信号与通信论文范文1
【关键词】蒙特卡罗仿真 信噪比 误码率
【中图分类号】TN911 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682（2012）10-0084-02
蒙特卡罗（Monte Carlo）方法是一种基于随机试验和统计计算的数值方法，其基本原理是当需要求解的问题是某种随机事件出现的概率，或者是某个随机变量的期望值时，可以通过一种“实验”的方法，用这种事件出现的频率来估计该随机事件的概率，或者得到这个随机变量的某些数字特征，并将其作为问题的解。如果需要求解的问题不是一个随机事件问题，还可以通过数学分析找出与之等价的随机事件模型，然后再利用蒙特卡罗方法去求解。[1]
误码率是评价一个通信系统性能优劣的重要指标，但由于误码率的计算公式复杂，甚至在很多情况下无法得到解析解。[2～3]因此通过蒙特卡罗方法模拟实际的通信过程，得到仿真的通信系统误码率就成为一种方便的手段，特别适用于难以对检测器的性能进行分析的情况。
一、多种二进制基带信号的传输与接收
1.正交信号的传输与接收
在数字通信系统中，0和1组成的二进制数据可以用两个正交波形s0（t）和s1（t）来传输，传输信号通过加性高斯白噪声
信道（AWGN）后叠加了功率谱密度为 （W/Hz）的噪声n（t）。
接收端的信号可表示为：
r（t）=si（t）+n（t），i=0，1；0≤t≤Tb （1）
接收端在接收到信号r（t）后，判断在区间0≤t≤Tb内发送
是0还是1。接收机的设计原则是使差错率最小，满足这个原则的接收机称为最佳接收机。AWGN信道的最佳接收机可以由信号相关器和检测器组成。图1所示：
图1 最佳接收机方框图
信号相关器将接收到的信号r（t）与两个可能的发送信号s0（t）和s1（t）做互相关，假设s0（t）是已发送信号，相关器计算在区间0≤t≤Tb内的两个输出，得：
（2）
式中，n0和n1为信号相关器输出端的噪声分量；Eb为脉冲信号s0（t）的能量。同理，当s1（t）是已发送信号，相关器计算得到两个输出为r1（t）=Eb+n1而r0（t）=n0。
在t=Tb时刻对这两个输出r0（t）和r1（t）采样后，判决器将比较r0（t）和r0（t）并按如下规则判决：当r0>r1时，传输的是0。当r0
因为s0（t）和s1（t）是正交的，所以理论误码率为[1、4]：
（3）
2.双极性信号的传输与接收
在s0（t）和s1（t）是双极性信号时，有s1（t）=-s0（t）。此时图1所示的最佳接收机只需要一个相关器即可。假设相关器与s0（t）做互相关，当发送的是s0（t）时，相关器的输出r=Eb+n，当发送的是s1（t）时，相关器的输出r=-Eb+n，噪声分
量n的方差 ，最佳判断器与阈值0相比较，若r>0则判
断s1（t）被发送，若r
因为s1（t）=-s0（t），所以理论误码率为[1、4]：
（4）
3.单极性信号的传输与接收
用单极性信号来传送二进制序列，若信息比特为0，则不传送任何信号；若信息比特是1，则发送信号波形s（t）。因此，接收到的信号波形可以表示为：
与双极性信号一样，单极性信号的最佳接收机也只需要一个相关器。理论误码率为[1、4]：
（5）
二、二进制基带通信系统的蒙特卡罗仿真
在通信系统仿真中经常采用蒙特卡罗方法来实现误码性能的估计。为了说明问题，以加性高斯白噪声（AWGN）信道下二进制基带信号的误码性能为例，说明如何使用蒙特卡罗方法进行通信系统的误码性能仿真。
1.正交信号数字通信系统的仿真模型
用Simulink建立一个正交信号数字通信系统的仿真模型如图2所示。[1]
图2 正交信号数字通信系统误码性能仿真框图
在该系统模型中，主要包含以下模块：
（1）Random Integer Generator随机整数产生器模块，用它来产生消息比特。
（2）Porduct乘法器模块，在发送端产生s0（t）和s1（t），在接收端则与s0（t）和s1（t）进行相关运算。
（3）AWGN信道模块，用来对发送信号叠加高斯白噪声。
（4）Cumulative Sum累加器模块与乘法器Product2、Product3一起完成相关运算。
（5）Relational Operator关系操作模块用来对相关器的输出进行判决。
（6）误比特率统计模块（BER Calculation），对发送比特和解调比特进行比较，计算误比特率。
设置模型发送nsymbol=100000个数据比特，SNR的范围[0～12]dB，Simulink模型运行结果见图3。
