		  <m:mi>Y</m:mi>
		</m:mrow>
	      </m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:ci>τ</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math>, transform these to 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">
	      <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:ci>ω</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math> and 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">
	      <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>Y</m:mi></m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:ci>ω</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math>, and hence obtain 

	<equation id="eq28">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:abs/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">ℋ</m:ci>
		  <m:ci>ω</m:ci>
		</m:apply> 
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:root/>
		<m:apply>
		  <m:divide/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>Y</m:mi></m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:ci>ω</m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:ci>ω</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

	Hence we may measure the system frequency response
	<emphasis>without taking the plant off line. But</emphasis>
	this does not give any information about the
	<emphasis>phase</emphasis> of 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">ℋ</m:ci>
	    <m:ci>ω</m:ci>
	  </m:apply>   
	</m:math>. 
      </para>

      <para id="sec2para3">
	However, if instead we measure the <term>Cross-Correlation
	Function</term> (CCF) between <m:math><m:ci>X</m:ci></m:math>
	and <m:math><m:ci>Y</m:ci></m:math>, we get:

	<equation id="eq29">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>r</m:mi>
		    <m:mrow>
		      <m:mi>X</m:mi>
		      <m:mi>Y</m:mi>
		    </m:mrow>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>
		  <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>
		  <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		</m:ci>
	      </m:apply>

	      <m:apply>
		<m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#expectedvalue"/>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">X</m:ci>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">Y</m:ci>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>

	      <m:apply>
		<m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#expectedvalue"/>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">X</m:ci>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:int/>
		    <m:bvar>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:bvar>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:apply>
			<m:ci type="fn">h</m:ci>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
		      </m:apply>
		      <m:apply>
			<m:ci type="fn">X</m:ci>
			<m:apply>
			  <m:minus/>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      
	      <m:apply>
		<m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#expectedvalue"/>
		<m:apply>
		  <m:int/>
		  <m:bvar>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:bvar>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">h</m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">X</m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">X</m:ci>
		      <m:apply>
			<m:minus/>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      
	      <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar>
		  <m:ci>
		    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		  </m:ci>
		</m:bvar>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">h</m:ci>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#expectedvalue"/>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:apply>
			<m:ci type="fn">X</m:ci>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
		      </m:apply>
		      <m:apply>
			<m:ci type="fn">X</m:ci>
			<m:apply>
			  <m:minus/>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			  <m:ci><m:msub>
			      <m:mi>α</m:mi>
			      <m:mn>2</m:mn>
			    </m:msub></m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>

	       <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar>
		  <m:ci>
		    <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		  </m:ci>
		</m:bvar>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">h</m:ci>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msub>
			<m:mi>r</m:mi>
			<m:mrow>
			  <m:mi>X</m:mi>
			  <m:mi>X</m:mi>
			</m:mrow>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:minus/>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>t</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>α</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

	If 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">X</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math>, and hence 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">Y</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math>, are WSS:

	<equation id="eq30">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>r</m:mi>
		    <m:mrow>
		      <m:mi>X</m:mi>
		      <m:mi>Y</m:mi>
		    </m:mrow>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>τ</m:ci>
	      </m:apply>
	      
	      <m:apply>
		<m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#expectedvalue"/>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">X</m:ci>
		    <m:ci>t</m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">Y</m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:plus/>
		      <m:ci>t</m:ci>
		      <m:ci>τ</m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>

	      <m:apply>
		<m:int/>
		<m:bvar><m:ci>α</m:ci></m:bvar>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">h</m:ci>
		    <m:ci>α</m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msub>
			<m:mi>r</m:mi>
			<m:mrow>
			  <m:mi>X</m:mi>
			  <m:mi>X</m:mi>
			</m:mrow>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:minus/>
		      <m:ci>τ</m:ci>
		      <m:ci>α</m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>

	      <m:apply>
		<m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#convolve"/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">h</m:ci>
		  <m:ci>τ</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub>
		      <m:mi>r</m:mi>
		      <m:mrow>
			<m:mi>X</m:mi>
			<m:mi>X</m:mi>
		      </m:mrow>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>τ</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

	and taking Fourier transforms: 

	<equation id="eq31">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>	  
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>S</m:mi>
		    <m:mrow>
		      <m:mi>X</m:mi>
		      <m:mi>Y</m:mi>
		    </m:mrow>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>ω</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">FT</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub>
		      <m:mi>r</m:mi>
		      <m:mrow>
			<m:mi>X</m:mi>
			<m:mi>Y</m:mi>
		      </m:mrow>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>τ</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">ℋ</m:ci>
		  <m:ci>ω</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>ω</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation> 

	where 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">
	      <m:msub>
		<m:mi>S</m:mi>
		<m:mrow>
		  <m:mi>X</m:mi>
		  <m:mi>Y</m:mi>
		</m:mrow>
	      </m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:ci>ω</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math> is known as the <term>Cross Spectral Density</term>
	between <m:math><m:ci>X</m:ci></m:math> and
	<m:math><m:ci>Y</m:ci></m:math>. Therefore, 

