第二講的仿真測量儀器演示文稿

第二講的仿真測量儀器演示文稿目前一頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點（優(yōu)選）第二講的仿真測量儀器目前二頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點2.2.1指針式電壓表

指針式儀表將輸入的量值用圖形化的指針與相應(yīng)的刻度表示出來，并通過參數(shù)設(shè)置對話框來設(shè)置儀表的外觀、量程、刻度、顏色及字型等。

指針式電壓表取自AngularGauges（角度儀表盤）模塊。目前三頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點指針式電壓表仿真框圖目前四頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點正弦信號發(fā)生器參數(shù)設(shè)置可以是一個標量或長度為N的向量，三者向量長度必須一致。確定輸出是離散形式的正弦信號還是連續(xù)形式的正弦信號。產(chǎn)生正弦波的類型：實數(shù)形式、復(fù)數(shù)形式。產(chǎn)生離散正弦波的方式：Tablelookup、Differential。正弦波的采樣周期，在參數(shù)Samplemode設(shè)為Continuous時，無效。目前五頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點指針式電壓表參數(shù)設(shè)置對話框目前六頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點2.2.2數(shù)字式電壓表數(shù)字式電壓表取自LED（自發(fā)光）二極管模塊。目前七頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點Timerange:

默認為10，顯示在[0,10]區(qū)間的信號。若信號實際持續(xù)時間超過設(shè)定時間，不顯示區(qū)間外內(nèi)容。包含：抽選Decimation和采樣時間Sampletime。Decimation：設(shè)置顯示頻度。若取n，則每隔n－1個數(shù)據(jù)點給予顯示，默認值為1。Sampletime：設(shè)置顯示點的采樣時間間隔。設(shè)定緩沖區(qū)接受數(shù)據(jù)的長度，默認為勾選狀態(tài)，值為5000。

多信號顯示區(qū)設(shè)置。默認為1，模塊有1個輸入口，Scope只有一個信號顯示區(qū)。目前八頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點設(shè)置顯示數(shù)據(jù)的抽選頻度，默認為1，每點顯示，n為間隔（n－1）點顯示。Display模塊：動態(tài)顯示某個信號的數(shù)值結(jié)果。采樣時間，－1表示從驅(qū)動模塊繼承。目前九頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點數(shù)字式電壓表參數(shù)設(shè)置對話框目前十頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點2.3時間域的測量儀器2.3.1示波器

用計算機仿真的示波器應(yīng)用的是數(shù)字技術(shù)，可以觀測單次現(xiàn)象，正確設(shè)置參數(shù)后，可以保持結(jié)束時的波形。例1：用示波器（Scope）顯示1GHz正弦波目前十一頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點1GHz正弦波顯示仿真系統(tǒng)框圖目前十二頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點示波器主要參數(shù)設(shè)置確定各坐標系是否帶有坐標軸標簽。all：全部坐標系都使用坐標軸標簽。目前十三頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點1GHz正弦波的示波器顯示時間偏移：給出時間的起始偏移量（即顯示時間范圍的起始時刻）。目前十四頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點例2：多蹤示波器（Scope）的仿真本例用示波器顯示七蹤信號的仿真。計算輸入的和或差，其輸入可以是標量、向量或矩陣。目前十五頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點伯努利信號發(fā)生器產(chǎn)生伯努利分布的隨機二進制數(shù)。表示輸出中“0”出現(xiàn)的概率。表示初始的種子值，可以與Probabilityofzero項維數(shù)相同的向量，也可是一個標量。對基于采樣的輸出信號，是向量元素的周期，對基于幀的矩陣，是每行的周期。目前十六頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點常量模塊產(chǎn)生一個常數(shù)或復(fù)數(shù)的常量值，其輸出可是標量、向量或矩陣。目前十七頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點七路信號顯示在同一示波器上目前十八頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點2.3.2X-Y記錄儀

最早X-Y記錄儀的應(yīng)用是觀察李沙育圖形，用標準信號與待測信號形成的李沙育圖形進行頻率的測量。例：用X-Y記錄儀顯示李沙育圖形。目前十九頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點信號發(fā)生器參數(shù)設(shè)置目前二十頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點采樣時間一般是X、Y輸入信號中較高的頻率的信號周期的1/10~1/20,否則看不到理想的李沙育圖形。目前二十一頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點2.4頻率域的測量儀器2.4.11G信號的頻譜例：用頻譜儀（SpectrumScope）顯示1GHz信號