通过曲线分析可知，蒙特卡罗仿真差错率与理论差错率在低信噪比情况下完全一致，而在高信噪比发生了一定的偏差。产生这一结果是因为蒙特卡罗的仿真精度和仿真次数N有密切关系。一般情况下，蒙特卡罗估计是无偏的，N越小，估计的方差就越大；N越大，估计的方差就越小。当N∞时，则估计值收敛于真实值。为了保证仿真精度，蒙特卡罗仿真次数N与给定差错率pe的关系应满足[5]N>10/pe。
由上式可知，当信噪比Eb/N0=10dB时相应的误码率数量级N在10-3以下，根据公式N>10/pe可知为了保证仿真精度与理论值的吻合，N应该大于104次。而上图的仿真误码率曲线是在固定仿真次数为105次的情况下得到的，故仿真误码率曲线与理论曲线基本吻合。当Eb/N0=12dB时相应的误码率数量级在10-5以上。根据公式N>10/pe可知为了保证仿真精度与理论值的吻合，N应该大于106次。而上图的仿真误码率曲线是在固定仿真次数为105次的情况下等到的，故仿真误码率曲线与理论曲线出现偏离。
根据上述分析可知，如果想要使信噪比较大时仿真曲线与理论曲线也比较吻合，可以在信噪比较大时，根据式子N>10/pe采用适当的仿真次数即可解决此问题。
2.双极性和单极性信号数字通信系统的仿真模型
与图2相比，双极性仿真模型只需要一个相关器与s0（t）相关，最后的判决器与0进行比较。单极性与双极性的仿真模型基本相同，只是在二进制数据源的输出端有很小的变化，因此两个模型可以通用。
对3种信号数字通信系统，在不同信噪比下，发送N=100000个数据比特，理论误码率结果图4所示：
从图4可以看出，单极性信号的误比特率高于双极性信号，与双极性信号似乎相差6dB，与正交信号也相差3dB。但是，需要注意的是，使用单极性信号，其平均发送的能量比双极性信号和正交信号少3dB。因此，单极性信号与正交信号性能是相同的，与双极性信号相差3dB。
三、结 论
文中对3种二进制基带通信系统的信号传输和最佳接收进行了理论分析，在此基础上，讨论了以误码率为性能指标的蒙特卡罗仿真建模方法，对蒙特卡罗仿真方法的试验精度等方面进行了性能分析。蒙特卡罗方法在通信系统的仿真中有着广泛的应用，因此有必要对其仿真方法进行研究，更好的运用这种方法解决实际工程问题。
参考文献
1 邵玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析[M].北京：清华大学出版社，2008
2 Shanmugan K S.通信系统仿真原理与无线应用（肖明波等译）[M].北京：机械工业出版社，2008
3 许建霞、聂明新.基于MATLAB的数字基带传输系统的仿真[J].武汉理工大学学报，2005（6）：450～452
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关键词：压缩感知；模拟信息转换器；欠采样；正交匹配追踪算法
中图分类号：TN911.7 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）02-0055-04
0 引 言
传统的数字信号处理以奈奎斯特采样定理作为基础，在模拟/数字信号的转换过程中，采样频率大于信号最高频率的2倍，才能从采样得到的数字信号中无失真地恢复原始信号。在实际应用中，为保证信号处理效果一般采样频率为信号最高频率的3倍以上，采集到的冗余数据在后续处理阶段再滤除。然而，随着当前日益增加的信息需求量，信号频率越来越高，带宽越来越宽，在信息获取中对采样速率、处理速度和信息存储空间等提出越来越高的要求。这将造成对ADC和处理器的性能要求更高以及数据存储和传输的压力。但是，在许多情况下，信号是稀疏和冗余的，在某些变换域是可压缩的，在处理过程中冗余信息将被丢弃，多余的数据就造成了资源的浪费。针对这个问题，在过去的几年，一种新的理论压缩感知被提出来，它的核心思想是通过很少的非适应性，凸优化的线性测量来恢复稀疏信号。压缩感知的理论基础是建立在以下领域并发展而来，例如应用谐波分析、框架理论、拓扑几何、优化理论和矩阵分析等[1]。在该理论下，信号的采样速率不再取决于信号的带宽，而是取决于信息在信号中的结构与内容，因此在满足信号的可压缩性以及表示系统与观测系统的不相关性两大条件下，从低分辨观测中恢复高分辨信号就成为可能[2]。
