1、通信系统仿真实验报告四信号物理参数的测量剖析一、 实验项目:信号物理参数的测量二、 实验目的: 学习确定信号和随机信号的物理参数:极值,功率,交直流分量和频率的测量原理和方法。三、 实验原理:DSP工具箱中的Statistics工具箱分别有求离散信号最小值、最大值、平均值,标准差、方差、均方根(RMS)、自相关、互相关、中值(Median),直方图、排序等等功能模块。我们学习使用最小值、最大值、平均值和方差模块来求信号的最小值、最大值、直流分量(平均值)和交流功率(方差)。四、 实验设备:计算机五、 实验内容及步骤:1、产生一个550Hz,振幅为2.5V的正弦波,用Simulink模块来测试其
2、最大值、最小值、振幅、功率,并利用频率计的工作原理构造一个频率计,测量其频率。仿真步长可设定为1/10000秒。建立模型时需要注意将连续信号用零阶保持模块离散化,然后才能使用DSP工具箱中的模块。理论上正弦波的功率计算是:P=(A/sqrt(2)2=(2.5/1.414)2=3.1259W通过如下仿真可以看出,模块输出的结果是动态变化的随机量,数值上逼近理论结果。频率计的组成是:时间闸门,计数器,计数完毕时的输出使能(用触发子系统建模)以及频率显示模块。建模时请根据原理自行设计仿真模块的参数。2、产生一个高斯随机信号:方差为2,均值为1,用(1)中的统计模块测量出其均值和方差。仿真步长1/10
3、000秒。在实验报告中解释仿真计算结果和理论结果之间的细微差别。设计建模一个1000Hz的正弦波,要求功率是10W。混合了一个零均值的高斯随机噪声,噪声功率为0.1W,测量出:信号和噪声的信噪比,用dB显示。测量出混合信号(相加)的总功率。你能得出什么结论?建模之前首先解决:动率是10W的正弦波的振幅是多少?噪声功率为0.1W的随机噪声其方差是多少?测量出的信噪比和理论信噪比分别是多少,有区别吗?3、使用频谱仪测量正弦信号的功率频谱。分别测量800Hz,振幅为1V的正弦信号和方波信号的频谱,比较两者的区别。频谱仪模块在DSP工具箱中的sinks中。注意设置频谱仪的FFT长度为2048(可设其他
4、长度试试)。显示特性设置为幅度显示,而不要设置为分贝方式。六、 实验结果与总结:1、实验结果如下图:实验得出交流功率为3.125,近似于理论值3.1259W设置参数如下图: 频率计实验结果图如下:频率计的工作原理:频率计实质上是一个按照固定时间清零的计数器,例如在一秒内对波形脉冲的计数就是该波形的基波频率。改变触发子系统的触发类型为下降沿触发:设置计数器的最大计数大于正弦波的频率:2、实验结果如下图:(图1)设置随机信号参数如下图: 仿真计算结果和理论结果之间存在细微差别,因为取样时间不能足够小。图1为设置取样时间1e-3,图2设置取样时间1e-4,图2 Display更接近理论值。可见取样时
5、间越小,仿真计算结果越接近理论结果。(图2)解决问题:根据f(t)=A cos t ,P=(A/2) 求得功率是10W的正弦波的振幅是25。噪声功率为0.1W的随机噪声其方差=0.1。仿真模型如下图:设置参数如下图:3、仿真模型如下图:设置参数如下图(分别为正弦信号和方波信号):设置FFT长度为2048:实验结果如下图: 七、 拟完成的思考题目:1、 如何测量信噪比?答:信噪比不是一个固定的数值,它随着输入信号的变化而变化,如果噪声固定的话,输入信号的幅度越高信噪比就越高。信噪比通常不是直接进行测量的,而是通过测量噪声信号的幅度换算出来的,通常的方法是:给放大器一个标准信号,通常是0.775Vrms或2Vp-p1kHz,调整放大器的放大倍数使其达到最大不失真输出功率或幅度(失真的范围由厂家决定,通常是10%,也有1%),记下此时放大器的输出幅Vs,然后撤除输入信号,测量此时出现在输出端的噪声电压,记为Vn,再根据SNR=20LG(Vs/Vn)就可以计算出信噪比了。2、说明FFT长度和频谱计算精度的关系。 答:对信号进行频谱分析时,数据样本应有足够的长度,一般FFT程序中所用数据点数与原含有信号数据点数相同,这样的频谱图具有较高的质量,可减小因补零或截断而产生的影响。八、 教师评语和成绩:
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