课程设计任务书
学生姓名：专业班级：
指导教师: 工作单位：
题目：AM信号的仿真分析
初始条件：
1）Matlab 软件
2）通信原理基础知识
设计内容和要求：
调制信号：分别为300Hz正弦信号和矩形信号；载波频率：30kHz；解调方式：分别为包络解调和同步解调；
要求：画出以下三种情况下调制信号、已调信号、解调信号的波形、频谱以及解调器输入输出信噪比的关系曲线；
1）调制信号幅度=0.8×载波幅度；2）调制信号幅度=载波幅度；
3）调制信号幅度=1.5×载波幅度；
指导教师签名：年月日
系主任（或责任教师）签名：年月
基于MATLAB的AM信号的调制与解调
摘要：现在的社会越来越发达，科学技术不断的在更新，在信号和模拟电路里面经常要用到调制与解调，而AM的调制与解调是最基本的，也是经常用到的。用AM调制与解调可以在电路里面实现很多功能，制造出很多有用又实惠的电子产品，为我们的生活带来便利。在我们日常生活中用的收音机也是采用了AM调制方式，而且在军事和民用领域都有十分重要的研究课题。
本文主要的研究内容是了解AM信号的数学模型及调制方式以及其解调的方法。不同的解调方法在不同的信噪比情况下的解调结果，那种方法更好，作出比较。要求是进行双音及以上的AM信号的调制与解调。先从AM的调制研究，研究它的功能及在现实生活中的运用。其次研究AM的解调，以及一些有关的知识点，以及通过它在通信方面的运用更加深入的了解它。从单音AM信号的数学模型及调制解调方式出发，得出双音AM信号的数学模型及其调制与解调的框图和调制解调波形。利用MATLAB编程语言实现对双音AM 信号的调制与解调，给出不同信噪比情况下的解调结果对比。
关键词：AM信号，调制，解调，信噪比，MATLAB
Modulation and demodulation of AM signal
based on MATLAB
Abstract: Society becomes more developed now, science and technology in the update, in which signal and analog circuits often used in modulation and demodulation, and AM modulation and demodulation is the most basic, is also frequently used. To participate in the identification of such artificial methods, the ruling includes subjective factors, will vary from person to person, can identify the type of modulation is very limited. Automatic modulation recognition technology can be overcome not only to participate in recognition of artificial difficulties, and the center frequency and bandwidth of the estimation error, adjacent channel crosstalk, noise and interference factors such as the decline of effect is relatively robust. Using AM modulation and demodulation circuit which can achieve a lot of features, creating a lot of useful and affordable electronic products, in order to facilitate our lives. Used in our daily lives is the use of AM radio modulation, but also in the field of military and civilian research topics are very important.
The main content of this paper is to understand the mathematical model of the AM signal and the modulation and the demodulation method. Demodulation different methods in different circumstances of the demodulation signal to noise ratio the results of methods that better, to make the comparison. Requirement is more than double the sound and the AM signal modulation and demodulation. AM modulation first study of its function and in real life use. AM demodulation followed by research, as well as some related knowledge, as well as through its use of communications more in-depth understanding of it. AM signal from the tone of the mathematical model and the modulation and demodulation methods, the two-tone AM signal to draw a mathematical model and the block diagram of modulation and demodulation and modulation and demodulation waveforms. MATLAB programming language to use to achieve the two-tone AM signal modulation and demodulation, given the different circumstances of the demodulation signal to noise ratio compared the results.
Keyword: AM signal, Modulation, Demodulation, Noise ratio signal, MATLAB
目录
1、课程设计内容与要求 (2)
1.1 课程设计内容 (2)
1.2设计要求 (2)
2、调制和解调原理 (3)
2.1调制与解调 (3)
2.2 幅度调制的原理 (3)
3．相干解调与包络检波 (4)
3.1相干解调 (4)
3.2 包络检波 (4)
4．噪声与抗噪声性能模型分析 (6)
4.1 噪声的分类 (6)
4.2 本文噪声模型 (6)
4.3 抗噪声性能的分析模型 (6)
4.4相干解调的抗噪声性能 (7)
5．AM基于matlab的调制与解调 (9)
5.1载波频率为30KＨz的载波信号 (9)
5.2频率为300Hz的正弦波调制 (9)
5.2.1调制信号幅度=0.8×载波幅度 (10)
5.2.2调制信号幅度=载波幅度时的调制信号 (11)
5.2.3调制信号幅度=1.5×载波幅度时的调制信号 (12)
5.3频率为300Hz的正弦波解调与输入输出信噪比曲线 (12)
5.3.1 调制信号幅度=载波信号幅度 (12)
5.3.2调制信号幅度=0.8×载波信号幅度 (15)
5.3.3调制信号幅度=1.5×载波信号幅度 (16)
5.4调制信号为300Hz矩形脉冲波 (17)
5.4.1调制信号幅度=0.8×载波信号幅度 (17)
调制信号幅度=载波信号幅度 (18)
5.4.3调制信号幅度=1.5×载波信号幅度 (19)
5.5 频率为300Hz的矩形波解调及输入输出信噪比的关系曲 (20)
5.5.1 调制信号幅度=载波信号幅度 (20)
5.5.2调制信号幅度=0.8×载波信号幅度 (23)
5.5.3调制信号幅度=1.5×载波信号幅度 (24)
6、小结与体会 (25)
7参考文献 (26)
1、课程设计内容与要求