压缩感知理论主要涉及三个核心问题：一是信号的稀疏表示；二是非相干测量矩阵设计；三是信号重建算法优化设计。在应用研究方面，其影响已经涉及很多应用科学，如无线电通信的认知无线电方向和信道编码、阵列信号处理、雷达成像、图形图像处理、生物传感、模拟信息转换等。利用压缩感知理论，模拟信息转换器被设计用来在较低速率下获取样本，然后在后端DSP成功恢复感兴趣的压缩信号。模拟信息转换器可以代替传统的ADC，以较低的速率对高速模拟信号进行实时采样，获取所关心的信息，有效解决了传统采样理论遇到的瓶颈。压缩感知理论最初是针对离散信号提出来的，把它应用到模拟信号的研究目前处于起步阶段，存在很多困难。模拟信息转换需要能够实时采样连续信号，而不能直接使用离散信号的测量矩阵，同时要求数字处理器有较强的运算能力，能够及时对高速信号进行感知，硬件实现困难。因此，该算法的复杂度优化和硬件可实现性成为压缩感知应用的关键点之一。
本文首先对压缩感知的基本理论进行了研究，对比分析了三种模拟信息转换器，介绍了常用重建算法，并通过仿真验证了模拟信息转换-信号重建结构的可行性，分析了实现结构的性能。最后，进行了总结并对压缩感知的研究趋势进行了展望。
1 压缩感知原理
4 结 论
由于现实环境中的大部分信号具有稀疏性或可压缩性，压缩感知理论利用信号稀疏性突破了奈奎斯特采样定理。事实上，把从对数据的采集直接转化为对信息的采集，就能以随机采样的方式，并用更少的数据采样点来完美地恢复原始信号。
本文介绍了压缩感知的基本理论，分析了压缩感知在模拟信息转换中的应用，并通过仿真验证了压缩感知理论的实际应用可行性。在射频和宽带无线通信信号的采样和信号检测分析中，基于压缩感知理论的欠采样系统的设计，能降低对高速ADC器件的依赖，可在有效减少数据量的同时，保证近乎完美地重建信号，降低系统资源消耗，提高系统性能。压缩感知理论在无线通信的频谱感知、信道编码、阵列信号处理等方面都得到了广泛的研究，从而推动了无线通信技术的进一步发展。可见，压缩感知具有十分重要的应用价值。
参 考 文 献
[1] ELDAR Yonina C， KUTYNIOK Gitta. Compressed sensing： theory and applications [M]. Cambridge： Cambridge University Press， 2012.
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信号与通信论文范文3
[关键词]电子对抗 通信干扰 单音信号 训练序列同步 Matlab仿真 无线局域网协议 干信比 状态机
一、引言
由于IEEE 802.11a的广泛应用，因此从国家信息安全和军事国防的高度来看，很有必要从电子对抗的角度去考虑如何对IEEE 802.11a通信进行干扰的问题。目前，人们对IEEE 802.1 1a的研究大多集中于其通信机理本身，少数从通信对抗角度进行研究的学者，也是主要针对于干扰信号对通信过程建立后的过程进行讨论。
然而经过研究发现，IEEE 802.11a的通信信号与其它很多数字通信体制一样，在通信过程建立之前，需要同步过程来协调各种参数指标，因而其同步过程也受各种干扰因素的影响，当干扰因素强度超过一定界限后，同步过程受到影响，从而使通信无法建立。而针对数字通信的同步进行干扰，其干扰效能往往要比干扰信号本身更为简便。因此本文的研究重点正是通过研究干扰信号对IEEE 802.11a的同步过程影响，来评估干扰对其通信的影响。
二、理论分析
2.1定时粗同步原理
定时粗同步是PLCP到达接收机后第一步操作。接收机同步通过两个宽度与短序列重复周期相同的判别窗，对接收到的短训练序列数据进行采集，而后进行三步操作：
首先，两个判别窗采集到的数据进行如式（1）的相关运算；（1）第二步，第二个判别窗中数据再进行一次自相关运算；（2）
最后，再由这两个数据进行比例运算，从而得到定时粗同步的判别电平。（3）
当判决电平为高电平时，接收机判定信号到达，并记录检测到高电平的位置；反之当判决电平为低电平时，则接收机判断信号没有到达，因而接收机并不进行后续的操作。
2.2干扰对同步的影响分析
当干扰信号与数据信号叠加后，干扰信号势必影响判决电平的数值大小，从而影响接收机对信号到达与否的判别。
设单音干扰影响下的接收信号为：
RM（n）=RB（n）+A'J（n） （4）
基带信号的离散形式为RB（n），干扰信号离散形式为，（n），A'为干扰信号的幅度系数。
从单音信号的自相关函数中可以得知，当延时τ=nT（n=0，1，2，3……）时，自相关函数为正最大值；当延时T=（n+0.5）T（n=0，1，2，3……）时，自相关函数为负最大值。
将此条件纳入式（1）与式（2）中分析，即可得到推论：当单音信号的周期T=D/（n+0.5）时，Cn为负最大值，而式Pn由于τ=0，因而为正最大值。在这种情况下Cn与Pn在整体上的数值差异最大，从而使最终的结果最小化。