的頻譜。當(dāng)用戶把連續(xù)時間的Sourceblocks連接到離散時間模塊時，需要零階保持模塊將信號離散化，并且在零階保持模塊的采樣時間參數(shù)中設(shè)置信號的采樣周期。目前二十二頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點頻譜儀參數(shù)設(shè)置要點：參數(shù)設(shè)置對話框有四種激活Show（顯示）的選項Showscopeproperties（顯示示波器特性）：用于設(shè)定存儲器長度、FFT長度、交疊的長度、計算平均值的點數(shù)與計算快速傅立葉變換的方法有關(guān)的量。Showdisplayproperties（顯示特性）彈出的對話框可設(shè)定：顯示時是否加Showgrid（坐標刻度線），顯示窗口是否有l(wèi)egend（圖例），是否有Framenumber（幀數(shù)顯示）等。Showaxisproperties（顯示坐標軸特性）用于設(shè)定采用時間、頻率范圍、坐標刻度是對數(shù)還是線性、Y軸顯示的范圍、與顯示窗的水平垂直坐標刻度有關(guān)的量。Showlineproperties（線條特性）：可設(shè)定與線條顯示有關(guān)的參數(shù)，如Linevisibility（可視性）、Styles（線形）、Markets（標記）、Colors（顏色）等。目前二十三頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點頻譜儀應(yīng)用快速FFT變換完成數(shù)據(jù)流從時域到頻域的變換Buffersize（緩存長度）：同F(xiàn)FT長度N，N必須為2的冪；N（即時窗的長短）的大小決定了頻譜儀的分辨率，N越大，頻率分辨率越高。進行FFT變換，數(shù)據(jù)流分段時Bufferoverlap（重疊的長度）、Numberofspectralaverage（頻譜數(shù)據(jù)的平均數(shù)）會影響頻譜特性的平滑程度，這兩個數(shù)值越大，特性越平滑。目前二十四頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點所研究的譜線應(yīng)出現(xiàn)在頻譜儀顯示窗的中間，能看到在頻率軸上譜線的低端和高端的情況，便于觀察分析。輸入信號的采樣頻率應(yīng)該取為期望的頻率顯示窗最大值的兩倍。采樣頻率Fs＝4e9，則1GHz的頻率刻度正好在頻譜儀顯示窗的中心。目前二十五頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點頻譜儀的采樣頻率與被測信號的采樣頻率要一致。采樣保持電路設(shè)定的參數(shù)Sampletime應(yīng)與頻譜儀的采樣時間相同。目前二十六頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點2.4.2m序列的頻譜

m序列是一種偽隨機序列，有優(yōu)良的自相關(guān)函數(shù)，是狹義的偽噪聲序列，易于產(chǎn)生和復(fù)制，在擴展頻譜技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。其定義見8.1節(jié)。例1：用示波器和頻譜儀觀察m序列的時域和頻域圖形。偽隨機序列產(chǎn)生器仿真模型目前二十七頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點表示生成多項式的系數(shù)向量，表示移位寄存器反饋連接的關(guān)系。表示移位寄存器的初始狀態(tài)的向量（長度為生成多項式的階數(shù)，元素值為二進制數(shù)）。注意：多項式系數(shù)個數(shù)比階數(shù)大1。目前二十八頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點SpectrumScope（頻譜儀）主要參數(shù)設(shè)置目前二十九頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點示波器顯示的m序列波形圖頻譜儀顯示的m序列的頻譜圖

m序列波形圖可看成m序列與以15為周期的沖激序列的卷積。

m序列頻譜圖是以15為周期的沖激序列的頻譜與m序列的碼元（寬度為1）的方波對應(yīng)的譜特性的相乘結(jié)果。目前三十頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點例2：周期為15的沖激序列的時域波形和頻譜。目前三十一頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點目前三十二頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點周期（Ts＝15）沖激序列的頻譜是間隔為1/Ts的序列譜線頻譜圖時域波形（脈寬占周期的1％）目前三十三頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點時域波形（脈寬占周期的3％）周期單位沖激序列與窄方波卷積后波形的頻譜目前三十四頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點例3：碼元寬度為1的隨機信號的時域波形和頻譜。目前三十五頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點目前三十六頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點時域波形頻譜可以看出：脈寬為1的方波的頻譜類似沖激函數(shù)的形狀，在?1、?2、?3…處分別是第1、2、3零諧振點。目前三十七頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點2.4.3FM頻率調(diào)制信號帶寬實驗通信模塊庫———調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào)技術(shù)案通信信號是模擬的還是數(shù)字的，分為：模擬調(diào)制解調(diào)和數(shù)字調(diào)制解調(diào)。都是通過將通信信號的信息加載到載波的幅度、頻率或相位上，因此，調(diào)制解調(diào)又可分為：幅度調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制。目前三十八頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點2.Simulink對調(diào)制解調(diào)過程的仿真有兩種：