1.1 课程设计内容
调制信号：分别为300Hz正弦信号和矩形信号；载波频率：30kHz；解调方式：分别为包络解调和同步解调；
1.2设计要求
利线用Matlab软件进行振幅调制和解调程序设计，画出以下三种情况下调制信号、已调信号、解调信号的波形、频谱以及解调器输入输出信噪比的关系曲线；
1）调制信号幅度=0.8×载波幅度；2）调制信号幅度=载波幅度；
3）调制信号幅度=1.5×载波幅度
2、调制和解调原理
2.1调制与解调
调制在通信系统中的作用至关重要。调制就是把信号转换成适合在信道中传输的形式
的一种过程。广义的调制分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。在无线通信中和其他大多数场合，调制一词均指载波调制。
载波调制，就是用调制信号去控制载波的参数的过程，使载波的某一个或某几个参数按照调制信号的规律而变化。调制信号是指来自信源的消息信号（基带信号），这些信号可以是模拟的，也可以是数字的。未受到调制的周期性振荡信号称为载波，它可以是正弦波，也可以是非正弦波（如周期性脉冲序列）。载波调制后称为已调信号，它含有调制信号的全部特征。
解调（也称检波）则是调制的逆过程，起作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。对于振幅调制信号，解调(demodulation )就是从它的幅度变化上提取调制信号的过程。可利用乘积型同步检波器实现振幅的解调，让已调信号与本地恢复载波信号相乘并通过低通滤波可获得解调信号。
2.2 幅度调制的原理
标准调幅就是常规双边带调制，简称调幅（AM ）。假设调制信号m(t)的平均值为0，
将其叠加一个直流偏量A 0 后与载波相乘，即可形成调幅信号。其时域表示式为
t t m A t s c AM ωcos )]([)(0+=
式中：A 0 为外加的直流分量；m(t)可以是确知信号，也可以是随机信号。 当满足条件：
|m(t)|max ≤ A 0 （2.2.1） 时，AM 波的包络检波与调制信号m(t)的形状完全一样，因此，用包络检波的方法很容易就恢复出原始调制信号；如果上述条件没有满足，就会出现“过调幅”现像，这时用包络检波将会产生失真。但是可以采用其他的解调方法，如同步检波。
AM 信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成。上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。因此，AM 信号是带有载波分量的双边带信号，它的带宽是基带信号带宽f H 的2倍，即
B AM =2f H (2.2.1)
图2.2.1 AM 调制模型
)
(t m )
(t
3．相干解调与包络检波
解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复原基带信号（即调制信号）。解调的方法分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波）。
3.1相干解调
相干解调也叫同步检波解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。调制是把基带信号的谱搬到了载频位置，这一过程可以通过一个相乘器与载波相乘来实现。解调则是调制的反过程，即把在载频位置的已调信号的频谱搬回到原始基带位置，因此同样可以用相乘器与载波相乘来实现。相干解调器的一般模型示于图 中。
图3.1.1相干解调器的一般模型
相干解调时，为了无失真的恢复原基带信号，接受端必须提供一个与接收的已调载波严格同步（同频同相）的本地载波（称为相干载波），它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。 将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得
t w t m A t m A t
w t m A S c c AM 2cos )]([2
1
)]([21cos )]([t cosw t)(0020c +++=+=? (3.1.1) 由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第2项分离，无失真的恢复出原始的调制信号
)]([2
1
)(00T M A T M += (3.1.2)
相干解调的关键是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件
得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。
相干解调适用于所有线性调制信号的解调。只是ＡＭ信号的解调结果中含有直流成分Ａ０，这时在解调后加一个简单的隔直流电容即可。
3.2 包络检波
ＡＭ信号在满足|m(t)|max ≤ A 0的条件下，其包络与调制信号m(t)的形状完全一样。因此，AM 信号除了可以采用相干解调外，一般都采用简单的包络检波法来恢复信号。
包络检波器通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成，它属于非相干解调，因此不需要相干载波，广播接收机中多采用此法。一个二极管峰值包络检波器如图所示，它由二极管VD和RC低通滤波器组成。
AM信（t）
图3.2.1包络检波器
设输入信号是AM信号
S AM(t)=[A0+m(t)]cosw c t (3.2.1)
在大信号检波时（一般大于0.5V），二极管处于受控的开关状态。选择RC满足如下关系
f H<<1/RC< 式中：f h 是调制信号的最高频率；f c 载波的频率。 在满足上式的条件下，检波器的输出为 S d (t)=A +m(t) (3.2.3) 隔去直流后即可得到原信号m(t)。 可见，包络检波器就是直接从已调波的幅度中提取原调制信号。其解调输出是相干解调输出的2倍。因此，AM信号几乎无例外地采用包络检波。 4．噪声与抗噪声性能模型分析 4.1 噪声的分类 噪声的种类可广义的分为人为噪声、自然噪声和内部噪声；也可以按噪声对线性谱的影响是加性的还是乘性的区分，乘性噪声又称为相关噪声；从信号分布来说，噪声主要可以分为以下几类[4-5]：(1) 单频噪声 (2) 脉冲噪声 (3) 起伏噪声 (4) 平稳非平稳噪声 4.2 本文噪声模型 通常认为背景噪声模型为具有双边谱密度2/k N 的高斯随机过程。以概率 )110)((-=,M ,,i i p 随机取M 个数值2/N i )110(-=,M ,,i 中的某个值(k 代表时刻点)。若 取i p =)0(，1),,2,1(0)(-==M i i p ，则噪声模型可以简化为谱密度为2/0N 的平稳加性高斯白噪声。信道的参数不可能是一直恒定的，它有可能会发生突变，这体现在时间下标 k 上。但通常认为在考察时间段内，这种突变发生的概率是很小的，即认为信道在考察时 间段内是平稳的AWGN 信道[3]。因此本文认为信道中的噪声都是平稳加性高斯白噪声。 500010000 -1 1采样点数 高斯白噪声时域波形图 50000100000 020 406080100 120 f/Hz 高斯白噪声功率谱 图4.2.1 高斯白噪声波形与功率谱 从图4.2.1可以看出，高斯白噪声在时域的显著特征是波形比较杂乱，没有任何的规律可言；在频域的显著特征是频谱非常平坦，其功率在整个频带范围内均匀分布。 4.3 抗噪声性能的分析模型 各种线性已调信号在传输过程中不可避免地要受到噪声的干扰，为了讨论问题的简单起见，我们这里只研究加性噪声对信号的影响。因此，接收端收到的信号是发送信号与加性噪声之和[8]。 由于加性噪声只对已调信号的接收产生影响，因而调制系统的抗噪声性能主要用解调器的抗噪声性能来衡量。为了对不同调制方式下各种解调器性能进行度量，通常采用信噪比增益G （又称调制制度增益）来表示解调器的抗噪声性能，即[9] i i 0 0N S N S G == 输入信噪比输出信噪比 （4.3.1） 有加性噪声时解调器的数学模型如图 图 4.3.1 AM 信号的解调原理图 图中)(m t S 为已调信号，n(t)为加性高斯白噪声。 )(m t S 和n(t)首先经过一带通滤波器，滤出有用信号，滤除带外的噪声。经过带通滤波器后到达解调器输入端的信号为)(m t S ，噪声为高斯窄带噪声)(n t i ，显然解调器输入端的噪声带宽与已调信号的带宽是相同的。最后经解调器解调输出的有用信号为)(m 0t ，噪声为)(0t n 。 4.4相干解调的抗噪声性能 各种线性调制系统的相干解调模型如下图所示。 