当短序列重复周期D=16、单音信号周期T=16/5.5时，Mn的数值非常小且稳定，因此当周期T=D/（n+0.5）的单音干扰信号随短序列进入接收机时，很容易产生误判，从而造成对后续OFDM通信活动的阻隔和压制。
三、仿真程序介绍
本文的仿真程序除包含IEEE 802.11a协议所设计的从发射到接收过程中的一系列操作外，还重点针对训练序列同步的特点，对接收存储器和接收状态机进行仿真，以使仿真程序从同步成功与同步失败两个方面，反映干扰信号对IEEE802.11a训练序列同步过程的影响效能。
为了模拟干扰对整个IEEE 802.11a通信活动的影响，本文编写了相关仿真程序，整个仿真程序从结构上分为三个部分：发射机部分、信道与干扰信号产生部分与接收机部分。发射机部分的主要功能，是产生一串随机数据用以模拟要发送的有用数据，然后经过信道卷积、信道交织、QPSK调制、加入训练训练、插入导频、降PAPR转换、IFFY运算、插入循环前缀、滤波、数字上变频等一系列操作后，最终形成射频信号发送到信道部分。信道与干扰信号产生部分的功能有两方面，一是模拟信道中自然存在的高斯白噪声，二是产生干扰信号，并用过信号功率计算，得到需要的干扰信号功率比（JSR）。最终形成由信号、高斯白噪声与干扰信号三部分组成的混合信号。接收机部分结构相对比较复杂，进入接收机的混合信号先经过数字下变频与滤波器后，进入接收机的数据存储器，接收机的同步，就从存储器中调用数据。经过定时同步与频率同步后，进行FFT运算，而后经过降PAPR逆变换、相位补偿、QPSK解调、解交织、解编码等与发射机部分相对应的逆操作后，得到还原后的数据信息。
四、程序仿真与结果
本文在仿真程序中，将短序列重复周期设为16，因此为了验证之前的理论分析，应当设置一个周期T=16/（n+0.5）的基带单音干扰信号。然而，由于仿真程序接收机部分设计有低通滤波器，因此为避免信号经过滤波器时产生功率损失，本文在仿真时将n设置为0，即单音周期T=32，此干扰信号经过滤波、上变频后，在空间中与信号叠加，单音干扰与短序列信号叠加后的信号进入接收机进行解调，最终产生的误码率如下图1所示：
由仿真结果可以看到单音周期T=32时的干扰效果。当干扰信号功率比（JSR）为-3dB时，接收误码率就达到0.1，而同步失败率达到0.3左右。而使用噪声调幅干扰方式进行仿真，要达到同等误码率水平，则JSR需要达到7-8dB左右。
五、结论
信号与通信论文范文4
随着视觉文化的日渐兴盛和信息社会的来临，视觉化已经成为大众传播的基本要求，图像也已成为教育传播中越来越重要的信息载体。将教学内容进行视觉化呈现，可以弥补单纯文字呈现的不足，发挥生动直观、激发学习兴趣、加强理解、巩固记忆、加快教学节奏、增强说服力等作用。一线教师对图像的教学功能深有体会，然而，对于图像何以具有这些功能和作用的理论研究并不多见，本文拟对图像教学的理论依据作初浅探析。
一、哲学依据
辩证唯物主义认识论告诉我们：人的认识过程分感性认识和理性认识两个阶段，感性认识是理性认识的基础，理性认识是感性认识的飞跃，占有大量可靠的感性材料和对感性材料进行加工是实现感性认识到理性认识飞跃的必备条件。
学校课堂教学是以传授和学习人类间接经验为主的特殊的认识活动，这就要求教学活动要遵循直观性教学原则，根据学生认识客观世界和学生思维发展的规律，正确处理理性认识与感性认识的关系，即概念与事物及其形象之间的矛盾关系。
图像教学以视觉化的呈现方式，调动学生多种感官，通过各种图像形式，感知抽象概念和原理，从而获得丰富而生动的表象，为进一步分析、综合、抽象、概括、掌握学科的概念和原理铺垫台阶。
二、脑科学依据
脑科学研究证明：人的大脑结构分左、右两半，右半球就是“右脑”，左半球就是“左脑”。大脑的两侧半球在功能上显著不同，左脑具有语言、概念、数字、分析、逻辑推理等功能，右脑具有音乐、绘画、空间几何、想象、综合等功能；左脑的活动与显意识相关，右脑的活动与潜意识、直觉相关。左脑和右脑既有分工，又有合作。大脑两半球经由一束叫胼胝体的横向神经纤维相连。胼胝体负责大脑两半球之间的神经信息传导。在语言、文字呈现教学信息的基础上，辅以视觉化的图像，实现教学内容“文字—图像”的双重编码，有效地激活右脑协同左脑进行工作，提高信息加工的效率和信息加工的深度，平衡逻辑思维和形象思维的发展。
三、心理学依据
心理学是现代教学理论的基石，相关的心理学理论也为图像的教学功能提供了依据。
1.注意的规律
注意是心理活动或意识对一定对象的指向与集中。它是外部信息接受认知系统加工，进入主观表征结构的阀门，是人类进行各项活动的基本前提。
