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通信系统信号相关性研究

摘要：信号的相关性分析在检测系统、限制系统、通信系统

等领域广为应用。为了探究信号的相关性，利用LabVIEW设计了

信号相关性探究系统。该系统利用LabVIEW中的波形生成函数产

生正弦波、白噪声及叠加白噪声的正弦波3种信号，且波形频率、

幅值可以调整；通过自相关函数分析了3种信号的自相关波形，

将自相关波形通过FFT函数进展功率谱分析并输出功率谱波形图，

便于观察剖析信号的相关性及其频域特征。结果说明周期性信号

的自相关函数是周期的，叠加了白噪声的正弦波的自相关函数也

是周期的，所设计的系统操作简洁，可以应用于教学、科研等。

关键词：虚拟仪器；LabVIEW；FFT；信号相关性

相关性探究主要解决信号内部的关联问题、信号与信号之间

的相干问题[1]。通信系统中常见的信号是正弦波信号，信道中的

噪声是白噪声信号。这两种信号自相关函数的探究对于通信系统

非常重要，探究白噪声的自相关函数对于信号编码很有意义。信

号的自相关分析对于分析信号的特点及频域特性也非常重要。

LabVIEW是一种图形化编程软件，图形化编程是它与其他编程方

法最大的区分，它的程序更加直观，便利理解与修改[2-3]。用户

能够遵照自己的需求设计系统功能，采纳模块化的设计思路，操

作便利，节约本钱。文中设计了基于LabVIEW的通信信号自相关

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探究系统，首先产生正弦波、白噪声及正弦波叠加白噪声3种信

号，然后分别分析3种波形的自相关函数及其功率谱。

1系统总体设计

1.1系统的功能要求

文中设计的信号自相关分析系统的功能如下：1〕能够产生正

弦波、白噪声及叠加白噪声的正弦波3种信号，且波形的频率、

幅值能够由用户进展设置；2〕将所产生的波形通过自相关函数输

出其自相关波形；3〕将自相关波形通过FFT函数进展功率谱分析，

并输出功率谱波形图；4〕前面板上显示所产生的波形、自相关波

形及其功率谱的波形。通过前面板可以调整正弦涉及白噪声的幅

值、频率。

1.2系统总体构造

信号相关性分析系统首先利用LabVIEW中的波形生成函数产

生正弦波、白噪声及叠加白噪声的正弦波3种信号；通过自相关

函数分析3种信号的自相关波形，将自相关波形通过FFT函数进

展功率谱分析并输出功率谱波形图。依据波形图显示的结果探究

信号的相关性及其频域特征。系统总体构造如图1所示。

2系统的LabVIEW设计

2.1系统的前面板设计

LabVIEW程序由前面板和程序框图形成，用户可以通过前面

板完成数据的输入输出显示。类似于仪器的操作面板。系统的前

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面板如图2所示。前面板上有信号幅值、频率及所产生的波形、

自相关函数波形及其功率谱的波形等[4-7]。用户可以通过前面板

输入正弦涉及白噪声的幅值、频率等信息。波形图显示控件能够

显示所产生的波形、自相关函数的波形及功率谱波形。

2.2系统的程序框图设计

程序框图是实现系统功能的核心，实现用户须要的功能，用

户依据自己的须要选择函数、构造等进展连接并调试运行，程序

框图中包含了前面板上控件、函数、构造等[8-11]。LabVIEW中

包括数值、数组、布尔、字符串等操作函数，有循环构造、条件

构造、依次构造、公式节点等，便利用户设计程序框图，且设计

的程序框图非常直观[12-14]。该系统的程序框图如图3所示。信

号相关性分析系统主要由程序框图实现3种波形信号的产生、信

号相关性分析及FFT变换等功能。利用正弦波发生器及匀称白噪

声发生器可以产生正弦涉及白噪声。两种波形相加形成叠加白噪

声的正弦波。每一个波形周期内的点数可以通过采样点数来设置，

信号的幅值、频率、相位等都可以通过前面板进展设置。产生的

3种信号分别通过自相关函数得到它们的自相关波形，并显示在

前面板上的波形图显示控件中。自相关波形通过FFT得到功率谱

波形并输出显示。波形的频率、幅值能够由前面板上的控件进展

设置。

3系统的LabVIEW仿真

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信号相关性系统仿真首先通过波形图控件视察产生的正弦波、