通帶仿真和基帶仿真。通帶仿真：通帶仿真的載波信號包含在模型的發(fā)射部分，載波頻率遠遠高于信號的最高頻率?；鶐Х抡妫旱屯ǖ刃Хǚ抡?，它使用的是通帶信號的復(fù)數(shù)包絡(luò)。當(dāng)調(diào)制解調(diào)技術(shù)的參數(shù)選擇或性能要求不是設(shè)計的關(guān)鍵時，為加快仿真速度，通常使用基帶仿真。目前三十九頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點3、FM頻率調(diào)制概念載波信號：頻率調(diào)制的定義：若使瞬時頻率直接隨調(diào)制信號m（t）線性地變化，則稱為頻率調(diào)制。這時，瞬時角頻率為及瞬時相位為這時，已調(diào)信號的表示式為：上式表明，載波相位隨調(diào)制信號的積分線性地變化。kf是調(diào)制常數(shù)。目前四十頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點4、FM頻率調(diào)制信號帶寬實驗FMModulatorPassband模塊模塊進行頻率調(diào)制，輸出為通帶形式的調(diào)制信號，輸出信號的頻率隨輸入信號的幅度而改變。若輸入信號為時間函數(shù)u（t），則輸出信號為：fc為載頻，θ為初始相位，Kc為調(diào)制常數(shù)。目前四十一頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點例：兩個調(diào)頻信號的頻譜分布仿真實驗系統(tǒng)。觀測兩個幅度為1，頻率為50Hz的正弦信號，分別調(diào)制在1000Hz和1400Hz的載頻上，調(diào)制指數(shù)m＝2。目前四十二頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點信號發(fā)生器主要參數(shù)（本例中為調(diào)制信號）目前四十三頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點調(diào)制指數(shù)m＝2，調(diào)制信號幅度VΩ為1，頻率Ω為50Hz。則調(diào)制常數(shù)Kf＝100.目前四十四頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點目前四十五頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點兩個信號的頻譜分布圖原信號波形圖若改變載頻的間距或調(diào)制指數(shù)，將看到什么情況呢？舉例說明目前四十六頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點m=4,Kf=200m=2,Kf=100可看出：調(diào)制指數(shù)增大，兩族譜線發(fā)生重疊；調(diào)制指數(shù)越大，具有較大振幅的邊頻分量就越多。目前四十七頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點2.4.4數(shù)字式頻率計數(shù)字頻率計的一般工作原理：將待測周期信號整形為周期方波信號；建立一個單位時間（1S）的門控脈沖，建立一個計數(shù)器；在門控脈沖的時間間隔內(nèi)，對周期方波信號進行計數(shù)，計數(shù)器顯示的數(shù)字就是信號的頻率。例：數(shù)字頻率計的仿真系統(tǒng)。目前四十八頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點符號函數(shù)處理模塊其輸入由輸出決定，依據(jù)下列規(guī)則：1）如果輸入大于0，則輸出為1；2）如果輸入等于0，則輸出為0；3）如果輸入小于0，則輸出為－1；其功能是使輸出在兩個特定值之間切換。當(dāng)繼電器打開時，它會保持打開狀態(tài)，直到輸入小于參數(shù)Switchoffpoint。當(dāng)繼電器關(guān)閉時，它會保持關(guān)閉狀態(tài)，直到輸入超過參數(shù)Switchonpoint。Switchonpoint值必須大于等于Switchoffpoint的值，大于號成立時，該模塊有遲滯效果，等于號成立時，模塊僅起到門檻的作用。估計信號頻率模塊SingleToneFrequencyEstimator是出自Toolbox＼commblks＼commblksdemos＼freqsyn_sim中的模塊。目前四十九頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點目前五十頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點符號模塊Sign：其輸入由輸出決定，依據(jù)下列規(guī)則：1）如果輸入大于0，則輸出為1；2）如果輸入等于0，則輸出為0；2）如果輸入小于0，則輸出為－1；目前五十一頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點繼電器模塊Relay：其功能是使輸出在兩個特定值之間切換。當(dāng)繼電器打開時，它會保持打開狀態(tài)，直到輸入小于參數(shù)Switchoffpoint。當(dāng)繼電器關(guān)閉時，它會保持關(guān)閉狀態(tài)，直到輸入超過參數(shù)Switchonpoint。Switchonpoint值必須大于等于Switchoffpoint的值，大于號成立時，該模塊有遲滯效果，等于號成立時，模塊僅起到門檻的作用。目前五十二頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點目前五十三頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點1.基帶信號的眼圖 程序3-1描述一個二進制隨機方波序列，通過升余弦濾波器濾波后，方波的高頻成分濾掉后繪出的眼圖。圖3-36所示是由程序中的“plot”和“eyescat”指令繪出的時域波形圖（左圖）和眼圖（右圖）。

