導(dǎo)語：通信系統(tǒng)信號相關(guān)性研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：信號的相關(guān)性分析在檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域廣為應(yīng)用。為了研究信號的相關(guān)性，利用LabVIEW設(shè)計(jì)了信號相關(guān)性研究系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用LabVIEW中的波形生成函數(shù)產(chǎn)生正弦波、白噪聲及疊加白噪聲的正弦波3種信號，且波形頻率、幅值可以調(diào)節(jié)；通過自相關(guān)函數(shù)分析了3種信號的自相關(guān)波形，將自相關(guān)波形通過FFT函數(shù)進(jìn)行功率譜分析并輸出功率譜波形圖，便于察看剖析信號的相關(guān)性及其頻域特征。結(jié)果表明周期性信號的自相關(guān)函數(shù)是周期的，疊加了白噪聲的正弦波的自相關(guān)函數(shù)也是周期的，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)操作簡單，可以應(yīng)用于教學(xué)、科研等。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；FFT；信號相關(guān)性

相關(guān)性研究主要解決信號內(nèi)部的關(guān)聯(lián)問題、信號與信號之間的相干問題[1]。通信系統(tǒng)中常見的信號是正弦波信號，信道中的噪聲是白噪聲信號。這兩種信號自相關(guān)函數(shù)的研究對于通信系統(tǒng)十分重要，研究白噪聲的自相關(guān)函數(shù)對于信號編碼很有意義。信號的自相關(guān)分析對于分析信號的特點(diǎn)及頻域特性也十分重要。LabVIEW是一種圖形化編程軟件，圖形化編程是它與其他編程方法最大的區(qū)別，它的程序更加直觀，方便理解與修改[2-3]。用戶能夠按照自己的需求設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能，采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，操作方便，節(jié)省成本。文中設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的通信信號自相關(guān)研究系統(tǒng)，首先產(chǎn)生正弦波、白噪聲及正弦波疊加白噪聲3種信號，然后分別分析3種波形的自相關(guān)函數(shù)及其功率譜。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)的功能要求

文中設(shè)計(jì)的信號自相關(guān)分析系統(tǒng)的功能如下：1）能夠產(chǎn)生正弦波、白噪聲及疊加白噪聲的正弦波3種信號，且波形的頻率、幅值能夠由用戶進(jìn)行設(shè)置；2）將所產(chǎn)生的波形通過自相關(guān)函數(shù)輸出其自相關(guān)波形；3）將自相關(guān)波形通過FFT函數(shù)進(jìn)行功率譜分析，并輸出功率譜波形圖；4）前面板上顯示所產(chǎn)生的波形、自相關(guān)波形及其功率譜的波形。通過前面板可以調(diào)節(jié)正弦波及白噪聲的幅值、頻率。

1.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

信號相關(guān)性分析系統(tǒng)首先利用LabVIEW中的波形生成函數(shù)產(chǎn)生正弦波、白噪聲及疊加白噪聲的正弦波3種信號；通過自相關(guān)函數(shù)分析3種信號的自相關(guān)波形，將自相關(guān)波形通過FFT函數(shù)進(jìn)行功率譜分析并輸出功率譜波形圖。根據(jù)波形圖顯示的結(jié)果研究信號的相關(guān)性及其頻域特征。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2系統(tǒng)的LabVIEW設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)的前面板設(shè)計(jì)

LabVIEW程序由前面板和程序框圖形成，用戶可以通過前面板完成數(shù)據(jù)的輸入輸出顯示。類似于儀器的操作面板。系統(tǒng)的前面板如圖2所示。前面板上有信號幅值、頻率及所產(chǎn)生的波形、自相關(guān)函數(shù)波形及其功率譜的波形等[4-7]。用戶可以通過前面板輸入正弦波及白噪聲的幅值、頻率等信息。波形圖顯示控件能夠顯示所產(chǎn)生的波形、自相關(guān)函數(shù)的波形及功率譜波形。

2.2系統(tǒng)的程序框圖設(shè)計(jì)