图 4.4.1 AM 信号的相干解调原理图 图中)(m t S 可以是各种调幅信号，如AM 、DSB 、SSB 和VSB ，带通滤波器的带宽等于已调信号带宽[10]。下面讨论各种线性调制系统的抗噪声性能[11]。 AM 信号的时域表达式为 t cosw )]t (m [)t (c 0+=A S AM (4.4.1) 通过分析可得AM 信号的平均功率为 2 ) t (m 2)(220i + =A S AM (4.4.2) 又已知输入功率B N 0i n =, 其中B 表示已调信号的带宽。 由此可得AM 信号在解调器的输入信噪比为 H AM AM A B A N S f n 4) t (m n 2)t (m )(022 00220i i += += (4.4.3) AM 信号经相干解调器的输出信号为 )t (m 2 1 )t (m 0= (4.4.4) 因此解调后输出信号功率为 )t (m 4 1)t (m )(2 2 00= =AM S (4.4.5) 在上图中输入噪声通过带通滤波器之后，变成窄带噪声)t (n i ，经乘法器相乘后的输出噪声为 p i c c c s c c c c c s c n (t)n (t)cosw t [n (t)cosw t-n (t)sinw t]cosw t 11 n (t)[n (t)cos2w t-n (t)sin2w t]22 === + (4.4.6) 经LPF 后， )t (n 2 1 )t (n c 0= (4.4.7) 因此解调器的输出噪声功率为 i 2c 2 004 1 )t (n 41)t (n N N == = (4.4.8) 可得AM 信号经过解调器后的输出信噪比为 H AM B N S f n 2) t (m n )t (m )(020200= = (4.4.9) 由上面分析的解调器的输入、输出信噪比可得AM 信号的信噪比增益为 ) t (m ) t (m 22202i i 00+==A N S N S G AM (4.4.10) 5．AM 基于matlab 的调制与解调 5.1载波频率为30K Ｈz 的载波信号 波形和频谱的matlab 程序如下： t=0:0.0000001:1; A0=10; %载波信号振幅 fc=30000; %载波信号频率 Uc=A0*cos(2*pi*fc*t); %调制信号 figure(1); subplot(2,1,1); plot(t,Uc); xlabel('t'),title('载频信号波形'); axis([0,0.001,-15,15]); subplot(2,1,2); Y1=fft(Uc); %对载波信号进行傅里叶变换 plot(abs(Y1)); xlabel('w'),title('载波信号频谱'); axis([28500,31500,0,1000000]); 00.10.20.30.4 0.50.60.70.80.9 1 x 10 -3 t 载频信号波形 x 10 4 5 w 载波信号频谱 图5.1.1 5.2频率为300Hz 的正弦波调制 设所叠加的直流分量幅值为10，以使调制信号幅度为8、10、15时，可分别观察到欠调幅、满调幅和过调幅现象。 5.2.1调制信号幅度=0.8×载波幅度 由于载波幅度为10，故调制信号的幅度为8，此时调制信号和已调信号的matlab程序如下: t=0:0.00001:1; A0=10; %载波信号振幅 A1=8; %调制信号振幅 fc=30000; %载波信号频率 f=300; %调制信号幅度 mes=A1*cos(2*pi*f*t);%调制信号 uam=A0*(mes+10).*cos(2*pi*fc*t);%AM已调信号 subplot(221); plot(t,mes); xlabel('t'),title('调制信号'); axis([0,0.01,-10,+10]) subplot(222); plot(t,uam); grid on; title('AM已调信号波形'); axis([0,0.01,-200,200]) ; subplot(223); Y1=fft(mes); % 对调制信号进行傅里叶变换 plot(abs(Y1)); title('调制信号频谱'); axis([-5000,110000,0,500000]); subplot(224); Uam=fft(uam); % 对AM已调信号进行傅里叶变换 plot(abs(Uam)); title('AM已调信号频谱'); axis([27000,77000,0,2000000]) 00.0050.01 t 调制信号 00.0050.01 -200 -100 0100200AM 已调信号波形 5 10x 10 4 5 调制信号频谱 3 4 5 6 7x 10 4 00.51 1.526 AM 已调信号频谱 图5.2.1 5.2.2调制信号幅度=载波幅度时的调制信号 由于载波幅度为10，故调制信号的幅度为10 : 00.0050.01-10010t 调制信号 00.005 0.01 -200 -1000100200AM 已调信号波形 5 10x 10 4 0123 455 调制信号频谱 3 4 5 6 7x 10 4 00.51 1.526 AM 已调信号频谱 图5.2.2 5.2.3调制信号幅度=1.5×载波幅度时的调制信号 由于载波幅度为10，故调制信号的幅度为15，此时调制信号和已调信号的matlab 程序 00.0050.01-20-10010 20t 调制信号 00.0050.01 -200 200AM 已调信号波形 5 10x 10 4 0123 45 5 调制信号频谱 3 4 5 6 7x 10 4 00.51 1.52 6 AM 已调信号频谱 图5.2.3 此时不满足条件： |m(t)|max ≤ A 0 ，由已调波形可以看出，包络波形出现重叠，产生过调制现象。 5.3频率为300Hz 的正弦波解调与输入输出信噪比曲线 5.3.1 调制信号幅度=载波信号幅度 Fs=100000; %抽样频率 Fc=30000; %载波频率 N=1000; %FFT 长度 n=0:N-1; t=n/Fs; %截止时间和步长 A1=10; %调制信号振幅 A0=10; %直流分量 x=A1*sin(2*pi*300*t); %基带调制信号 y=ammod(x,Fc,Fs,0,10);%AM 已调信号 yn=awgn(y,4); %加入高斯白噪声 yn1=awgn(y,10); yn2=awgn(y,15); yn3=awgn(y,20); yn4=awgn(y,25); y1=demod(y,Fc,Fs,'am'); %无噪声已调信号解调yyn=demod(yn,30000,Fs,'am'); %无噪声已调信号解调yyn1=demod(yn1,30000,Fs,'am'); yyn2=demod(yn2,30000,Fs,'am'); yyn3=demod(yn3,30000,Fs,'am'); yyn4=demod(yn4,30000,Fs,'am'); dy1=yn-y; %高斯白噪声 snr1=var(y)/var(dy1); %输入信噪比 dy2=yyn-y1; %解调后噪声 snr2=var(y1)/var(dy2); %输出信噪比 dy11=yn1-y; snr11=var(y)/var(dy11); dy21=yyn1-y1; snr21=var(y1)/var(dy21); dy12=yn2-y; snr12=var(y)/var(dy12); dy22=yyn2-y1; snr22=var(y1)/var(dy22); dy13=yn3-y; snr13=var(y)/var(dy13); dy23=yyn3-y1; snr23=var(y1)/var(dy23); dy14=yn4-y; snr14=var(y)/var(dy14); dy24=yyn4-y1; snr24=var(y1)/var(dy24); in=[snr1,snr11,snr12,snr13,snr14]; out=[snr2,snr21,snr22,snr23,snr24]; figure(1) plot(in,out,'*') hold on plot(in,out) xlabel('输入信噪比') ylabel('输入信噪比') figure(2) subplot(311) plot(t,yyn) xlabel('加噪声解调信号波形') ff=fft(yyn,N); mag=(abs(ff)); f=(0:length(ff)-1).