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采样中时钟抖动建模与仿真分析
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2012-02-24
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本文中数学建模开始,对采样过程中的时钟抖动进行了分析,并通过建立的数学模型进行了matlab仿真,将仿真结果过与理论结果进行了分析和讨论,对于深入学习时钟抖动对采样过程的影响是一份很好的资料
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时钟抖动的建模与仿真
——随机过程大作业报告
1 引言
采样是数字通信系统中最重要也是最关键的一步。比如,由模拟信源变为
数字信源需要 AD 采样,接收端将接收信号数字化也需要 AD 采样,而采样都
需要通过振荡器产生采样信号;在载波系统中,接收端需要通过振荡器产生与
发送端同频同相的载波信号,在 OFDM 系统中,接收端则需要通过本地振荡器
产生产各个子载波。
通过对通信原理、数字信号处理、数字通信等课程的学习知道,在分析本
地振荡产生的信号的时钟抖动分析,都运用随机过程中的中心极限定理的知识,
认为各种随机因数使时钟抖动是一个高斯过程;即我们都很清楚每个时刻的随
机时间抖动都是一个高斯变量,但是各个时刻的高斯时间抖动之间是什么关系
我们却很少提及。基于以上问题,我们认为很有必要去弄清楚,这个高斯的采
样抖动信号在时间上呈现出什么样的关系,通过深层次的产生机理的分析弄清
楚它的产生要素,以方便我们在平时的学习和研究过程中,比如仿真需要时,
能够更贴近实际的去引入时间抖动。
在本文的第二部分中,将通过研究一个振荡器的振动模型,来分析时钟抖
动产生的激励,通过分析我们最终得出,时钟抖动噪声其实是一个维纳过程的
重要结论。第三部分,则是通过阅读文献,得到时钟抖动有很多重要的性质。
第四部分主要是以第二部分的模型为基础,进行 matlab 仿真以验证,此模型产
生的时钟抖动是否满足人们已经的到的关于时钟抖动的各种性质(第三部分中
所述性质),以验证模型的正确性。第五部分,则进行总结,提出几个值得思
考的问题,并给出自己的初步想法。
时钟抖动的建模
在参考文献【1】中用数学手段详细分析了时钟抖动产生的激励,这一部分
我们就是以此文献为基础对时钟抖动进行建模分析的。
振荡器所满足的方程
图一、振荡器模型
对于以上模型的振荡器满足如下振动方程:
(1)
就是噪声源,此处的讨论中 在不同时刻是一系列相互独立的高斯白噪
声。
要解如上方程需做如下假设:
1) 将的二项 分为两项 和 ,这样方程(1)变为:
(2)
2) 对于以上的 将贡献方程(2)的稳态解 ,而 项只对稳态
解的参数有影响即,
(3)
方程(3)的解为 (4)
称为相位偏差,即使 很小 也会随时间剧烈变化。
3) 项将使方程(3)的解加上一项很小的扰动,即最终方程(2)的解为:
(5)
通过以上分析,我们知道时钟抖动就是在理想的稳定信号上加上了 ,
两项噪声如式(5)所示,我们通过一个图来表示,如图二所示:
图二、时钟抖动模型
图二是产生采样脉冲信号时的噪声模型, 项使采样时刻发生偏转,
项在时间轴上加上一个随机噪声,一般认为 项相对于脉冲信号很小可
以忽略,只考虑 项的影响。
噪声项解的分析
1) 对于以上的 满足如下条件:
(6)
由于 是随机噪声源,因此 也必是随机的。
满足以下条件:
(7)
满足以下条件:
(8)
其中, ,
定义: ,
2)将(5)带入(2)有:
(9)
(10)
其中, ,
定义: ,
最终有:
(11)
定义方程(11)的特征解:
(12)
其中, 是周期为T的非奇异矩阵, ,
, 是时放大器的特征值,特征函数为 ,
是 矩阵的列, 是 矩阵的行, 对任意的t
成立。做以上说明后,对于方程(11)的解为:
(13)
此处 ,进一步化简有:
(14)
正是由于振荡器的振动方程加上了 和 的影响,故而变得不稳定进
而产生时钟抖动。一般情况下 忽略不计。
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资源评论
- fh422725122013-07-24不错,内容很详细,也有仿真图佐证。
cwb0710575126
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