第二讲的仿真测量仪器演示文稿

第二讲的仿真测量仪器演示文稿目前一页\总数八十三页\编于十七点（优选）第二讲的仿真测量仪器目前二页\总数八十三页\编于十七点2.2.1指针式电压表

指针式仪表将输入的量值用图形化的指针与相应的刻度表示出来，并通过参数设置对话框来设置仪表的外观、量程、刻度、颜色及字型等。

指针式电压表取自AngularGauges（角度仪表盘）模块。目前三页\总数八十三页\编于十七点指针式电压表仿真框图目前四页\总数八十三页\编于十七点正弦信号发生器参数设置可以是一个标量或长度为N的向量，三者向量长度必须一致。确定输出是离散形式的正弦信号还是连续形式的正弦信号。产生正弦波的类型：实数形式、复数形式。产生离散正弦波的方式：Tablelookup、Differential。正弦波的采样周期，在参数Samplemode设为Continuous时，无效。目前五页\总数八十三页\编于十七点指针式电压表参数设置对话框目前六页\总数八十三页\编于十七点2.2.2数字式电压表数字式电压表取自LED（自发光）二极管模块。目前七页\总数八十三页\编于十七点Timerange:

默认为10，显示在[0,10]区间的信号。若信号实际持续时间超过设定时间，不显示区间外内容。包含：抽选Decimation和采样时间Sampletime。Decimation：设置显示频度。若取n，则每隔n－1个数据点给予显示，默认值为1。Sampletime：设置显示点的采样时间间隔。设定缓冲区接受数据的长度，默认为勾选状态，值为5000。

多信号显示区设置。默认为1，模块有1个输入口，Scope只有一个信号显示区。目前八页\总数八十三页\编于十七点设置显示数据的抽选频度，默认为1，每点显示，n为间隔（n－1）点显示。Display模块：动态显示某个信号的数值结果。采样时间，－1表示从驱动模块继承。目前九页\总数八十三页\编于十七点数字式电压表参数设置对话框目前十页\总数八十三页\编于十七点2.3时间域的测量仪器2.3.1示波器

用计算机仿真的示波器应用的是数字技术，可以观测单次现象，正确设置参数后，可以保持结束时的波形。例1：用示波器（Scope）显示1GHz正弦波目前十一页\总数八十三页\编于十七点1GHz正弦波显示仿真系统框图目前十二页\总数八十三页\编于十七点示波器主要参数设置确定各坐标系是否带有坐标轴标签。all：全部坐标系都使用坐标轴标签。目前十三页\总数八十三页\编于十七点1GHz正弦波的示波器显示时间偏移：给出时间的起始偏移量（即显示时间范围的起始时刻）。目前十四页\总数八十三页\编于十七点例2：多踪示波器（Scope）的仿真本例用示波器显示七踪信号的仿真。计算输入的和或差，其输入可以是标量、向量或矩阵。目前十五页\总数八十三页\编于十七点伯努利信号发生器产生伯努利分布的随机二进制数。表示输出中“0”出现的概率。表示初始的种子值，可以与Probabilityofzero项维数相同的向量，也可是一个标量。对基于采样的输出信号，是向量元素的周期，对基于帧的矩阵，是每行的周期。目前十六页\总数八十三页\编于十七点常量模块产生一个常数或复数的常量值，其输出可是标量、向量或矩阵。目前十七页\总数八十三页\编于十七点七路信号显示在同一示波器上目前十八页\总数八十三页\编于十七点2.3.2X-Y记录仪

最早X-Y记录仪的应用是观察李沙育图形，用标准信号与待测信号形成的李沙育图形进行频率的测量。例：用X-Y记录仪显示李沙育图形。目前十九页\总数八十三页\编于十七点信号发生器参数设置目前二十页\总数八十三页\编于十七点采样时间一般是X、Y输入信号中较高的频率的信号周期的1/10~1/20,否则看不到理想的李沙育图形。目前二十一页\总数八十三页\编于十七点2.4频率域的测量仪器2.4.11G信号的频谱例：用频谱仪（SpectrumScope）显示1GHz信号