*Fs/length(ff); subplot(312) plot(f,mag) axis([0 2000 0 10000]) xlabel('解调信号频谱') subplot(313) plot(t,y1) xlabel('无噪声解调信号波形') figure(3) a=1; %调制度 env=abs(hilbert(y)); dem=2*(env-A0)/a; DEM=fft(dem); subplot(211);plot(t,dem); title('包络检波已调信号'); xlabel('时间') subplot(212);plot(f,abs(fftshift(DEM))); title('解调信号频谱') xlabel('频率') 0 0.0020.0040.0060.0080.01 -200 20加噪声解调信号波形 500100015002000 05000 10000解调信号频谱 0.0020.0040.0060.0080.01 -200 20 无噪声解调信号波形 0.0020.0040.0060.008 0.01 -20-10010 20包络检波已调信号 时间 4 4.5 5 5.5 6 x 10 4 5000 10000 解调信号频谱 频率 图5.3.1 x 10 4 输入信噪比 输入信噪比 图5.3.2 5.3.2调制信号幅度=0.8×载波信号幅度 此时有载波信号幅度a=8，程序运行结果为 0.0020.0040.0060.0080.01 01020加噪声解调信号波形 500100015002000 05000 10000解调信号频谱 0.0020.0040.0060.0080.01 01020无噪声解调信号波形 x 10 4 输入信噪比 输入信噪比 图5.3.3 00.002 0.0040.0060.008 0.01 -20 20包络检波已调信号 时间 4 4.5 5 5.5 6 x 10 4 5000 10000解调信号频谱 频率 图5.3.4 5.3.3调制信号幅度=1.5×载波信号幅度 此时有载波信号幅度a=15，程序运行结果为 0.0020.0040.0060.0080.01 -200 20加噪声解调信号波形 50010001500200005000 10000解调信号频谱 0.0020.0040.0060.0080.01 -200 20无噪声解调信号波形 0.0050.01 -20-10010 20包络检波已调信号 时间 4 4.5 5 5.5 6 x 10 4 5000 10000 解调信号频谱 频率 图5.3.5 x 10 4 4 输入信噪比 输入信噪比 图5.3.6 由图5.3.9可以看出，此时产生过调幅现象，包络检波不能正确解调出调制信号的包络。 5.4调制信号为300Hz 矩形脉冲波 5.4.1调制信号幅度=0.8×载波信号幅度 由于载波幅度为10，故调制信号的幅度为8，此时调制信号和已调信号的matlab 程序如下: fs=100000; N=10000; n=0:N-1; t=n/fs; A0=10;%载波信号振幅 A1=8; %调制信号振幅 fc=30000; %载波信号频率 f=300; %调制信号幅度 mes=A1*square(2*pi*f*t,50);%调制信号 uam=A0*(mes+10).*cos(2*pi*fc*t);%AM 已调信号 subplot(221); plot(t,mes); xlabel('t'),title('调制信号'); axis([0,0.01,-10,+10]) subplot(222); plot(t,uam); 大多数layout工程师以及SI/硬件工程师都知道, 信号除了不能跨分割层布线之外，一般还不容许参考电源层布线的(当然，这里指的高速高频信号)，为什么不能参考电源层？究竟会带来多大影响？如果叠层空间限制的情况下可以容许哪 些信号参考电源？针对这些问题，本篇将结合ANSYS/Ansoft仿真软件进行理论及仿真方法介绍。 1 参考电源层的回流路径 首先，从信号回流路径的角度开始基本理论的回顾。一个简单四层PCB信 号通过过孔换层参考电源，其信号的回流路径如图1 示意: 图1 信号回流路径 由上图可见，当高速信号在信号线上传播时，在信号电流向前传播的过程当中，由于与参考平面之间存在容性耦合，所以当发生dV/dt时，就会有电流经耦合电容流向参考平面的现象，传输线正下方位置都会有瞬态电流流回到源端电路。如果信号的参考为电源平面，那么信号回流将首先流向电源层，然后再通过电源与地网络之间的Cpg流向地网络，最后再经地层流向源端电路，最终形成一个 完整的电流回路。我们都知道，控制好高速信号的回路阻抗非常关键，因为它直接影响到信号传输特性。 当信号参考电源层布线时，回流路径当中对信号影响最大的就是Cpg电源与地网络之间的容性通道。它可以是电源地网络上分布复杂的退耦电容，也可能包含电源地层平面之间的平板电容，构成非常复杂，在各个频点所表现的阻抗特性都不一样，难以量化与控制。所以不建议高速信号参考电源。 那么究竟有多大影响，下面通过仿真软件来帮忙我们看看具体信号传输差异的情况。 2，参考电源层的仿真分析 2.1 基础研究模型的建立 有了以上理论了解之后，接下来通过仿真技术协助研究，到底参考电源层会跟信号传输带来怎样的影响？ 为了说明问题，把模型简单化，这里利用板级仿真工具SIwave的自行建模功能（也可通过版图工具画一个类似PCB走线再导入）建立一个简单的10X10四层PCB, 叠层分布为SIG/GND/PWR/SIG，第二层全部为地，第三层电源平面为一小块不规则平面，如下图，并布置两根传输线，一根为表层走线，此案例中，它属于完全参考地层平面的微带线，一根为表层走线经过孔到底层走线的微带线，属于部分参考地层又部分参考电源层的走线。即建立了我们需要研究的参考电源的信号模型。如图2所示： 图2 简单的四层PCB模型 2.2 回流仿真分析 通过SIwave2014以上版本的AC CURRENTS 功能可以进行信号回流路径的仿真分析，只需要在两条传输线两端分别添加相应频率的信号源和负载，即可仿真得到信号源传输时，各个平面层上的电流分别情况。如图3所示，显示为地层的电流分布，跟前面理论分析结论非常一致。完全参考地层的传输线，回流路径主要集中在走线正下方，而参考电源层的信号回流会经电源地耦合到地层上，所以在电源与地层重叠的地方分布，不同频点的回流分布也不尽相同，这势必会影响信号传送质量，同时也可能对外界电路造成干扰。 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 (一)Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题： SIwave是一种创新的工具，它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法，它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题，缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计，该设计由多重、任意形状的电源和接地层，以及任何数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D图形方式显示，它还可产生等效电路模型，使商业用户能够长期采用全波技术，而不必一定使用专有仿真器。 (二)SPECCTRAQuest Cadence的工具采用Sun的电源层分析模块： Cadence Design Systems的SpecctraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的，Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块，用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗；然后基于板上的器件考虑去耦合要求，Shah表示，向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型；选择一组去耦合电容并放置在板上之后，用户就可运行一个仿真程序，通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具，通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具： （1）SigXplorer可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在PCB详细设计前使用此工具，对互连线的不同情况进行仿真，把仿真结果存为拓扑结构模板，在后期详细设计中应用这些模板进行设计。 （2）DF/Signoise工具是信号仿真分析工具，可提供复杂的信号延时和信号畸变分析、IBIS 模型库的设置开发功能。SigNoise是SPECCTRAQUEST SI Expert和SQ Signal Explorer Expert进行分析仿真的仿真引擎，利用SigNoise可以进行反射、串扰、SSN、EMI、源同步及系统级的仿真。 （3）DF/EMC工具——EMC分析控制工具。 （4）DF/Thermax——热分析控制工具。 SPECCTRAQuest中的理想高速PCB设计流程： 由上所示，通过模型的验证、预布局布线的space分析、通过floorplan制定拓朴规则、由规 实验报告 实验名称MATLAB仿真实验 课程名称信号分析与处理 院系部: 专业班级：学生姓名：学号:同组人:实验台号:指导教师：成绩：实验日期:2015-11-29 实验一信号的产生与运算 1.单位阶跃信号 （1）源程序 t=-0.5:0.01:1.5; u=stepfun(t,0); u1=stepfun(t,0.5); figure(1) plot(t,u);axis([-0.5 1.5 -0.2 1.2]);title('单位阶跃信号波形'); figure(2) plot(t,u1);axis([-0.5 1.5 -0.2 1.2]);title('延迟单位阶跃信号波形'); （2）实验结果 2.单位冲激信号 （1）源程序 clear;clc; t=-1:0.001:1; for i=1:3 dt=1/(i^4); x=(1/dt)*((t>=-(1/2*dt))-(t>=(1/2*dt))); subplot(1,3,i); stairs(t,x); end （2）实验结果 3.抽样信号 （1）源程序 clear;clc; t=-20:0.01:20; x=sinc(t/pi); plot(t,x); title('抽样信号'); （2）实验结果 4.单位样值序列（1）源程序 clear;clc; n1=input('n1='); n2=('n2='); n=n1:n2; k=length(n); x1=zeros(1,k); x1(1,-n1+1)=1 subplot(1,2,1); stem(n,x1,'filled') （2）实验结果 本科实验报告实验名称：随机信号分析实验 实验一 随机序列的产生及数字特征估计 一、实验目的 1、学习和掌握随机数的产生方法。 2、实现随机序列的数字特征估计。 二、实验原理 1、随机数的产生 随机数指的是各种不同分布随机变量的抽样序列（样本值序列）。进行随机信号仿真分析时，需要模拟产生各种分布的随机数。 在计算机仿真时，通常利用数学方法产生随机数，这种随机数称为伪随机数。伪随机数是按照一定的计算公式产生的，这个公式称为随机数发生器。伪随机数本质上不是随机的，而且存在周期性，但是如果计算公式选择适当，所产生的数据看似随机的，与真正的随机数具有相近的统计特性，可以作为随机数使用。 (0，1)均匀分布随机数是最最基本、最简单的随机数。(0，1)均匀分布指的是在[0，1]区间上的均匀分布，即 U(0，1)。实际应用中有许多现成的随机数发生器可以用于产生(0，1)均匀分布随机数，通常采用的方法为线性同余法，公式如下： )(m od ,110N ky y y n n -= N y x n n /= 序列{}n x 为产生的(0，1)均匀分布随机数。 下面给出了上式的3组常用参数： 1、10 N 10,k 7==，周期7 510≈?； 2、（IBM 随机数发生器）31 16 N 2,k 23,==+周期8 510≈?； 3、（ran0）31 5 N 21,k 7,=-=周期9 210≈?； 由均匀分布随机数，可以利用反函数构造出任意分布的随机数。 定理 1.1 若随机变量 X 具有连续分布函数F X (x)，而R 为(0,1)均匀分布随机变量，则有 )(1R F X x -= 由这一定理可知，分布函数为F X (x)的随机数可以由(0,1)均匀分布随机数按上式进行变 1.雷达系统中杂波信号的建模与仿真目的 雷达的基本工作原理是利用目标对雷达波的散射特性探测和识别目标。然而目标存在于周围的自然环境中，环境对雷达电磁波也会产生散射，从而对目标信号的检测产生干扰，这些干扰就称为雷达杂波。对雷达杂波的研究并通过相应的信号处理技术可以最大限度的压制杂波干扰，发挥雷达的工作性能。 雷达研制阶段的外场测试不仅耗费大量的人力、物力和财力，而且容易受大气状况影响，延长了研制周期。随着现代数字电子技术和仿真技术的发展，计算机仿真技术被广泛应用于包括雷达系统设计在内的科研生产的各个领域，在一定程度上可以替代外场测试，降低雷达研制的成本和周期。 长期以来，由于对杂波建模与仿真的应用己发展了多种杂波类型和多种建模与仿真方法。然而却缺少一个集合了各种典型杂波产生的成熟的软件包，雷达系统的研究人员在需要用到某一种杂波时，不得不亲自动手，从建立模型到计算机仿真，重复劳动，造成了大量的时间和人力的浪费。因此，建立一个雷达杂波库，就可以使得科研人员在用到杂波时无需重新编制程序，而直接从库中调用杂波生成模块，用来产生杂波数据或是用来构成雷达系统仿真模型，在节省时间和提高仿真效率上的效益是十分可观的。 从七十年代至今已经公布了很多杂波模型，其中有几类是公认的比较合适的模型。而且，杂波建模与仿真技术的发展己有三十多年的历史，己经有了一些比较成熟的理论和行之有效的方法，这就使得建立雷达杂波库具有可行性。 为了能够反映雷达信号处理机的真实性能，同时为改进信号处理方案提供理论依据，雷达杂波仿真模块输出的杂波模拟信号应该能够逼真的反映对象环境的散射环境。模拟杂波的一些重要散射特性影响着雷达对目标的检测和踉踪性能，比如模拟杂波的功率谱特性与雷达的动目标显示滤波器性能有关;模拟杂波的幅度起伏特性与雷达的恒虚警率检测处理性能有关。因此，杂波模拟方案的设计是雷达仿真设计中极其重要的内容，杂波模型的精确性、通用性和灵活性是衡量杂波产生模块的重要指标。 2.Simulink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 《MATLAB课程设计》报告题目：基于MATLAB的DSB调制与解调分析专业班级: 通信1104班 学生姓名： 指导教师： MATLAB课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 基于MATLAB的DSB调制与解调分析 设计内容和要求 DSB信号的仿真分析 调制信号：分别为300Hz正弦信号和矩形信号；载波频率：30kHz； 解调：同步解调； 要求：画出以下三种情况下调制信号、已调信号、解调信号的波形、频谱以及解调器输入输出信噪比的关系曲线； 1）调制信号幅度=×载波幅度；2）调制信号幅度=载波幅度； 3）调制信号幅度=×载波幅度； 时间安排 2013年12月25日：复习DSB的原理，初步构想设计的流程。 2013年12月26日至28日：程序编写及调试。 2013年12月29日：写报告。 指导教师签名：年月日 目录 摘要 调制在通信系统中有十分重要的作用。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响，调制方式往往决定了一个通信系统的性能。MATLAB软件广泛用于数字信号分析，系统识别，时序分析与建模，神经网络、动态仿真等方面有着广泛的应用。本课题利用MATLAB软件对DSB 调制解调系统进行模拟仿真，分别利用300HZ正弦波和矩形波，对30KHZ正弦波进行调制，观察调制信号、已调信号和解调信号的波形和频谱分布，并在解调时引入高斯白噪声，对解调前后信号进行信噪比的对比分析，估计DSB调制解调系统的性能。 