SystemView在數(shù)字信號處理課程中的應(yīng)用_圖文

1、 萬方數(shù)據(jù)中國現(xiàn)代教有裝備2010年第1期(總第89期其中蠢為輸入信號的均方差值,是量化噪聲的均方差值。對輸入信號作歸一化處理,量化噪聲的均方差值可以表示為:l盯;:垡:坐:占(2。121212×2r一21SNRaB-lobgl南|=lo嶇12x2TM xo =1010顫22+lOlog(12x(3=6.02N+lObg(12x2通常,考慮滿量程歸一化的輸入信號為單一頻率的周期信號sin(研+護(hù),則信號的均方差值仃:1:1/8,即有:SNR,m=6.02N+10109號=6.02N+1.761。在忽略實際系統(tǒng)的其它因素時,可以認(rèn)為ADC轉(zhuǎn)換的最化信噪比(SNR。只取決于其位數(shù)N。當(dāng)A

2、DC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的量化位數(shù)每增加1位時,其輸出信噪比(SNR。就近似增力n6dB。教學(xué)的過程要求老師尊重教材,同時也應(yīng)當(dāng)超越教材。就上述論題在教學(xué)的過程中提示學(xué)生應(yīng)當(dāng)注意上述結(jié)論中存在的適用條件,上述結(jié)論的獲得是在一種假設(shè)前提下得到的,那就是AOC的輸入是一個滿量程的純正弦信號,在此條件下它恰當(dāng)?shù)孛枋龀鯝DC 器件本身的性能特點。但是,實際系統(tǒng)中ADC的輸入信號均為具有一定信噪比的相對復(fù)雜信號,對于這樣含有噪聲的信號,尤其是極低信噪比的信號的量化分析是否能直接利用這樣的結(jié)論是非常值得探討的。于是,引導(dǎo)學(xué)生思考針對實際情況,應(yīng)當(dāng)如何分析量化位數(shù)的大小對信號的影響。經(jīng)過學(xué)牛課后分組查閱資料和認(rèn)真思考,

3、主要形成兩種分析方法:分離量化法和疊加量化法。2.分離量化法仿真這是一種對信號量化過程最為直觀理解:信號疊加了噪聲信號。對于該具有一定信噪比信號的量化位數(shù)的選取,依據(jù)是將信號和噪盧分開來考慮,將量化器對輸入含有加性噪聲的黿化過程分解為量化器分別對信號和噪聲的量化,重點考慮了量化器對有用信號的影響,所以選取的鼉化位數(shù)應(yīng)使得信號能夠落入最小量化電平,即信號一定能夠被量化。為了驗證自己的想法,學(xué)生們建立如圖1所示的仿真系統(tǒng)。其中,圖符0為有用信號,圖符1為標(biāo)準(zhǔn)方差高斯白噪聲,圖符2和3為兩個完全相同的量化器,圖符59為各個模塊的圖形分析工具。設(shè)置信號幅度為峰峰值1/16的20Hz正弦信號,使得信號和

4、噪聲疊加72后的信噪比為-24dB,將信號和噪聲同時顯示在一個圖形分析窗,如圖2所示。-黼蝴州U.二J圖34bi t分離量化分析法仿真結(jié)果當(dāng)量化器的量化位數(shù)取為5b i t,此時,一個量化間隔為1/25,即1/32。輸入量化器的信號幅度高于一個量化間隔,可以被量化上,量化后疊加信號頻譜中存在信號分量,如圖4所示。三一:|匿圖45hit分離量化分析法仿真結(jié)果可以想象,隨著量化位數(shù)的逐漸增大,量化后的有用信號分量越來越強(qiáng),分離量化法的仿真結(jié)果似乎完全符合教材中所得到的結(jié)論。然而,這種分析方法存在明顯的缺陷。雖然輸入量化器的信號是一個含有加性噪聲的信號,但是量化的過程是一個非線性的過程,在輸出端不能

