通信系统仿真实验报告四信号物理参数的测量剖析.docx
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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1/10000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2Display更接近理论值。
可见取样时间越小，仿真计算结果越接近理论结果。
（图2）
解决问题：
根据f（t）=Acosωt，P=（A/√2）²求得功率是10W的正弦波的振幅是2√5。
噪声功率为0.1W的随机噪声其方差σ²=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-p@1kHz，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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