Abstract Modulation in communication systems have an important role. Through the modulation, not only can move the spectrum, the modulated signal spectrum move to the desired position, which will convert into a modulated signal suitable for transmission of modulated signals, and that its transmission system, the effectiveness and reliability of transmission has a great impact, the modulation method is often decided on a communication system performance. MATLAB software is widely used in digital signal analysis, system identification, time series analysis and modeling, neural networks, dynamic simulation have a wide range of applications. This topic using MATLAB software DSB modulation and demodulation system simulation, use, respectively, 300HZ sine wave and rectangular wave, sine wave modulation of the 30KHZ observed modulated signal modulated signal and demodulate the signal waveform and spectrum distribution, and in the solution white Gaussian noise introduced when adjusted for demodulating the signal-noise ratio before and after the comparative analysis, it is estimated DSB modulation and demodulation performance of the system. 随机信号分析实验报告 信息25班 2120502123 赵梦然 作业题三： 利用Matlab 产生一个具有零均值、单位方差的的高斯白噪声随机序列X(n)，并通过一脉冲响应为 (0.8)(0)0 n n h n else =≥??? 的线性滤波器。 (1) 产生一个具有零均值、单位方差的的高斯白噪声随机序列X(n)，检验其一维概率密度函 数是否与理论相符。 (2) 绘出输入输出信号的均值、方差、自相关函数及功率谱密度的图形，讨论输出信号服从 何种分布。 (3) 试产生在[-1,+1]区间均匀分布的白噪声序列，并将其替换高斯白噪声通过上述系统。 画出此时的输出图形，并观察讨论输出信号服从何种分布。 作业要求 (1) 用MATLAB 编写程序。最终报告中附代码及实验结果截图。 (2) 实验报告中必须有对实验结果的分析讨论。 提示： (1) 可直接使用matlab 中已有函数产生高斯白噪声随机序列。可使用hist 函数画出序列的 直方图，并与标准高斯分布的概率密度函数做对比。 (2) 为便于卷积操作，当N 很大时，可近似认为h(N)=0。卷积使用matlab 自带的conv 函 数。 (3) 分析均值、方差等时，均可使用matlab 现有函数。功率谱密度和自相关函数可通过傅 里叶变换相互获得。傅里叶变换使用matlab 自带的fft 函数。 (4) 作图使用plot 函数。 一、作业分析： 本题主要考察的是加性高斯白噪声相关问题，因此构造一个高斯白噪声十分重要，故在本题中使用randn函数随机生成一个个符合高斯分布的数据，并由此构成高斯白噪声；而且由于白噪声是无法完全表示的，故此根据噪声长度远大于信号长度时可视为高斯白噪声，构造了一个长度为2000的高斯白噪声来进行试验。 二、作业解答： （1）matlab程序为： x-1000:1:1000; k=1*randn(1,length(x));% 生成零均值单位方差的高斯白噪声。 [f,xi]=ksdensity(x);%利用ksdensity函数估计样本的概率密度。 subplot(1,2,1); plot(x,k); subplot(1,2,2); plot(xi,f); 实验结果为： MATLA仿真实验报告 学院：计算机与信息学院 课程：—随机信号分析 姓名： 学号： 班级： 指导老师： 实验一 题目：编写一个产生均值为1,方差为4的高斯随机分布函数程序, 求最大值，最小值，均值和方差，并于理论值比较。 解：具体的文件如下，相应的绘图结果如下图所示 G仁random( 'Normal' ,0,4,1,1024); y=max(G1) x=mi n(G1) m=mea n(G1) d=var(G1) plot(G1); 实验二 题目：编写一个产生协方差函数为CC)=4e":的平稳高斯过程的程序，产生样本函数。估计所产生样本的时间自相关函数和功率谱密度，并求统计自相关函数和功率谱密度，最后将结果与理论值比较。 解：具体的文件如下，相应的绘图结果如下图所示。 N=10000; Ts=0.001; sigma=2; beta=2; a=exp(-beta*Ts); b=sigma*sqrt(1-a*a); w=normrnd(0,1,[1,N]); x=zeros(1,N); x(1)=sigma*w(1); for i=2:N x(i)=a*x(i-1)+b*w(i); end %polt(x); Rxx=xcorr(x0)/N; m=[-N+1:N-1]; Rxx0=(sigma A2)*exp(-beta*abs(m*Ts)); y=filter(b,a,x) plot(m*Ts,RxxO, 'b.' ,m*Ts,Rxx, 'r'); periodogram(y,[],N,1/Ts); 文件旧硯化）插入（1〕 ZMCD 克闻〔D ］窗口曲） Frequency (Hz) 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 NH---.HP)&UO 二 balj/ 」- □歹 SI 五款信号完整性仿真工具介绍 （一）Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB 设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，An soft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB 设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft 的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题： Slwave是一种创新的工具，它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法，它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题，缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计，该设计由多重、任意形状的电源和接地层，以及任何 数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D 图形方式显示，它还可产生等效电路模型，使商业用户能够长期采用全波技术，而不必一定使用专有仿 （二）SPECCTRAQuest Cade nee的工具采用Sun的电源层分析模块: Cade nee Design System 的SpeeetraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI 。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的，Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块，用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗；然后基于板上的器件考虑去耦合要求，Shah表示，向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型；选择一组去耦合电容并放置在板上之后，用户就可运行一个仿真程序，通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具，通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具： （1）SigXplorer 可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在 信号与系统仿真实验报告 实验一 (1)()t δ Function-M 文件 function [x,t]=dirac(t1,t2,t0) %y=dirac(t-t0),t1 分析：在新版的Matlab 函数库中有自带的阶跃函数，调用方法为f=heaviside(t)，这里为了方便画位移后0()t t ε-的图像，故自定义了一个阶跃函数。 (3)指数 ①a=1； >> f=sym('exp(t)'); >> ezplot(f,[-3,3]) >> xlabel('时间t') >> ylabel('函数f （x ）') ②a=-1； f=sym('exp((-1)*t)'); >> ezplot(f,[-3,3]) >> xlabel('时间t') >> ylabel('函数f （x ）') 图a ）a=1时的指数信号图像 图b ）a=-1时的指数函数图像 分析：y=sym （‘f （x ）’）是用了符号运算法 （4）(),5N R t N = >> t=-1:0.001:10; >> y=heaviside(t,0)-heaviside(t,5); >> plot(t,y) >> axis([0,10,-0.2,1.2]) 分析：采用两个跳变点不等的阶跃函数相减得到一个矩形函数的方法生成的门函数。 随机信号分析实验报告 ——基于MATLAB语言 姓名： _ 班级： _ 学号： 专业： 目录 实验一随机序列的产生及数字特征估计 (2) 实验目的 (2) 实验原理 (2) 实验内容及实验结果 (3) 实验小结 (6) 实验二随机过程的模拟与数字特征 (7) 实验目的 (7) 实验原理 (7) 实验内容及实验结果 (8) 实验小结 (11) 实验三随机过程通过线性系统的分析 (12) 实验目的 (12) 实验原理 (12) 实验内容及实验结果 (13) 实验小结 (17) 实验四窄带随机过程的产生及其性能测试 (18) 实验目的 (18) 实验原理 (18) 实验内容及实验结果 (18) 实验小结 (23) 实验总结 (23) 实验一随机序列的产生及数字特征估计 实验目的 1.学习和掌握随机数的产生方法。 2.实现随机序列的数字特征估计。 实验原理 1.随机数的产生 随机数指的是各种不同分布随机变量的抽样序列（样本值序列）。进行随机信号仿真分析时，需要模拟产生各种分布的随机数。 在计算机仿真时，通常利用数学方法产生随机数，这种随机数称为伪随机数。伪随机数是按照一定的计算公式产生的，这个公式称为随机数发生器。伪随机数本质上不是随机的，而且存在周期性，但是如果计算公式选择适当，所产生的数据看似随机的，与真正的随机数具有相近的统计特性，可以作为随机数使用。 (0,1)均匀分布随机数是最最基本、最简单的随机数。(0,1)均匀分布指的是在[0,1]区间上的均匀分布， U(0,1)。即实际应用中有许多现成的随机数发生器可以用于产生(0,1)均匀分布随机数，通常采用的方法为线性同余法，公式如下： y0=1，y n=ky n(mod N) ? x n=y n N 序列{x n}为产生的(0,1)均匀分布随机数。 定理1.1若随机变量X 具有连续分布函数F x(x)，而R 为(0,1)均匀分布随机变量，则有 X=F x?1(R) 2.MATLAB中产生随机序列的函数 (1)(0,1)均匀分布的随机序列函数：rand 用法：x = rand(m,n) 功能：产生m×n 的均匀分布随机数矩阵。 (2)正态分布的随机序列 函数：randn 用法：x = randn(m,n) 功能：产生m×n 的标准正态分布随机数矩阵。 如果要产生服从N(μ,σ2)分布的随机序列，则可以由标准正态随机序列产生。 (3)其他分布的随机序列 分布函数分布函数 二项分布binornd 指数分布exprnd 泊松分布poissrnd 正态分布normrnd 离散均匀分布unidrnd 瑞利分布raylrnd 均匀分布unifrnd X2分布chi2rnd 3.随机序列的数字特征估计 对于遍历过程，可以通过随机序列的一条样本函数来获得该过程的统计特征。这里我们假定随机序列X(n)为遍历过程，样本函数为x(n)，其中n=0,1,2,……N-1。那么， SI五款信号完整性仿真工具介绍 (一)Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题： SIwave是一种创新的工具，它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法，它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题，缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计，该设计由多重、任意形状的电源和接地层，以及任何数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D图形方式显示，它还可产生等效电路模型，使商业用户能够长期采用全波技术，而不必一定使用专有仿真器。 (二)SPECCTRAQuest Cadence的工具采用Sun的电源层分析模块： Cadence Design Systems的SpecctraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的，Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块，用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗；然后基于板上的器件考虑去耦合要求，Shah表示，向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型；选择一组去耦合电容并放置在板上之后，用户就可运行一个仿真程序，通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具，通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具： （1）SigXplorer可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在 《随机信号分析》实验报告二 班级： 学号： 姓名： 实验二高斯噪声的产生和性能测试 １．实验目的 （1）掌握加入高斯噪声的随机混合信号的分析方法。 （2）研究随机过程的均值、相关函数、协方差函数和方差。 ⒉实验原理 （1）利用随机过程的积分统计特性，给出随机过程的均值、相关函数、协方差函数和方差。 （2）随机信号均值、方差、相关函数的计算公式，以及相应的图形。 ⒊实验报告要求 （1）简述实验目的及实验原理。 （2）采用幅度为1，频率为25HZ的正弦信号错误!未找到引用源。为原信号，在其中加入均值为2，方差为0.04的高斯噪声得到混合随机信号X(t)。 试求随机过程 的均值、相关函数、协方差函数和方差。用MATLAB进行仿真，给出测试的随机过程的均值、相关函数、协方差函数和方差图形，与计算的结果作比较，并加以解释。 （3）分别给出原信号与混合信号的概率密度和概率分布曲线，并以图形形式分别给出原信号与混合信号均值、方差、相关函数的对比。 （4）读入任意一幅彩色图像，在该图像中加入均值为0，方差为0.01的高斯噪声，请给出加噪声前、后的图像。 （5）读入一副wav格式的音频文件，在该音频中加入均值为2，方差为0.04的高斯噪声，得到混合随机信号X(t)，请给出混合信号X(t)的均值、相关函数、协方差函数和方差，频谱及功率谱密度图形。 4、源程序及功能注释 （2）源程序： clear all; clc; t=0:320; %t=0:320 x=sin(2*pi*t/25); %x=sin(2*p1*t/25) x1=wgn(1,321,0); %产生一个一行32列的高斯白噪声矩阵，输出的噪声强度为0dbw 课程设计任务书 学生姓名：_________ 专业班级：____通信0803班______ 指导教师：____魏洪涛____ 工作单位：_____信息工程学院____ 题目：ASK信号的仿真分析 课程设计目的： 1.较全面的了解常用的数据分析与处理原理及方法； 2.能够运用相关软件进行模拟分析； 3.掌握基本的文献检索和文献阅读的方法； 4.提高正确的撰写论文的基本能力。 课程设计内容和要求 1.内容：ASK信号的调制和解调 2.要求：调制信号：300Hz正弦信号，经过μ律PCM编码；载波频率：100kHz； 解调方式：同步解调；画出调制信号、已调信号、解调信号的波形、频谱以及误码率与输入信噪比的关系曲线； 初始条件 .matlab仿真平台 时间安排 第18周，安排任务 第18周，程序设计与计算 第21周，完成（答辩，提交报告，演示） 指导教师签名： 年月日系主任（或责任教师）签名： 年月日 目录 1. 