噪声产生器的MATLAB实现及性能分析综述.docx
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噪声产生器的MATLAB实现及性能分析综述
长沙理工大学
《通信原理》课程设计报告
王尼玛
学院城南学院专业通信工程
班级通信1102学号201185250250
学生姓名王尼玛指导教师曹敦
课程成绩完成日期2014年01月9日
课程设计成绩评定
学院城南学院专业通信工程
班级通信1102学号201185250250
学生姓名王尼玛指导教师曹敦
完成日期2011年01月9日
指导教师对学生在课程设计中的评价
评分项目
优
良
中
及格
不及格
课程设计中的创造性成果
学生掌握课程内容的程度
课程设计完成情况
课程设计动手能力
文字表达
学习态度
规范要求
课程设计论文的质量
指导教师对课程设计的评定意见
综合成绩指导教师签字年月日
1引言
1.1课程设计的目的.....................................................................................................................1
1.2课程设计的要求.....................................................................................................................1
1.3设计平台.................................................................................................................................2
1.4课程设计的步骤....................................................................................................................2
2基本原理.......................................................................................................................................2
2.1设计平台简介.........................................................................................................................2
2.2 m序列...................................................................................................................................3
2.3m序列模拟产生高斯白噪声.................................................................................................3
3系统设计........................................................................................................................................3
3.1模型建立及主要模块设计....................................................................................................3
3.1.1m序列反馈移位寄存器仿真模型.......................................................................................4
3.1.2噪声产生器仿真模型的建立.............................................................................................4
3.1.3各模块的参数设置.............................................................................................................5
4仿真结果.........................................................................................................................................9
4.1 对m序列的仿真...................................................................................................................9
4.2载波的仿真...............................................................................................................................10
4.3对噪声发生器的仿真..............................................................................................................11
5出现的问题及解决方法..................................................................................................................13
5.1出现的问题..............................................................................................................................13
5.2解决办法...................................................................................................................................14
6结束语..............................................................................................................................................14
参考文献.............................................................................................................................................14
.
噪声产生器的MATLAB实现及性能分析
——噪声带宽为1MHz
学生姓名:
王尼玛指导老师:
曹敦
摘要本课程设计的目的主要是仿真噪声产生器。
利用m序列模拟高斯白噪声,得到带宽为1MHz的带限白噪声。
在课程设计中,噪声产生器的实现平台为MATLAB中的Simulink。
在本课程设计中采用的是一个7级的m序列模拟高斯白噪声,通过仿真后得到了1MHz的带限白噪声,通过对其性能分析基本达到设计要求。
关键词噪声产生器;高斯白噪声;MATLAB/Simulink
1引言
测量通信系统的性能时,常常要使用噪声产生器,使用噪声二极管这类噪声源做成的噪声产生器,在测量数字通信系统的性能时不很适用。
所以用m序列来模拟高斯白噪声
1.1课程设计目的
本课程设计的目的主要是仿真噪声产生器。
利用m序列模拟高斯白噪声,调制频率搬移到15MHz后,送入一带宽为1MHz的带通滤波器,得到带宽为1MHz的带限白噪声,示波器上观察该噪声时域波形,并观察其频谱,与同组同学比较各种不同带宽噪声的波形和性能。
1.2课程设计要求
(1)本设计开发平台为MATLAB中的Simulink。
(2)模型设计应该符合工程实际,模块参数设置必须与原理相符合。
(3)处理结果和分析结论应该一致,而且应符合理论。
(4)独立完成课程设计并按要求编写课程设计报告书。
1.3设计平台
MATLAB7.0中的Simulink
1.4课程设计的步骤
先设计m序列生成器。
然后和15Mhz的余弦函数相乘(将频率调制到15Mhz),再通过一个带宽为1M的带通滤波器,即可完成设计
2基本原理
2.1设计平台简介
Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。
Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具,是一种基于MATLAB的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模,它也支持多速率系统,也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。
为了创建动态系统模型,Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI),这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成,它提供了一种更快捷、直接明了的方式,而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。
对各种时变系统,包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统,Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。
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2.2m序列
m序列是最长线性反馈移位寄存器序列(maximallengthlinearfeedbackshiftregistersequence)的简称。
它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的序列。
下图为线性反馈移位寄存器原理图:
图1-1线性反馈移位寄存器原理图
2.3m序列模拟产生高斯白噪声
M序列的自相关函数的傅里叶变换是M序列的功率谱密度,其与高斯白噪声的功率谱密度类似,因此可以用M序列来模拟高斯白噪声。
M序列的功率谱密度的包络是(sinx/x)2形的。
设m序列的码元宽度为T1,则大约在0至(1/T1)×45%Hz的频率范围内,可以认为它具有均匀的功率谱密度。
所以,可以用m序列的这一部分频谱作为噪声产生器的噪声输出。
3系统设计
3.1模型建立及主要模块设计
系统模块主要为:
m序列反馈移位寄存器仿真模块,调制模块。
M序列为7个移位器和1个逻辑异或构成;频率调制模块由1个15Mhz余弦波和1个乘法器,1个带通滤波器构成。
3.1.1m序列反馈移位寄存器仿真模型
本课程设计用7级的m序列模拟高斯白噪声,设计图如下:
图3-17级m序列设计图
3.1.2噪声产生器仿真模型的建立
调制/显示模块如下图:
图3-2调制/显示模块图
将m序列反馈移位寄存器仿真模块与调制显示模块连接完毕,如下图:
图3-3噪声仿真模型图
3.1.3各模块参数设置
LogicalOperator:
将operator设置为xor(异或),入口数改为6个,其余为预设值,如图3-4.