2.5.1眼圖2.5其他顯示儀器目前五十四頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點程序3-1

x=randint（3000,1,2）;%產(chǎn)生3000行1列的二進制隨機數(shù)x

y=［［0］;rcosflt（x,1,10）］;%X通過一個升余弦濾波器得到y(tǒng)

Fd=1/2;Fs=10;offset=0;%設(shè)定采樣頻率、偏置等參數(shù)

figure（1）

t=1:30061; plot（t,y）;axis（［1,300,-.5,1.5］;%繪出y的時域圖形

gridfigure（2）

eyescat（y,Fd,Fs,offset）%繪出y的眼圖

t1=t′; D=［t1y］;%把y與時間變量t1組成文件變量D、在工作空間Workspace的數(shù)據(jù)（30061行2列）

sim（′eyeE′)%啟動仿真系統(tǒng)′eyeE′目前五十五頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點目前五十六頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點目前五十七頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點每個符號抽樣數(shù)：繪制眼圖時每個符號抽樣數(shù)，因為眼圖的繪制需要接收信號的波形信息。數(shù)量太小，繪出的眼圖不符合實際情況。抽樣時延：調(diào)節(jié)眼圖在顯示窗中的左右位移。每跡符號數(shù)：調(diào)節(jié)在顯示窗中有幾只“眼”。顯示軌跡數(shù)：顯示在顯示窗內(nèi)的接收信號的軌跡數(shù)。每次新顯示的軌跡數(shù)：顯示在顯示窗內(nèi)的接收信號有多少個最新的軌跡。目前五十八頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點標記：在采樣點上作標記“*”、“.”、“o”、“+”等。（線型）：“-”、“:”、“-.”、“--”等。軌跡邊界上的重復(fù)點是否顯示。（高質(zhì)量繪圖）：激活該選項啟動高質(zhì)量繪圖方式。目前五十九頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點目前六十頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點目前六十一頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點2.基帶調(diào)制信號的眼圖 圖3-38所示是Toolbox＼Commblks＼Commblksdemos例子中的部分內(nèi)容，展示了四進制隨機數(shù)據(jù)通過基帶QPSK調(diào)制、升余弦濾波（插補）及加性高斯白噪聲傳輸環(huán)境后信號的眼圖。目前六十二頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點目前六十三頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點目前六十四頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點目前六十五頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點目前六十六頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點目前六十七頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點2.5.2星座圖

星座圖可以在信號空間展示信號所處的位置，為系統(tǒng)的傳輸特性分析提供了直觀的、具體的顯示結(jié)果。

為了使系統(tǒng)的功率利用率、頻帶利用率得到充分的利用，在特定的調(diào)制方式下，在信號空間中信號如何排列與分布？在傳輸過程中疊加上噪聲以后，信號之間的最小距離是否能保證既定的誤碼率的要求？這些問題的研究用星座圖儀十分直觀方便。目前六十八頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點多元調(diào)制都可以分解為Inphase（同相）分量及Quadrature（正交）分量。將同相分量用我們習(xí)慣的二維空間的X軸表示；正交分量用Y軸表示。信號在X-Y平面（同相—正交平面）的位置就是星座圖。目前六十九頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點例：一個隨機數(shù)據(jù)通過基帶QAM調(diào)制及噪聲傳輸環(huán)境后，觀察星座圖的仿真試驗系統(tǒng)

目前七十頁\總數(shù)八十三頁\編于十七點每個符號抽樣數(shù)：星座圖中取1即可（因為一個符號用一點即可描述）。眼圖中需要若干點才能將信號在判決點前后的變化趨勢表示清楚。