注意与人的状态（包括目的、兴趣、意志努力、知识经验等）以及客观刺激物本身的新异性（如刺激物的奇特性、强度、与衬托背景的关系、与其他刺激物之间的对比关系等）相关。在课堂教学过程中，图像相对于常规的板书具有新异性，设计良好的教学图像能够吸引学生的注意，成为教师调控课堂教学活动的积极手段，或创设情境，激发兴趣；或抛锚定向，激发探究欲；或直观展示，突破难点。
2.双重编码理论
人类记忆系统的性质及记忆系统中知识的表征和储存方式是认知心理学研究的核心问题。许多研究者通过试验发现，被试识记用文字加图片方式呈现的学习材料，成绩优于单用文字呈现的学习材料。因此推测人类的记忆系统不应该只有单一的语义编码方式。加拿大心理学家帕维奥（Paivio，1969年）提出了“双重编码理论”（Dual-Coding Theory）的假设。该理论认为：人的认知系统存在两个功能既独立而又相互联系的子系统——语言系统和表象系统。语言系统处理语言信息，它将语言信息以字符为基本单位进行编码储存在左脑的文字记忆区；表象系统则处理非语言信息，这些信息以视觉形象为主，编码是以表象作为其基本单位，编码完成后被存储在右脑的图像记忆区，同时也在对应的语言记忆区留下文字对照版本。[1]
这两个子系统能直接地被特异的刺激激活，既独立而又相互关联地工作。表象系统被物体或物体的形象激活，语言系统被词语激活。尽管两个系统在功能上相互独立，但它们之间紧密联系，相互传递信息，相互关联地工作。词语材料（如单词“苹果”）通过语言系统的作用，可激活表象系统，导致词语指称的物体进入心理表象；反之，与心理表象有特殊关系的材料（如一幅画）也会在语言系统产生相应的编码和表征。帕维奥发现，如果给被试以很快的速度呈现一系列的图画或字词，那么被试回忆出来的图画的数目远多于字词的数目。这说明，表象的信息加工具有一定的优势，即大脑对于形象材料的记忆效果和记忆速度优于文字材料。如果学习材料同时通过语言和视觉（空间）两个通道输入大脑，信息的识别和提取比单纯通过文字呈现方式更加容易。
因此，双重编码理论给课堂教学的重要启示是：同时以语言形式和图像形式呈现信息，能够增强记忆和识别，增强教学效果。
3.多媒体学习理论
美国当代著名教育心理学家、实验心理学家理查德·迈耶通过反复的实验对比，在双重编码理论、认知负荷理论、工作记忆模型和建构主义学习理论的基础上，发展了多媒体学习认知理论。
多媒体学习认知理论基于三个假设：第一，双通道假设。人类信息加工系统包括视觉/图像加工和听觉/言语加工双通道；视觉/图像通道加工视觉表征的材料，听觉/言语通道加工听觉表征材料；视觉材料和听觉材料也能够转换表征方式而使其能在另一条通道上得到加工。第二，容量有限假设。进行信息加工是需要消耗认知资源的，而人的认知资源是有限的，因此人们在每个信息通道上一次加工的信息数量也是有限的。认知负荷来自学习材料的内在难度以及学习材料组织的方式和呈现的方式。第三，主动加工假设。对呈现的材料，人们会主动参与认知加工，而非被动地接受刺激和灌输，即人们能动地选择相关语词和图像信息，并且按照内在的心智结构加工这些信息，将其与已有的知识整合在一起。[2]
迈耶画出了多媒体学习的认知模型 [3]，详见图1。
这个模型代表人类信息加工系统，从左至右的四个大方框，表示信息的输入、加工几个环节，包括多媒体呈现、感觉记忆、工作记忆、长时记忆；大方框内的两横排小方框表示视觉/图像和听觉/言语两个相互独立而又相互关联的信息加工通道；箭头表示信息流向和加工进程。在多媒体学习理论的基础之上，迈耶进一步提出了画面、语词、声音如何呈现的多媒体信息设计七个原则。多媒体学习理论表明，采用图文并茂的方式组织和呈现教学内容，可以加深理解，降低难度，提高效率。
4.认知风格理论
认知风格是指个体在认知过程中所经常采用的、习惯化的方式，具体说是在感知、记忆、思维和问题解决过程中个体所偏爱的、习惯化了的态度和方式。[4]众多教育学、心理学研究者用不同的测量方法和模型，从不同维度提出了多种类型的认知风格，如场依存—场独立型、言语—表象型、冲动—沉思型、跳跃—渐进型、聚合思维—发散思维型、拘泥—变通型等。其中，言语—表象型描述了个体在思维过程中这样一种差异：言语型的人倾向于以言语的形式表征信息，在言语作业方面做得更好，在解决问题时更注意形成言语；表象型的人倾向于以心理图像的形式表征信息，在具体的、描述的和形象的作业上做得更好，在解决问题时更注意形成表象。
认知风格理论揭示了不同个体认知方式的差异。认知风格虽无好坏之分，但却有认知效率的不同之别：以学习者的优势方式加工学习材料，可以降低认知负荷，提高学习效果；以学习者的劣势方式加工学习材料，会增加认知负荷，降低学习效果。这为教师制定不同的教学策略提供了依据，也为图像作为匹配、优化表象型认知风格学习者的教学手段提供了依据。