的频谱。当用户把连续时间的Sourceblocks连接到离散时间模块时，需要零阶保持模块将信号离散化，并且在零阶保持模块的采样时间参数中设置信号的采样周期。目前二十二页\总数八十三页\编于十七点频谱仪参数设置要点：参数设置对话框有四种激活Show（显示）的选项Showscopeproperties（显示示波器特性）：用于设定存储器长度、FFT长度、交叠的长度、计算平均值的点数与计算快速傅立叶变换的方法有关的量。Showdisplayproperties（显示特性）弹出的对话框可设定：显示时是否加Showgrid（坐标刻度线），显示窗口是否有legend（图例），是否有Framenumber（帧数显示）等。Showaxisproperties（显示坐标轴特性）用于设定采用时间、频率范围、坐标刻度是对数还是线性、Y轴显示的范围、与显示窗的水平垂直坐标刻度有关的量。Showlineproperties（线条特性）：可设定与线条显示有关的参数，如Linevisibility（可视性）、Styles（线形）、Markets（标记）、Colors（颜色）等。目前二十三页\总数八十三页\编于十七点频谱仪应用快速FFT变换完成数据流从时域到频域的变换Buffersize（缓存长度）：同FFT长度N，N必须为2的幂；N（即时窗的长短）的大小决定了频谱仪的分辨率，N越大，频率分辨率越高。进行FFT变换，数据流分段时Bufferoverlap（重叠的长度）、Numberofspectralaverage（频谱数据的平均数）会影响频谱特性的平滑程度，这两个数值越大，特性越平滑。目前二十四页\总数八十三页\编于十七点所研究的谱线应出现在频谱仪显示窗的中间，能看到在频率轴上谱线的低端和高端的情况，便于观察分析。输入信号的采样频率应该取为期望的频率显示窗最大值的两倍。采样频率Fs＝4e9，则1GHz的频率刻度正好在频谱仪显示窗的中心。目前二十五页\总数八十三页\编于十七点频谱仪的采样频率与被测信号的采样频率要一致。采样保持电路设定的参数Sampletime应与频谱仪的采样时间相同。目前二十六页\总数八十三页\编于十七点2.4.2m序列的频谱

m序列是一种伪随机序列，有优良的自相关函数，是狭义的伪噪声序列，易于产生和复制，在扩展频谱技术中得到了广泛的应用。其定义见8.1节。例1：用示波器和频谱仪观察m序列的时域和频域图形。伪随机序列产生器仿真模型目前二十七页\总数八十三页\编于十七点表示生成多项式的系数向量，表示移位寄存器反馈连接的关系。表示移位寄存器的初始状态的向量（长度为生成多项式的阶数，元素值为二进制数）。注意：多项式系数个数比阶数大1。目前二十八页\总数八十三页\编于十七点SpectrumScope（频谱仪）主要参数设置目前二十九页\总数八十三页\编于十七点示波器显示的m序列波形图频谱仪显示的m序列的频谱图

m序列波形图可看成m序列与以15为周期的冲激序列的卷积。

m序列频谱图是以15为周期的冲激序列的频谱与m序列的码元（宽度为1）的方波对应的谱特性的相乘结果。目前三十页\总数八十三页\编于十七点例2：周期为15的冲激序列的时域波形和频谱。目前三十一页\总数八十三页\编于十七点目前三十二页\总数八十三页\编于十七点周期（Ts＝15）冲激序列的频谱是间隔为1/Ts的序列谱线频谱图时域波形（脉宽占周期的1％）目前三十三页\总数八十三页\编于十七点时域波形（脉宽占周期的3％）周期单位冲激序列与窄方波卷积后波形的频谱目前三十四页\总数八十三页\编于十七点例3：码元宽度为1的随机信号的时域波形和频谱。目前三十五页\总数八十三页\编于十七点目前三十六页\总数八十三页\编于十七点时域波形频谱可以看出：脉宽为1的方波的频谱类似冲激函数的形状，在∓1、∓2、∓3…处分别是第1、2、3零谐振点。目前三十七页\总数八十三页\编于十七点2.4.3FM频率调制信号带宽实验通信模块库———调制解调调制解调技术案通信信号是模拟的还是数字的，分为：模拟调制解调和数字调制解调。都是通过将通信信号的信息加载到载波的幅度、频率或相位上，因此，调制解调又可分为：幅度调制、频率调制、相位调制。目前三十八页\总数八十三页\编于十七点2.Simulink对调制解调过程的仿真有两种：