5、簡單地認(rèn)為輸出是信號和噪聲各自量化后的總和。分離量化分析法是基于線性系統(tǒng)理論的分析方法,不能完全描述非線性系統(tǒng)的特性。3.疊加量化法仿真函舭眺鑼 萬方數(shù)據(jù)2010年第1期(總第89期中國觀代黼裝備疊加量化分析法將含有加性噪聲的信號直接作為量化器的輸入,量化過程信號和噪聲的影響由量化后的混合信號中是否存在信號分量為表征,建立的仿真模型如圖5所示,其中,圖符10為有用信號,圖符1l 為標(biāo)準(zhǔn)方差高斯白噪聲,圖符12為量化器,圖符1517為各個模塊的圖形分析工具。 圖5疊加量化分析"法Sys temV i ew仿真模型同分離量化分析時輸入的信號和噪聲相同,量化器設(shè)置為4bit,疊加后信號量化

6、輸出的功率譜如圖6所示,顯然在量化輸出頻譜中含有信號分量。 圖64bit疊加量化輸出功率譜分離量化分析時認(rèn)為,由于信噪比低使得有用信號無法被量化,但是,同等條件下采用疊加量化分析卻明顯地在疊加后的信號量化結(jié)果中存在有信號。分析其中的原因在于,雖然單獨的有用信號很弱,幅度不足一個量化電平,但是經(jīng)過同強(qiáng)噪聲的疊加后,信號的幅度變化被加載在噪聲的幅度上,超出了一個量化電平,從而弱信號被量化上,這才是符合真實情況的分析法。4.后續(xù)的討論經(jīng)過這樣的專題研究,極大地調(diào)動了學(xué)生們的積極性,他們踴躍地發(fā)表自己對該問題的看法,不斷嘗試著將自己的想法用仿真軟件來實現(xiàn)。主要有如下幾個方面的問題:(1教材中的理論分析

7、是以滿量程的純正弦信號作為輸入的,所得到的結(jié)論是否適用于其他形式的信號量化?針對這個問題,老師指導(dǎo)學(xué)生在疊加量化分析模型中,嘗試更換不同種類的信號,對量化后的信號進(jìn)行時域和頻域兩方面的分析,自己得出相應(yīng)的結(jié)論,并與同學(xué)進(jìn)行討論。(2教材中的理論分析是錯誤的嗎?針對這個問題,老師首先肯定了學(xué)生的懷疑精神,同時鼓勵他們用自己的智慧去解答這個問題,指導(dǎo)他們在正確的模型下,通過改變疊加入信號中的噪聲功率,來觀測量化后信號的變化,自己總結(jié)結(jié)論。(3如果教材中的理論分析沒有錯,什么時候可以用教材上的結(jié)論?三、結(jié)束語在理工類的課程教學(xué)過程中借助仿真軟件的幫助,無疑可以使抽象的內(nèi)容變得生動起來,使學(xué)生能夠用眼

8、睛感受到理論,老師可以在課堂上演示更多的典型實例,增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但是我們認(rèn)為,仿真軟件在專業(yè)課程的應(yīng)用不應(yīng)當(dāng)是課本知識的簡單復(fù)現(xiàn),而應(yīng)當(dāng)是一種有針對性的,以提高學(xué)生綜合能力為根本目的的有機(jī)融合。本文僅僅使用了SystemVie'w中很小的一部分功能,與之相類似的仿真軟件還有很多,例如matlab,Labwindows/CVI等,每一種軟件都具有自身的特點,結(jié)合課程特點合理地、有針對性地應(yīng)用在課程教學(xué)中,一定能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)科研能力。參考文獻(xiàn)1羅衛(wèi)兵。孫樺,張捷.SystemView動態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設(shè)計M.陜西:西安電子科技大學(xué)出版社,20012周潤景,張斐.數(shù)字信號處

9、理的SY stemVi ew設(shè)計與分析【岫.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008Applications of system view software in digital signal processing teachingZheng Haixin,Zhang BaolingTheacademy of equipmentcommandtechnology,Beijing,101416,ChinaAbstract:Based onthe digital signalprocessingcourseteachinganalysisthe requirement of simulationso

10、ftwarein teaching.Thefeature of SystemView software iSintroduced conceptually.Discussionofquantization bit lengthasanexampletoshow thatsimulation withSystemView isimportant andnecessary.Key words:teaching:SystemView:digital signalprocessing警蘿鉑茲伽一嘞稻刪73萬方數(shù)據(jù) SystemView在數(shù)字信號處理課程中的應(yīng)用作者:鄭海昕, 張寶玲, Zheng Haixin, Zhang Baoling作者單位:裝備指揮技術(shù)學(xué)院,