1、YUNNAN NORMAL U NIVERSITY本科學生實驗報告學號 114090389姓名 學院物電學院專業(yè)、班級11電子實驗課程名稱現(xiàn)代通信原理實驗教師及職稱金爭開課學期2013 至一 2014學年 下 學期填報時間 2014 年 05 月 10 日云南師范大學教務處編印實驗序號實驗一實驗名稱高斯白噪聲及低通濾波實驗實驗時間2014-05-6實驗室同析樓三棟1111.1認識Matlab/Simulink 的基本功能。1.2 了解Simulink的基本圖符庫，并能做出簡單的高斯白噪聲仿真。 zT"""實驗內(nèi)容 2.1在本仿真模型中添加頻譜示波器(Spectru

2、m Scope),觀察上述高斯白噪聲及 其通過濾波器后的頻譜特性。2.2在本仿真模型中再添加一個帶通濾波器，觀察高斯白噪聲通過帶通濾波器的 輸出信號的時域波形和頻譜特性。2.3嘗試改進本仿真模型，計算上述各信號的功率譜并顯示。三.實驗設備及材料3.1 Windows XP/Windows 7 3.2 Matlab R2011b四.實驗原理4.1白噪聲白噪聲，是指功率譜密度在整個頻域內(nèi)均勻分布的噪聲，即其功率譜密度為Pn = N0 2(1)式中，N。為常數(shù)，EgS。由丁 1和8為一對傅里葉變換對，所以白噪 聲的自相關函數(shù)為Rn =驢由式(1)、式可知，白噪聲的自相關函數(shù)僅在丁=0時才不為零，而對

3、丁其他 任意的E ,白噪聲的自相關函數(shù)都為零，即在任意兩個不同時刻上的隨機變量都 是不相關的。4.2隨機信號通過線性時不變系統(tǒng)的響應對丁一個線性時不變系統(tǒng)(如濾波器)，該系統(tǒng)是由它的沖激響應h(t)或等效 地由它的頻率響應H(f)表征，這里的h(t )和H(f)是一對傅里葉變換對。如果令 x(t)為系統(tǒng)的輸人信號，y(t)是輸出信號。系統(tǒng)的輸出可以表示成如下形式：y t = . h x t - d如果x(t)是平穩(wěn)隨機過程X(t)的樣本函數(shù)，那么y(t)就是隨機過程Y(t)的樣本函數(shù)。可以求出輸出的自相關函數(shù)是Ryy*h ' Rq"由丁我們知道自相關函數(shù)和功率譜密度函數(shù)是一對

4、傅里葉變換對，所以可以 得到輸出過程的功率密度譜，即為相關函數(shù)的傅里葉變換：-yy f "Ry e由此可以看出，輸出信號的功率譜密度就是輸入信號的功率譜密度乘以系統(tǒng) 的頻率響應的模的平方。當輸入隨機過程是白噪聲時，輸出隨機過程的自相關特 性和功率密度譜將完全由系統(tǒng)的頻率響應所決定。4.3實驗方案設計本實驗采用一個高斯白噪聲發(fā)生器模塊來產(chǎn)生高斯白噪聲信號,使其通過三個帶寬不同的低通濾波器系統(tǒng)，對輸出信號的時域波形進行觀察和比較。本實驗的仿真模型文件名是gaussian_noise.mdj打開該文件可以看到如圖1 所示的仿真模型的結(jié)構(gòu)圖，該模型實現(xiàn)了白噪聲（本實驗中白噪聲均指高斯加性白噪

5、聲）信號通過不同帶寬的濾波器。圖中最左端是一個高斯噪聲發(fā)生器發(fā)出白V °圖1設計一個高斯白噪聲及三個低通濾波器噪聲，該白噪聲信號分別通過三個濾波器（三個濾波器的名字分別是 Digital Filter Design1, Digital Filter Design 2 , Digital Filter Design 3）,這三個濾波器的帶寬各 不相同，最后用一個可以同時顯示四路波形的示波器來觀察時域信互5.1打開matlab應用軟件，如圖2所示。界面，如圖3所示，。5.2在圖2中右邊的命令窗（Command Window的光標處輸入：simulink,回車,打開 Simulink Li

6、brary BrowserFile Edit Debug Parallel Desktop Vindo HelpShortcut il How to Add il Vkafi New* « Experime T *QaD 撕 ModiBedCurrent DiredlgryX5.3在圖2中，選擇:Ijrrent Directpr;叩edmerrtLlComniafld .Vindow» Eiimlihk圖2 Matlab界血M司ab當削工作目求Akxkspm回劃* |"VdueFile>New>Model新建文件，保存在 matlab工作目錄下,并取名