程序框圖是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的核心，實(shí)現(xiàn)用戶需要的功能，用戶根據(jù)自己的需要選擇函數(shù)、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行連接并調(diào)試運(yùn)行，程序框圖中包含了前面板上控件、函數(shù)、結(jié)構(gòu)等[8-11]。LabVIEW中包括數(shù)值、數(shù)組、布爾、字符串等操作函數(shù)，有循環(huán)結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)、順序結(jié)構(gòu)、公式節(jié)點(diǎn)等，方便用戶設(shè)計(jì)程序框圖，且設(shè)計(jì)的程序框圖十分直觀[12-14]。該系統(tǒng)的程序框圖如圖3所示。信號相關(guān)性分析系統(tǒng)主要由程序框圖實(shí)現(xiàn)3種波形信號的產(chǎn)生、信號相關(guān)性分析及FFT變換等功能。利用正弦波發(fā)生器及均勻白噪聲發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦波及白噪聲。兩種波形相加形成疊加白噪聲的正弦波。每一個(gè)波形周期內(nèi)的點(diǎn)數(shù)可以通過采樣點(diǎn)數(shù)來設(shè)置，信號的幅值、頻率、相位等都可以通過前面板進(jìn)行設(shè)置。產(chǎn)生的3種信號分別通過自相關(guān)函數(shù)得到它們的自相關(guān)波形，并顯示在前面板上的波形圖顯示控件中。自相關(guān)波形通過FFT得到功率譜波形并輸出顯示。波形的頻率、幅值能夠由前面板上的控件進(jìn)行設(shè)置。

3系統(tǒng)的LabVIEW仿真

信號相關(guān)性系統(tǒng)仿真首先通過波形圖控件觀察產(chǎn)生的正弦波、白噪聲及正弦波疊加白噪聲3種信號，并調(diào)節(jié)波形頻率、幅值。將所產(chǎn)生的波形通過自相關(guān)函數(shù)輸出其自相關(guān)波形；通過波形圖控件觀察比較自相關(guān)波形。然后將自相關(guān)波形通過FFT函數(shù)進(jìn)行功率譜分析并輸出功率譜波形圖。前面板上顯示所產(chǎn)生的波形、自相關(guān)波形及其功率譜的波形。通過前面板可以調(diào)節(jié)正弦波及白噪聲的幅值、頻率。分別設(shè)置正弦波的幅值、頻率、白噪聲的幅值進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖4~6所示。經(jīng)仿真，通過選擇設(shè)置正弦波的幅值、頻率產(chǎn)生相應(yīng)的正弦波、白噪聲及疊加白噪聲的正弦波，并經(jīng)過自相關(guān)函數(shù)輸出3路信號的自相關(guān)波形，在3個(gè)波形圖控件中分別顯示結(jié)果。然后通過FFT函數(shù)剖析3路信號的功率譜波形。從自相關(guān)波形圖可以發(fā)現(xiàn)，正弦波的自相關(guān)函數(shù)是周期的，疊加白噪聲的正弦波的自相關(guān)函數(shù)也是周期信號。白噪聲的自相干函數(shù)為一個(gè)沖激函數(shù)，說明只有在t=0時(shí)刻白噪聲是相關(guān)的，其余時(shí)刻互不相干。因此，白噪聲能夠用于通信中。

4結(jié)論

利用LabVIEW設(shè)計(jì)了信號相關(guān)性研究系統(tǒng)，文中所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以產(chǎn)生幅值、頻率可調(diào)的正弦波、白噪聲及疊加白噪聲的正弦波，通過LabVIEW中的自相關(guān)函數(shù)對3種波形的自相關(guān)波形進(jìn)行仿真，同時(shí)利用FFT函數(shù)對頻譜特性進(jìn)行仿真。便于研究通信系統(tǒng)中的信號、噪聲的自相關(guān)特性及頻譜特性。該系統(tǒng)具備設(shè)計(jì)簡潔，靈活性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)用LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器系統(tǒng)，設(shè)計(jì)容易且非常直觀，界面可以根據(jù)用戶的需求設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存、處理分析、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)取Ｒ材軌蛴糜谝恍?shù)據(jù)的收集監(jiān)測、安全防范等。用戶能夠根據(jù)需要來擴(kuò)展功能，能夠有效地提升開發(fā)效率[15-18]。

作者：劉小群 單位：寶雞文理學(xué)院 物理與光電技術(shù)學(xué)