四、符号学依据
符号学为图像教学提供了以下几点依据：
第一，关于符号的本质。符号学认为，符号是事物的代表，是传播与交流过程中为传达信息而用以指代某种意义的中介，也就是用来代表其他东西的某种东西。[5] 语言、文字、图像、手势、音乐、舞蹈、旗帜、标志等都是符号，都是人类用以传达信息和表达情感的中介。图像是一种使用历史比文字更久远，使用范围仅次于文字的符号，以图像作为教学过程中师生传递学习内容的中介，不仅从理论上说是可能的，而且在历史上、现实中也都是存在的。
第二，关于符号的意义。美国传播学者施拉姆这样解释符号的意义：“对任何人来说，符号的意义就是这个符号引起的一套情景、感情、腺和神经的活动。”那么，符号怎样得到它的意义呢？施拉姆指出，符号的意义来自经验。人自有生命起，就有把感官接受的刺激留存在大脑的功能，自然界的声、光、影、色、形等刺激我们的感官，一一被存留于我们的脑海中。随着外界刺激的不断积累，我们开始寻找这些经验的相似性和关联性，并逐渐发现可以用某一种符号去称呼它们，于是这个符号便与我们的经验联系在一起，长此以往这个符号就具有了我们赋予它的某种意义。符号学关于符号意义来源的原理表明，图像作为一种广泛使用的符号，总是表达着这样或者那样的意义。
第三，关于符号的结构与分类。按照“现代符号学之父”、瑞士语言学家索绪尔的观点，符号是一个包含“能指”和“所指”的双面结构，“能指”是符号的物理形式、用以表示者，“所指”是符号的心理意义、用以被表示者。[6] 根据符号与其代表的对象或者能指与所指的关系类型，美国符号学家皮尔斯把符号分为肖似符号（icon）、指示符号（index）和象征符号（symbol）三类。肖似符号是某种借助自身与对象酷似的一些知觉特征作为符号发生作用的东西，即是符号与其表达的对象之间存在某些方面的相似性，如图像、象声词等。指示符号是根据符号与代表对象之间有着某些事实的或因果的关系而起作用的东西，如敲门是有人来的标志、烟是火的标志、风标是风向的标志等。象征符号是符号与代表对象之间按习惯约定，或随意、或强制而起作用的东西，如文字等。三种关系模式的符号分类，体现了符号系统的三个抽象层次，由肖似符号至指示符号再至象征符号，抽象程度不断提高。符号学关于符号结构与分类的观点，也为图像与文字不同表意功能和特性的分析提供了理论依据。
可见，图像教学有着深厚的理论依据，它并非必然与“幼稚”“肤浅”“享乐”“视觉狂欢”画上等号。与语言文字一样，图像也是一种重要的信息记录与传播载体，但在具体运用方面仍需不断探讨与实践。
（作者单位：广西经济管理干部学院，广西 南宁，530007）
参考文献：
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信号与通信论文范文5
关键词：振动信号，故障诊断，LabVIEW，信号采集
0 引言
振动信号分析作为故障诊断的一种方法，以其不拆卸机体，不影响设备的正常工作，测量范围广等优点，广泛应用于各类工业和工程之中。随着计算机技术、信息技术以及虚拟仪器技术的发展，越来越多的人开始通过虚拟仪器对机械的振动信号进行采集与分析[1]。LabVIEW是美国NI公司开发的图形开发环境，它在研究、开发、生产、测试工作中得到广泛应用[2]。本文所设计的就是基于LabVIEW的机械振动信号采集与分析系统。
1 系统设计
本文所设计的信号采集分析系统包含振动数据采集和数据分析两个部分。采集部分包括基本参数的显示和振动信息的存储；分析部分包括时域、统计、时频分析和小波分析。，故障诊断。图形化软件一般包括初始化，悬置，运行，停止等状态。在本系统中，初始化是在程序启动时，清空相关输入控件和显示控件；悬置是程序等待用户输入相关参数或者点击相关按钮以改变程序状态；运行是程序进入数据采集和分析状态；停止状态时，程序关闭所有子程序。系统这四种运行状态在本程序中通过状态机实现 [3]。
2 系统实现
2.1 采集系统
采集程序所要实现的功能主要是在一定的采样频率下采集振动的全部信息，其采样所得的结果必须能够在分析时完全再现采集时的振动情况。具体的实现过程如下：
通过DAQmx来创建任务，并根据数据采集卡与传感器的连接情况来设置物理通道和虚拟通道；加入相关输入控件，设置系统参量；根据传感器设备设定采样率，以便于后续的频率分析；以TDMS存储大量采样数据；利用case循环和按钮来分别表示初始化、悬置和运行这3个状态。
2.2 分析系统