通带仿真和基带仿真。通带仿真：通带仿真的载波信号包含在模型的发射部分，载波频率远远高于信号的最高频率。基带仿真：低通等效法仿真，它使用的是通带信号的复数包络。当调制解调技术的参数选择或性能要求不是设计的关键时，为加快仿真速度，通常使用基带仿真。目前三十九页\总数八十三页\编于十七点3、FM频率调制概念载波信号：频率调制的定义：若使瞬时频率直接随调制信号m（t）线性地变化，则称为频率调制。这时，瞬时角频率为及瞬时相位为这时，已调信号的表示式为：上式表明，载波相位随调制信号的积分线性地变化。kf是调制常数。目前四十页\总数八十三页\编于十七点4、FM频率调制信号带宽实验FMModulatorPassband模块模块进行频率调制，输出为通带形式的调制信号，输出信号的频率随输入信号的幅度而改变。若输入信号为时间函数u（t），则输出信号为：fc为载频，θ为初始相位，Kc为调制常数。目前四十一页\总数八十三页\编于十七点例：两个调频信号的频谱分布仿真实验系统。观测两个幅度为1，频率为50Hz的正弦信号，分别调制在1000Hz和1400Hz的载频上，调制指数m＝2。目前四十二页\总数八十三页\编于十七点信号发生器主要参数（本例中为调制信号）目前四十三页\总数八十三页\编于十七点调制指数m＝2，调制信号幅度VΩ为1，频率Ω为50Hz。则调制常数Kf＝100.目前四十四页\总数八十三页\编于十七点目前四十五页\总数八十三页\编于十七点两个信号的频谱分布图原信号波形图若改变载频的间距或调制指数，将看到什么情况呢？举例说明目前四十六页\总数八十三页\编于十七点m=4,Kf=200m=2,Kf=100可看出：调制指数增大，两族谱线发生重叠；调制指数越大，具有较大振幅的边频分量就越多。目前四十七页\总数八十三页\编于十七点2.4.4数字式频率计数字频率计的一般工作原理：将待测周期信号整形为周期方波信号；建立一个单位时间（1S）的门控脉冲，建立一个计数器；在门控脉冲的时间间隔内，对周期方波信号进行计数，计数器显示的数字就是信号的频率。例：数字频率计的仿真系统。目前四十八页\总数八十三页\编于十七点符号函数处理模块其输入由输出决定，依据下列规则：1）如果输入大于0，则输出为1；2）如果输入等于0，则输出为0；3）如果输入小于0，则输出为－1；其功能是使输出在两个特定值之间切换。当继电器打开时，它会保持打开状态，直到输入小于参数Switchoffpoint。当继电器关闭时，它会保持关闭状态，直到输入超过参数Switchonpoint。Switchonpoint值必须大于等于Switchoffpoint的值，大于号成立时，该模块有迟滞效果，等于号成立时，模块仅起到门槛的作用。估计信号频率模块SingleToneFrequencyEstimator是出自Toolbox＼commblks＼commblksdemos＼freqsyn_sim中的模块。目前四十九页\总数八十三页\编于十七点目前五十页\总数八十三页\编于十七点符号模块Sign：其输入由输出决定，依据下列规则：1）如果输入大于0，则输出为1；2）如果输入等于0，则输出为0；2）如果输入小于0，则输出为－1；目前五十一页\总数八十三页\编于十七点继电器模块Relay：其功能是使输出在两个特定值之间切换。当继电器打开时，它会保持打开状态，直到输入小于参数Switchoffpoint。当继电器关闭时，它会保持关闭状态，直到输入超过参数Switchonpoint。Switchonpoint值必须大于等于Switchoffpoint的值，大于号成立时，该模块有迟滞效果，等于号成立时，模块仅起到门槛的作用。目前五十二页\总数八十三页\编于十七点目前五十三页\总数八十三页\编于十七点1.基带信号的眼图 程序3-1描述一个二进制随机方波序列，通过升余弦滤波器滤波后，方波的高频成分滤掉后绘出的眼图。图3-36所示是由程序中的“plot”和“eyescat”指令绘出的时域波形图（左图）和眼图（右图）。