	<equation id="eq32">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">ℋ</m:ci>
		<m:ci>ω</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:divide/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub>
		      <m:mi>S</m:mi>
		      <m:mrow>
			<m:mi>X</m:mi>
			<m:mi>Y</m:mi>
		      </m:mrow>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>ω</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>ω</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

	Hence we obtain the <term>amplitude and phase</term> of 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">ℋ</m:ci>
	    <m:ci>ω</m:ci>
	  </m:apply> 
	</m:math>. As before, this is achieved without taking the
	plant off line.
      </para>

      <para id="sec2para4">
	Note that for WSS processes, 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">
		<m:msub>
		  <m:mi>r</m:mi>
		  <m:mrow>
		    <m:mi>X</m:mi>
		    <m:mi>Y</m:mi>
		  </m:mrow>
		</m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:ci>τ</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">
		<m:msub>
		  <m:mi>r</m:mi>
		  <m:mrow>
		    <m:mi>Y</m:mi>
		    <m:mi>X</m:mi>
		  </m:mrow>
		</m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:apply>
		<m:minus/>
		<m:ci>τ</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:math> and that (unlike 
	<m:math>
	  <m:ci type="fn">
	    <m:msub>
	      <m:mi>r</m:mi>
	      <m:mrow>
		<m:mi>X</m:mi>
		<m:mi>X</m:mi>
	      </m:mrow>
	    </m:msub>
	  </m:ci>
	</m:math> and 
	<m:math>
	  <m:ci type="fn">
	    <m:msub>
	      <m:mi>r</m:mi>
	      <m:mrow>
		<m:mi>Y</m:mi>
		<m:mi>Y</m:mi>
	      </m:mrow>
	    </m:msub>
	  </m:ci>
	</m:math>) these need not be symmetric about 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:ci>τ</m:ci>
	    <m:cn>0</m:cn>
	  </m:apply>
	</m:math>. Hence the cross spectral density 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">
	      <m:msub>
		<m:mi>S</m:mi>
		<m:mrow>
		  <m:mi>X</m:mi>
		  <m:mi>Y</m:mi>
		</m:mrow>
	      </m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:ci>ω</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math> need not be purely real (unlike 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">
	      <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:ci>ω</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math>), and the phase of 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">
	      <m:msub>
		<m:mi>S</m:mi>
		<m:mrow>
		  <m:mi>X</m:mi>
		  <m:mi>Y</m:mi>
		</m:mrow>
	      </m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:ci>ω</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math> gives the phase of 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">ℋ</m:ci>
	    <m:ci>ω</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math>.
      </para>
    </section>

    <section id="sec3">
      <name>Physical Interpretation of Power Spectral Density</name>

      <figure id="figure3">
	<media type="image/png" src="figure3.png"/>
	<caption>
	  Narrowband filter frequency response and PSD of filter input
	  and output.
	</caption>
      </figure>
      
      <para id="sec3para1">
	Let us pass 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">X</m:ci>
	    <m:ci>t</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math> through a narrow-band filter of bandwidth 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:mo>δ</m:mo>
	      <m:ci>ω</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:cn>2</m:cn>
	      <m:pi/>
	      <m:apply>
		<m:mo>δ</m:mo>
		<m:ci>f</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:math>, as shown in <cnxn target="figure3" strength="7"/>: 

	<equation id="eq33">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">ℋ</m:ci>
		<m:ci>ω</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:piecewise>
		<m:piece>
		  <m:cn>1</m:cn>
		  <m:apply>
		    <m:leq/>
		    <m:apply>
		      <m:lt/>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>ω</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		      <m:apply>
			<m:abs/>
			<m:ci>ω</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:plus/>
		      <m:ci>
			<m:msub><m:mi>ω</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub>
		      </m:ci>
		      <m:apply>
			<m:mo>δ</m:mo>
			<m:ci>ω</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:piece>
		<m:otherwise>
		  <m:cn>0</m:cn>
		</m:otherwise>
	      </m:piecewise>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>
	      
	Find average power at the filter output (shaded area in <cnxn target="figure3" strength="7"/>, divided by 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:times/>
	    <m:cn>2</m:cn>
	    <m:pi/>
	  </m:apply>
	</m:math>): 

	<equation id="eq34">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:ci>
		<m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub>
	      </m:ci>

	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>r</m:mi>
		    <m:mrow>
		      <m:mi>Y</m:mi>
		      <m:mi>Y</m:mi>
		    </m:mrow>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:cn>0</m:cn>
	      </m:apply>