由于实时采集的数据只能做出简单的时、频分析，不能得到振动信号中更深层次的信息，因此必须对设备的振动信号进行更加深入细致的分析，这个就需要进行离线分析。，故障诊断。分析程序所要实现的主要功能是再现设备的振动信号，并能够从多个层次和方向上得出振动信号的特征参量，并将这些特征参量以输出控件的形式返还给用户，以供人们了解设备的工作状态，更深入地了解设备的振动机理，改善设备工况，优化监测系统[4]。
在本系统中，分析部分具有5个分析模块，分别是时域信号显示，统计数据显示，功率谱密度显示，时频特征显示，以及小波包分解。该系统的具体实现过程如下，读取信号采集系统中存储的TDMS文件中的数据，利用索引数组选择特定的信号通道，利用数字输入控件查看特定周期的数据；分析程序采用While循环，内部添加一个事件结构以控制程序的运行；而上述5个分析模块位于事件结构之内，并用Case循环和选项卡来选择分析内容[5,6]。
时域信号显示：它能显示采集时实际的时域图谱，在运行时可以很清晰地看出振幅与时间的关系，可以判断出故障发生时的时间，清晰直观。
统计信息显示：系统中所统计的数据包括算术平均值，均方差，标准方差，峰值，峰峰值，基频。，故障诊断。它们都能作为周期振动信号的特征值，在数值上描述振动特征。
功率谱密度：由于振动信号中存在大量噪声，所以通过功率谱密度来显示振动信号在各个频率段上的功率密度，减少由于噪声所带来的误差。
时频分析：由于频谱分析只能看到频域特征的能量关系，通过短时傅里叶变换可以很清晰地从图谱上看到频域、时域与能量3者间的关系，更利于对故障的分析。，故障诊断。
小波分析：通过小波包来分解特定的频段，以更高的分辨率查看故障频率的位置，也是一种越来越常用的信号分析方式。本系统中可以自动画出频率的分段关系，并能通过数据节点来查看指定节点的频域信号，更加清楚地描述故障频率段。
最后通过设置按钮和属性节点，将两个子程序放入事件驱动结构，使用按钮分别控制信号的采集和分析两个子程序，上述的两个子系统就整合为一个整体程序生成本系统。
3 系统应用
作者将该系统应用内燃机振动信号的采集和分析，并针对内燃机的特点对本系统进行了小幅修改，即完成了内燃机振动信号的采集和分析系统。具体的实施情况如下：
该内燃机实验机为单缸四冲程柴油机，缸套直径105mm，行程115mm。实验的目的是通过收集气缸盖与曲轴左滑动轴承振动信号来识别内燃机工况。在实验中采用电机倒拖法来模拟内燃机的工作，即通过电机带动皮带轮，皮带轮带动飞轮，飞轮带动内燃机。传感器为压电式加速度传感器，安装于主推力面上的缸盖表面和左滑动轴承的垂直方向及水平方向三个位置。
采用的为电机倒拖发动机，就会由于皮带轮打滑或者电机转速的波动等原因造成内燃机转速不稳，考虑到此特殊情况，程序中编写了一个求平均周期信号的部分，以准确的反应内燃机的工作周期。，故障诊断。通过Case和下拉菜单将其整合到数据采集分析程序中。
将转速从200r/min增加到300r/min，分别用本系统采集这两个工作状态的振动信号，然后通过本系统中的数据分析程序，得到的结果如图1，
图1 不同转速下振动信号的时频谱图
可以很明显看出，转速增加到300r/min时，在时频域的1200-2500Hz频段中，能量密度有显著增加；在时域图中，上、下止点出幅值明显增大，且信号中的噪声信号也明显增大。，故障诊断。这与理论情况是相符合的，说明该套振动监测系统可以很好地采集和分析振动数据，是一套简易可行可移植的监测分析系统。
4 总结
本系统可以灵活完整的存储设备的振动信号，CPU占用率低，在降低硬件设备要求的同时提高了信号采集与分析的能力。在将系统应用到不同设备上时，仅需要根据相应设备特殊性，添加部分子VI或者程序便可以应用，具有可移植性。
参考文献
[1]高书凯.基于虚拟仪器的内燃机振动测试分析系统[D].昆明理工大学硕士学位论文.2008.
[2]RobertH.Bishop.LabVIEW8实用教程[M].北京：电子工业出版社.2008：1-7.
[3]叶枫桦，郭智威，袁成清，等.基于LabVIEW队列状态机的数据采集系统设计[J].虚拟仪器与应用，2010，（4）:204-207.
[4]秦萍华，春蓉.内燃机振动信号数据处理中一些技术问题的研究[J].精密制造与自动化，2003，（增刊）：19-21.
[5]ChristophWagner,SergioArmenta,BernhardLendl.DevelopingautomatedanalyticalmethodsforscientificenvironmentsusingLabVIEW[J].Talanta.2010，（80）：1081-1087.
[6]孔岩峰，张振山，程广涛.基于LabVIEW的发动机振动测试系统设计[J].仪器仪表用户，2009，(4):26-28.
