(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111595262.3 (22)申请日 2021.12.23 (71)申请人 西安电子科技大 学 地址 710071 陕西省西安市太白南路2号西 安电子科技大 学 (72)发明人 付卫红　刘乃安　韦娟　 (74)专利代理 机构 西安长和专利代理有限公司 61227 代理人 李霞 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种随机信号分析实验虚拟仿真系统及控 制方法 (57)摘要 本发明属于通信工程、 信息工程等实验网络 教学技术领域， 公开了一种随机信号分析实验虚 拟仿真系统及控制方法， 所述随机信号分析实验 虚拟仿真系统包括： 通信信号产生硬件电路模 块， 用于产生不同调制方式的通信信号； 噪声产 生模块， 用于产生噪声信号； 通信系统硬件电路 模块， 用于实现线性系统或非线性系统； 信号分 析软件模块， 用于实现通信信号的特性分析。 本 发明采用软件和硬件结合的随机信号分析实验 的虚拟仿真实验平台， 既可以解决实验设备投入 过大的问题， 又能解决无法聚集的问题； 同时学 生实验时间、 实验场地灵活， 只要有网络和笔记 本电脑， 学生可以随时随地进行实验。 权利要求书2页 说明书8页 附图7页 CN 114398763 A 2022.04.26 CN 114398763 A 1.一种随机信号分析实验虚拟仿真控制方法， 其特征在于， 所述随机信号分析实验虚 拟仿真控制方法包括以下步骤： 第一步， 输入账号信息进入实验选择界面， 选择实验设备号 开始实验； 第二步， 选择实验项目； 设置实验参数； 第三步， 虚拟示波器端口将连线拖至要观测的信号端口， 将虚拟示波器与要观测的信 号相连； 第四步， 观察信号时域波形， 并记录所观察信号的幅值大小； 观察信号频域波形； 第五步， 进入随机信号特性分析模块； 进行随机信号均值的计算， 读取界面中显示的数 据并记录实验结果； 进 行随机信号方差的计算， 读取界面中显示的数据并记录实验结果； 进 行随机信号自相关函数 的计算， 保存界面中显示的自相关函数波形图； 选择功率谱密度估 计方法， 进行随机信号功率谱密度的估计， 保存界面中显示的信号功率谱密度波形图； 第六步， 随机信号特性分析MATLAB二次开发实验： 根据复制的远程设备的IP地址、 设备 编号信息， 在编写MATLAB代码时填写硬件信息， 根据自己的兴趣和想法， 编写MATLAB程序对 信号的特性进行分析， 保存实验结果； 第七步， 信号产生FPGA二次开发实验， 在Quartus  II软件系统， 编 写FPGA硬件描述语言 程序； 在FPGA编译环 境中编译、 仿真、 锁定IO口引脚、 生 成rbf目标文件； 选择生成的rbf目标 文件， 将其加载到二次开发平台； 用虚拟示波器观测输出信号波形； 第八步， 在线上传实验报告， 查询实验成绩。 2.如权利要求1所述的随机信号分析实验虚拟仿真控制方法， 其特征在于， 所述随机信 号分析实验虚拟仿真控制方法利用虚拟示波器对信号时域、 频域特性进行观测。 3.如权利要求1所述的随机信号分析实验虚拟仿真控制方法， 其特征在于， 所述随机信 号分析实验虚拟仿真控制方法具有基于FPGA和MATLAB的二次开发的功能， 支持学生根据自 己的兴趣设计 硬件电路和软件系统， 完成信号的产生及分析实验。 4.如权利要求1所述的随机信号分析实验虚拟仿真控制方法， 其特征在于， 所述实验参 数， 包括： 载波频率、 码元速率。 5.一种实施权利要求1～4任意一项所述随机信号分析实验虚拟仿真控制方法的随机 信号分析实验虚拟仿真系统， 其特 征在于， 所述随机信号分析实验虚拟仿真系统包括： 通信信号产生硬件电路模块， 用于产生 不同调制方式的通信 信号； 噪声产生模块， 用于产生噪声信号； 通信系统硬件电路模块， 用于实现线性系统或非线性系统； 信号分析 软件模块， 用于实现通信 信号的特性分析。 6.如权利要求5所述的随机信号分析实验虚拟仿真系统， 其特征在于， 所述通信信号产 生硬件电路模块包括数字调制系统和模拟调制系统； 其中数字调制系统包括ASK调制系统， FSK调制系统， BPSK调制系统， QPSK调制系统， 16QAM调制系统； 模拟调制系统包括AM调制系 统、 FM调制系统、 PM调制系统； 噪声产生软件模块包括正态分布噪声产生模块， 泊松分布噪声产生模块， 瑞利分布噪 声产生模块。 7.如权利要求5所述的随机信号分析实验虚拟仿真系统， 其特征在于， 所述通信系统电 路模块包括线性系统电路和非线性系统电路， 其中线性系统包括低通滤波器电路、 高通滤权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114398763 A 2波器电路、 带通滤波器电路， 非线性电路包括限幅放大器电路、 二极管电路、 混频器电路； 信号分析软件模块对各种随机信号特性进行计算分析， 包括随机信号的均值计算模 块， 随机信号的方差计算模块， 随机信号的自相关函数估计模块， 随机信号的功 率谱密度估 计模块， 其中自相关函数 的估计有有偏估计和无偏估计两种 方式， 功率谱密度估计采用自 相关函数法、 傅里叶变换法以及分段平均周期图法三种方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114398763 A 3