2.5.1眼图2.5其他显示仪器目前五十四页\总数八十三页\编于十七点程序3-1

x=randint（3000,1,2）;%产生3000行1列的二进制随机数x

y=［［0］;rcosflt（x,1,10）］;%X通过一个升余弦滤波器得到y

Fd=1/2;Fs=10;offset=0;%设定采样频率、偏置等参数

figure（1）

t=1:30061; plot（t,y）;axis（［1,300,-.5,1.5］;%绘出y的时域图形

gridfigure（2）

eyescat（y,Fd,Fs,offset）%绘出y的眼图

t1=t′; D=［t1y］;%把y与时间变量t1组成文件变量D、在工作空间Workspace的数据（30061行2列）

sim（′eyeE′)%启动仿真系统′eyeE′目前五十五页\总数八十三页\编于十七点目前五十六页\总数八十三页\编于十七点目前五十七页\总数八十三页\编于十七点每个符号抽样数：绘制眼图时每个符号抽样数，因为眼图的绘制需要接收信号的波形信息。数量太小，绘出的眼图不符合实际情况。抽样时延：调节眼图在显示窗中的左右位移。每迹符号数：调节在显示窗中有几只“眼”。显示轨迹数：显示在显示窗内的接收信号的轨迹数。每次新显示的轨迹数：显示在显示窗内的接收信号有多少个最新的轨迹。目前五十八页\总数八十三页\编于十七点标记：在采样点上作标记“*”、“.”、“o”、“+”等。（线型）：“-”、“:”、“-.”、“--”等。轨迹边界上的重复点是否显示。（高质量绘图）：激活该选项启动高质量绘图方式。目前五十九页\总数八十三页\编于十七点目前六十页\总数八十三页\编于十七点目前六十一页\总数八十三页\编于十七点2.基带调制信号的眼图 图3-38所示是Toolbox＼Commblks＼Commblksdemos例子中的部分内容，展示了四进制随机数据通过基带QPSK调制、升余弦滤波（插补）及加性高斯白噪声传输环境后信号的眼图。目前六十二页\总数八十三页\编于十七点目前六十三页\总数八十三页\编于十七点目前六十四页\总数八十三页\编于十七点目前六十五页\总数八十三页\编于十七点目前六十六页\总数八十三页\编于十七点目前六十七页\总数八十三页\编于十七点2.5.2星座图

星座图可以在信号空间展示信号所处的位置，为系统的传输特性分析提供了直观的、具体的显示结果。

为了使系统的功率利用率、频带利用率得到充分的利用，在特定的调制方式下，在信号空间中信号如何排列与分布？在传输过程中叠加上噪声以后，信号之间的最小距离是否能保证既定的误码率的要求？这些问题的研究用星座图仪十分直观方便。目前六十八页\总数八十三页\编于十七点多元调制都可以分解为Inphase（同相）分量及Quadrature（正交）分量。将同相分量用我们习惯的二维空间的X轴表示；正交分量用Y轴表示。信号在X-Y平面（同相—正交平面）的位置就是星座图。目前六十九页\总数八十三页\编于十七点例：一个随机数据通过基带QAM调制及噪声传输环境后，观察星座图的仿真试验系统

目前七十页\总数八十三页\编于十七点每个符号抽样数：星座图中取1即可（因为一个符号用一点即可描述）。眼图中需要若干点才能将信号在判决点前后的变化趋势表示清楚。