信号与通信论文范文6
关键词： Chirp；超宽带；BOK；调制
中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1210112－02
超宽带（UWB）是一种短距离高速无线通信技术。它通过组建高速个人无线局域网（WPAN），使无线局域网和个人局域网以无线的互联接入成为可能。UWB定义[1]是由FCC给出的，规定-10dB相对带宽超过20%，或-10dB绝对带宽超过500MHz就称为超宽带。
采用满足超宽带定义的Chirp信号进行通信的方式称为Chirp超宽带。Chirp信号又称为线性调频信号，在一段时间里信号的频率随着时间呈线性变化，这样Chirp信号在一定时间会“扫过”一定带宽。Chirp超宽带是Chirp扩频与超宽带相结合，相比于其它超宽带技术，具有更远的传输距离；相比于Chirp扩频，具有更高的多径分辨率和测量精度。
1 Chirp信号特性分析
Chirp信号时域表达式[2]：
其中： 为Chirp信号的包络，通常为矩形脉冲，当 时，
其它时候 ； 为脉冲宽度（单位s），又称为信号的扫频时间； 是Chirp信号中心频率（单位Hz），信号瞬时频率表达式：
为Chirp信号的线性调频斜率（单位Hz/s），在一个脉冲宽度内，瞬时频率与时间呈线性关系。 信号为正斜率信号，其瞬时频率随时间不断增大； 信号为负斜率信号，其瞬时频率随时间不断减小； 为Chirp信号的调频带宽。图1为信号包络为1，线性调频斜率也为1的仿真图。
图1 Chirp信号仿真图
Chirp信号的脉冲压缩可以通过匹配滤波实现。信号 的匹配滤波器冲激响应 是其反演后再取共轭[3]，即：
经过积分计算
假设正斜率信号 的自相关函数为 ：
与 分别是正斜率和负斜率Chirp信号，Chirp信号的自相关函数 可以看做它们两者的卷积。比较（4）和（5）可以看出，正向Chirp信号的匹配滤波器冲激响应恰好为其对应的反向Chirp信号，所以Chirp信号的匹配滤波特性也体现其自相关特性[4]。图2是中心频率为4.1GHz的Chirp信号自相关与互相关特性曲线。由图可知，Chirp信号自相关特性曲线十分尖锐，互相关特性曲线相对平坦。
图2
2 BOK调制分析
BOK调制中Chirp信号既被用来调制以表达输入符号，又起到扩频作用以达到扩展频谱目的，调制模块和扩频模块是一起的。在发射部分，用Chirp信号来表示输入符号，“1”可以用正斜率Chirp信号（Up Chirp）表示，“0”可以用负斜率Chirp信号（Down Chirp）表示。在接收端，信号经匹配滤波后再进行判决以决定输出是“0”还是“1”。
假设Up Chirp的表达式为：
则匹配滤波后，在接收端得到输出与（4）一样
对于冲击响应为Up Chirp的匹配滤波器，如果输入也是Up Chirp信号，则非匹配输出为：
其中 和 为菲涅尔函数。由此可见，匹配滤波器产生的信号为
。经分析可知匹配信号输出一个非常尖锐的信号，有利于在接收端接收检测；非匹配信号十分微弱，且是平坦的，所以对匹配信号检测的干扰也很小。
BOK解调分为相干和非相干两种，假设信道为加性高斯白噪声（AWGN）
信道。相干解调中假设发射端发射“0”与“1”的概率相等，则错误概率表达式为：
在BOK调制中， 和 等于信号比特能量 ，所以误码率可以表示为：
函数定义如下
非相干解调中，当两路Chirp信号的TB积无穷大时，相关系数 趋于为零，信号近似正交。此时 ，误码率表达式为：
3 性能仿真
本节对BOK系统在AWGN信道下的理论值与仿真值进行验证，假设理想同步。由图3可知，理论值与仿真值一致，而且当相关系数很小时，系统的误码率性能接近极限，即 ，相干解调的误码率性能要好于非相干解调。
图3 BOK在AWGN信道下的误码率图
4 结论
本文在分析Chirp信号特性基础上，提出了一种基于BOK调制的Chirp
超宽带无线通信系统设计方案，进行了详细的理论推到并在AWGN信道下进行了仿真。理论值与仿真值一致，而且当相关系数很小时，系统的误码率性能接近极限，即，相干解调的误码率性能要好于非相干解调。但是应该明白BOK调制的数据传输速率很慢，有待进一步研究。
参考文献：
[1]First Report And Order “Revision of part 15 of the Commission
Rules Regarding Ultra-Wideband Transmission Systerm”[R],ET Docket,Fe
bruary,2002:98-153.
[2]贺鹏飞、吕英华、张洪欣、徐勇，线性调频脉冲在高速UWB中的应用研[C].全国超宽带无线通信技术学术会议，2005，11：296-300.
[3]C.E.Cook,M.Bernfeld.Radar signals.USA:Academic Press,1967.
[4]Zbigniew Ianelli,Introduction to Chirp Spread Spectrum Techno
Logy,Nanotron Technologies GmbH,2003.