	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:divide/>
		  <m:cn>1</m:cn>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:cn>2</m:cn>
		    <m:pi/>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:int/>
		  <m:bvar><m:ci>ω</m:ci></m:bvar>
		  <m:lowlimit>
		    <m:apply>
		      <m:minus/>
		      <m:infinity/>
		    </m:apply>
		  </m:lowlimit>
		  <m:uplimit>
		    <m:infinity/>
		  </m:uplimit>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>Y</m:mi></m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:ci>ω</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:divide/>
		  <m:cn>1</m:cn>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:cn>2</m:cn>
		    <m:pi/>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:int/>
		  <m:bvar><m:ci>ω</m:ci></m:bvar>
		  <m:lowlimit>
		    <m:apply>
		      <m:minus/>
		      <m:infinity/>
		    </m:apply>
		  </m:lowlimit>
		  <m:uplimit>
		    <m:infinity/>
		  </m:uplimit>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">
			<m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		      </m:ci>
		      <m:ci>ω</m:ci>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:power/>
		      <m:apply>
			<m:abs/>
			<m:apply>
			  <m:ci type="fn">ℋ</m:ci>
			  <m:ci>ω</m:ci>
			</m:apply>  
		      </m:apply>
		      <m:cn>2</m:cn>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>

	      <m:apply>
		<m:approx/>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:divide/>
		    <m:cn>1</m:cn>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:cn>2</m:cn>
		      <m:pi/>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:plus/>
		    <m:apply>
		      <m:int/>
		      <m:bvar><m:ci>ω</m:ci></m:bvar>
		      <m:lowlimit>
			<m:apply>
			  <m:minus/>
			  <m:apply>
			    <m:plus/>
			    <m:ci>
			      <m:msub><m:mi>ω</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub>
			    </m:ci>
			    <m:apply>
			      <m:mo>δ</m:mo>
			      <m:ci>
				<m:msub><m:mi>ω</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub>
			      </m:ci>
			    </m:apply>
			  </m:apply>
			</m:apply>
		      </m:lowlimit>
		      <m:uplimit>
			<m:apply>
			  <m:minus/>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>ω</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			</m:apply>
		      </m:uplimit>
		      <m:apply>
			<m:ci type="fn">
			  <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
			</m:ci>
			<m:ci>ω</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:int/>
		      <m:bvar><m:ci>ω</m:ci></m:bvar>
		      <m:lowlimit>
			<m:ci>
			  <m:msub><m:mi>ω</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub>
			</m:ci>
		      </m:lowlimit>
		      <m:uplimit>
			<m:apply>
			  <m:plus/>
			  <m:ci>
			    <m:msub><m:mi>ω</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub>
			  </m:ci>
			  <m:apply>
			    <m:mo>δ</m:mo>
			    <m:ci>
			      <m:msub><m:mi>ω</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub>
			    </m:ci>
			  </m:apply>
			</m:apply>
		      </m:uplimit>
		      <m:apply>
			<m:ci type="fn">
			  <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
			</m:ci>
			<m:ci>ω</m:ci>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:cn>2</m:cn>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>ω</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:divide/>
		    <m:cn>1</m:cn>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:cn>2</m:cn>
		      <m:pi/>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:mo>δ</m:mo>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>ω</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

	since 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">
		<m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:apply>
		<m:minus/>
		<m:ci>ω</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">
		<m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:ci>ω</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:math>. Expressed in terms of 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:ci>
	      <m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub>
	    </m:ci>
	    <m:apply>
	      <m:divide/>
	      <m:ci>
		<m:msub><m:mi>ω</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:cn>2</m:cn>
		<m:pi/>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:math>: 

	<equation id="eq35">
	  <m:math>
	    <m:apply>
	      <m:approx/>
	      <m:ci>
		<m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub>
	      </m:ci>  
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:cn>2</m:cn>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:cn>2</m:cn>
		    <m:pi/>
		    <m:ci>
		      <m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub>
		    </m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:mo>δ</m:mo>
		  <m:ci>f</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
	</equation>

	with the factor of 2 appearing because our filter responds to
	both negative and positive frequency components of
	<m:math><m:ci>X</m:ci></m:math>. 
      </para>

      <para id="sec3para2">
	Hence 
	<m:math>
	  <m:ci>
	    <m:msub><m:mi>S</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub>
	  </m:ci>
	</m:math> is indeed a <term>Power Spectral Density</term> with
	units 
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:divide/>
	    <m:apply>
	      <m:power/>
	      <m:ci>V</m:ci>
	      <m:cn>2</m:cn>
	    </m:apply>
	    <m:ci>Hz</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:math> (assuming unit impedance).
      </para>
    </section>

  </content> 
</document>