图3-4LogicalOperator模块设置图
UnitDelay:
D1的intialconditions(初始条件)设置为0,sampletime设置为4.5*10^(-7),因为M序列的功率谱密度的包络是(sinx/x)2形的。
设m序列的码元宽度为T1,则大约在0至(1/T1)×45%Hz的频率范围内,可以认为它具有均匀的功率谱密度。
因为本课程设计是要求得到一个1M的白噪声,因此可算出T1为4.5*10^(-7)。
其余参数为预设值,如图3-5,D2-D7的初始条件设置为1,其余和D1一样。
图3-5UnitDelay模块设置图
SineWave:
本课程设计要求将m序列模拟的高斯白噪声调制频率搬移到15MHz,所以将Frequency(频率)设置为15*10^6*2*pi。
其余为预设值,如图3-6.
图3-6SineWave模块设置图
Product:
乘法器如图3-7所示设置
图3-7Product模块设置图
AnalogFilterDesign:
本课程设计要求将波形送入一带宽为1MHz的带通滤波器,得到带宽为1MHz的带限白噪声,因此将Designmethod设置为Butterworth,Filterorder设置为Bandpass,带宽下限设置为(15-1)M*2π,上限设置为(15+1)M*2π,阶数设置为4,如图3-8所示。
,,带宽上限设置sth________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
图3-8AnalogFilterDesign模块设置图
PowerSpectralDensity:
通过调制之后最大带宽为16M,因此1/T≥16*2*106,T=0.32*10-7其余设置如图3-9
图3-9PowerSpectralDensity模块设置图
4仿真结果
4.1对m序列的仿真
图4-1m序列仿真图(a)
放大后:
图4-2m序列仿真图(b)
4.2载波的仿真
15M载波波形图:
图4-3载波波形图
4.3对噪声发生器的仿真
M序列调制之后通过带通滤波器之前:
图4-4噪声发生器仿真图(a)
放大后:
图4-5噪声发生器仿真图(b)
通过带通滤波器之后:
示波器如图4-4:
图4-6噪声发生器仿真图(a)
放大之后:
图4-7噪声发生器仿真图(b)
频谱仪如图4-5示:
图4-8噪声发生器频谱图
本设计是15M的载波,因此15*106*2π=9.42*107,由图4-5可知中心频率约等于9.5*107,0.32*106*2π=0.34*107经由图4-5对比,波形上下限基本吻合,因此基本符合本课程设计要求。
5出现的问题及解决方法
5.1出现的问题
(1)示波器只能看见一条黄线甚至没有显示
(2)MatlabR2012b版本频谱仪模块缺失
(3)频谱仪一片灰色无显示
(4)频谱仪显示不在需要的范围内
5.2解决方法
(1)点击示波器的图标,使图像到画面的正中间,然后点击图像放大,最后在图像上点击右键,选择将坐标轴范围设置为自己需要的数值
(2)下载MATLAB7.0版本
(3)频谱仪设置的采样时间不正确,应当计算所需要显示的波形的中心频率,然后将频谱仪采样时间设置正确
(4)频谱仪采样时间应一步步逼近,使之靠近到所需要的坐标
6结束语
在这短短两周课程设计的时间里,通过各位老师和同学的帮助,我确实学到了许多知识,也补上了自己所欠缺的相关知识,尤其是通过老师的讲解和放在网络平台的关于Simulink的PPT,让我的MATLAB/Simulink仿真平台的实际操作能力得到了提升,尤其是其中的模块参数设置,通过对各位老师的提问,以及各位老师详细的讲解,是我提高了很多,也使我学到了很多,但我也还需要更进一步。
这次课程设计的完成,感谢各位老师给予的大力帮助,也感谢各位题目类似的同学们的帮助,使我真正的学到了许多知识。
参考文献
[1] 樊昌信 曹丽娜 编著通信原理(第六版).北京:
国防工业出版社,2008.3
[2]刘树棠译.现代通信系统----使用Matlab. 西安:
西安交通大学出版
社, 2001.
[3]李贺冰等编. Simulink通信仿真教程. 北京:
国防工业出版社, 2006.
[4]薛定宇基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用.清华大学出版社,
2011.
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- 关 键 词:
- 噪声 产生器 MATLAB 实现 性能 分析 综述