2ASK系统介绍 0 . 2ASK系统的意义、主要功能 0 . 调制解调原理、系统性能分析 0 2. 设计流程 (1) . 产生2ASK信号产生 (1) . 功率谱分析 (1) . 对已调信号的相干解调 (2) 3. 源程序 (2) . μ律PCM编码 (2) . 信号的调制 (4) . 信道加噪 (7) . 信号的解调 (7) . ASK的误码率 (10) 4. 心得体会 (11) 5. 参考文献 (13) 摘要 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++ ，JA V A的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。 关键字：matlab，软件，编程，计算 实验报告 实验课程：随机信号分析实验项目：随机信号通过线性系统的仿真学员姓名：学号： 专业班次：队别： 实验日期：实验成绩： 教员签字： 内容要求：一、实验目的; 二、实验内容或任务；三、实验仪器设备（名称、型号、精度、数量）；四、实验原理与线路图；五、实验步骤与结果记录（数据、图表等）；六、实验结果分析与结论。 一、实验目的 （1）掌握对随机过程通过线性系统后的统计特性的分析方法。 （2）掌握典型系统对随机过程的影响。 二、实验内容 （1）白噪声通过线性系统的仿真和分析； （2）高斯过程通过线性系统的仿真和分析。 三、实验仪器和设备 （1）计算机一台。 （2）Matlab软件。 四、实验原理 随机信号通过线性系统分析的中心问题是：给定系统的输入函数（或统计特性：均值和自相关函数）和线性系统的特性，求输出函数。设L为线性变换，信 号) (t (t Y为系统的输出，也是随机信号。即有：X为系统输入，) t L= Y X )( )] ( [t 众所周知，LTI系统又可以表示为 =) * ( y?+∞∞-- )( )( )( t ( ) = u h u x t du t y t x 其中)] t hδ L =是系统的冲激响应。如果考虑傅里叶变换，令 [ ( ) (t )()(),()(),()(ωωωj Y t y j X t x j H t h ??? 则 )()()(ωωωj H j X j Y = 下面来分析输出随机信号的均值和相关函数。 依定理5.1，对于任何稳定的线性系统有 {}{})]([)]([t X E L t X L E = 依定理5.2，如果)(t X 为平稳过程，)(t h 为实LTI 系统，)()()(t h t X t Y *=,则)()(t Y T X 和是联合广义平稳的，并且有 ) ()()()() ()()() ()()() 0(ττττττττττ-**=-*=*==h h R R h R R h R R j H m m X Y X XY X YX X Y 其中，dt t h j H j H ?+∞∞-===)()()0(0ωω，是系统的直流增益。 进一步得到推论：若系统的频率响应函数为)(ωj H ，则其功率谱与互功率谱关系如下： )()()()()()() ()()(2 ωωωωωωωωωj H S S j H S S j H S S X XY X Y X YX *=== 五、实验步骤与结果记录 在本实验中我利用simulink 模拟的方法分析了随机信号通过LTI 系统的具体过程:图1 是用MATLAB 的sumulink 模拟白噪声通过图1 的RC 电路，用示波器观察输入和输出的波形，改变RC 的值，使电路时间常数改变，观察输出波形的变化。 图1 实验RC 电路 对于上述低通RC 滤波器， 用传递函数描述，令RC 1=α，则有 αα +=S S H )( 在 Similink 里，有时域连续系统的传递函数模块，如图2所示： 雷达信号环境仿真模型 在雷达信号环境仿真中，需要建立雷达信号环境的仿真模型，包括雷达脉冲信号模型、天线扫描模型、多信号脉冲排序模型等。模拟波形和实际雷达信号的相似程度主要取决于信号模型的选择。因此，分析雷达信号环境，建立完善、精确的仿真模型，是能否精确复现雷达信号环境的关键。 1.1.1.1 脉冲信号环境分析和脉冲描述字(PDW) 雷达对抗的信号环境S 是指雷达对抗设备在其所在的地域内存在的各种辐射、散射信号的集合： {}N n i t S S 1 )(== (2.3-11) 其中)(t S i 是第i 个辐射、散射源，N 是辐射、散射源的数量。如果主要考虑其中的雷达信号辐射源，则辐射源信号)(t S i 可顺序展开其脉冲序列： {}∞==1 )()(n i i n S t S (2.3-12) 式中的)(n S i 为)(t S i 的第n 个脉冲。 雷达侦察设备以S 为工作背景，从S 中获取有用信息，并对S 做出适当反应。根据不同用途和技战术指标的要求，具体的电子对抗设备对S 的检测能力是一个有限的子空间D ： {}P PW DOA RF D Ω?Ω?Ω?Ω= (2.3-13) 式中，RF Ω、DOA Ω、PW Ω、P Ω分别为雷达对抗设备对信号载频、到达方向、脉冲参数和信号功率的检测范围，?为直积。D 可以是非时变的，也可以是时变的。雷达信号环境仿真的目的，就是要精确复现出雷达侦察设备的工作环境S ，模拟战场电子战行为。 随着现代雷达技术的发展，电子战威胁环境变得十分复杂，已经从单一种类的信号，发展成为多种不同体制雷达信号的组合。现代调制技术的发展，使得雷达信号形式复杂、参数多变，不仅在时域上有复杂的变化，而且在频域上的变化 信号完整性与电源完整性的仿真分析与设计 李荔博士 leo_le@https://www.doczj.com/doc/cf1602063.html, 安捷伦科技 1简介 信号完整性是指信号在通过一定距离的传输路径后在特定接收端口相对指定发送端口信号的还原程度。在讨论信号完整性设计性能时，如指定不同的收发参考端口，则对信号还原程度会用不同的指标来描述。通常指定的收发参考端口是发送芯片输出处及接收芯片输入处的波形可测点，此时对信号还原程度主要依靠上升/下降及保持时间等指标来进行描述。而如果指定的参考收发端口是在信道编码器输入端及解码器输出端时，对信号还原程度的描述将会依靠误码率来描述。 电源完整性是指系统供电电源在经过一定的传输网络后在指定器件端口相对该器件对工作电源要求的符合程度。同样，对于同一系统中同一个器件的正常工作条件而言，如果指定的端口不同，其工作电源要求也不同（在随后的例子中将会直观地看到这一点）。通常指定的器件参考端口是芯片电源及地连接引脚处的可测点，此时该芯片的产品手册应给出该端口处的相应指标，常用纹波大小或者电压最大偏离范围来表征。 图一是一个典型背板信号传输的系统示意图。本文中“系统”一词包含信号传输所需的所有相关硬件及软件，包括芯片、封装与PCB板的物理结构，电源及电源传输网络，所有相关电路实现以及信号通信所需的协议等。从设计目的而言，需要硬件提供可制作的支撑及电信号有源/无源互联结构；需要软件提供信号传递的传输协议以及数据内容。 图1 背板信号传输的系统示意图 在本文的以下内容中，将会看到由于这些支撑与互联结构对电信号的传输呈现出一定的频率选择性衰减，从而会使设计者产生对信号完整性及电源完整性的担忧。而不同传输协议及不同数据内容的表达方式对相同传输环境具备不同适应能力，使得设计者需要进一步根据实际的传输环境来选择或优化可行的传输协议及数据内容表达方式。 为描述方便起见以下用“完整性设计与分析”来指代“信号完整性与电源完整性设计与分析”。 2 版图完整性问题、分析与设计 上述背板系统中的硬件支撑及无源互联结构基本上都在一种层叠平板结构上实现。这种层叠平板结构可以由三类元素组成：正片结构、负片结构及通孔。正片结构是指该层上的走线大多为不同逻辑连接的信号线或离散的电源线，由于在制版光刻中所有的走线都会以相同图形的方式出现，所以被称为正片结构，有时也被称为信号层；负片结构则是指该层上基本上是相同逻辑连接的一个或少数几个连接（通常是电源连接或地连接），通常会以大面积敷铜的方式来实现，此时光刻工艺中用相反图形来表征更加容易，所以被称为负片结构，有时也称为平面层（细分为电源平面层和地平面层）；而通孔用来进行不同层之间的物理连接。目前的制造工艺中，无论是芯片、封装以及PCB 板大多都是在类似结构上实现。 1001010… -0.50.00.51.01.5 -1.0 2.0V c o r e , V信号参考电源层的仿真分析
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