7、為 gaussian_noise.mdl5.4在圖3的Find命令行處輸入：Gaussian Noise Generator ,就在窗口的右邊找到了該仿真模塊圖標。用鼠標右鍵選擇該模塊，將其添加到創(chuàng)建的gaussian_noise 窗口中。模塊操作：Ctrl+z 逆時針轉(zhuǎn)90度，Ctrl+r 順時針轉(zhuǎn)90度，Ctrl+i 轉(zhuǎn)180度。皆 5irr*jlink Library 日1口可rLtK-ITWI . , 、 LWhjpHi 口四電Ent-Rcdi： 4 Sulnylv：-SifnOlAUnMav-SigAfei豹U-SfUfCM-i好懺Afin網(wǎng)Fci藥u由 Adauidi U«

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9、* 轉(zhuǎn) -"SdiUBlk fciunj XSaUHJW NWi GflnprBlPCamn'iUfKiboni Bk>ch-ii6ECornmurnionf INoc富KPwiwnG4ner<loriiGaus-f ian ttoiie Ciner«1or GiqriiQijsfrtiwi owe grvqn mean EvnriB vbIum-.圖3 SLB界面5.5用相同的方法創(chuàng)建濾波Digital Filter Design和顯示儀器Scope,觀察每個設備的連接點，用鼠標左鍵把設備連接起來，如圖4所示。5.6用鼠標左鍵選中Gaussian No

10、ise ,再點擊右鍵進行高斯噪聲產(chǎn)生器參數(shù)設 置，如圖5所示。圖4 一個Gaussian Noise與三個低通濾波器的 simulimk設計圖 5 gaussian noise generato#數(shù)設置5.7同樣的方法設置濾波器 Digital Filter Designl的參數(shù)，如圖6所示。如此法，按需求分別設置其它模塊的參數(shù)如圖7和圖8所示。g ubisaa凱I印!b!CI L Hg LuBisaa凱I印!6心9 H3iMnJ. 0.ah opgsuadsgy 血叮ndujcQ也"G O； MHfcujq.j ：:：|i.|-|air呻伽日AltUM如相今iCl UJiEU 崛1

11、 *-ij.| .始“口/Mgn印umilkr” -b IXHdMOI Bhd%L況1_口上：對日fcmilswIIIIIII-hI-iIiiiuJ - - - f - -1 4- -1 - 1 "-I - *11 - - - - -1T- - - - T1、Lulwk訕上心力_1山kedux血一折_d5pMJi 34(用師華F毗 WIOidLJ mjTPTZl J.W3r.<E，y id <Li| !|UC.IIL ILI.ILI Jdlld回O。7鼬J暈舉四四3 E 口日|3*耳 dLkOpur JUSIR SVGlD'J L|f<|E-L19 呼W f

12、口圖 8 Digital Filter Design3 參數(shù)5.8 用鼠標點擊如圖9中的“運行仿真模型按鈕”可以運行gaussian_noise.mdl，運行結(jié)束后，雙擊示波器模塊(Scope)可以打開仿真結(jié)果波形。圖9設計仿真六. 實驗現(xiàn)象與結(jié)果該模型仿真后在 Scope中看到的波形如圖10所示。圖中從上到下的三個波形分別是 高斯白噪聲通過系統(tǒng)頻寬最窄、系統(tǒng)頻寬適中、系統(tǒng)頻寬最寬的濾波器后的時域波形。而最后一個則是原始的高斯白噪聲信號的時域波形。可以看到原始的白噪聲信號中相鄰采樣點之間也相互獨立，沒有相關性，經(jīng)過低通濾波器之后，相鄰樣點之間存在明顯的相關性，而且 濾波器帶寬越窄，相關性越強，

13、符合實驗原理。圖10 Scope顯示的波形如果Scope的初始坐標設置不方便觀察模型，可以用鼠標右鍵點擊曲線， 并選擇Autoscale功能顯示完整的仿真曲線，然后再用Zoom按鈕調(diào)節(jié)曲線的顯示，如圖11所示。圖11使用Autoscale功能顯示完整的仿真曲線七. 實驗數(shù)據(jù)處理方法圖像法、示波器波形輸出八. 參考文獻(1) 現(xiàn)代通信原理實驗及仿真教程何文學，金爭，景艷梅，毛慰民編著(2) 現(xiàn)代通信技術講義PPT(3) 通信原理(第六版)樊昌信，曹麗娜編著九. 思考題9.1綜述你所了解的 Digital Filter Design 和Scope模塊的功能。答：此題有多種解答，只需相關表述正確即可。如 Digital Filter Design模塊為數(shù)字濾 波器模塊，current filter information選項區(qū)域顯示的信息為當前濾波器的過濾信息，re