通信原理課程設(shè)計數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)誤比特率測試的仿真設(shè)計與分析

1、 通信原理課程 設(shè)計報告題目名稱：數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)誤比特率測試的仿真設(shè)計與分析院系名稱： 班 級： 學 號：學生姓名：指導教師：目錄一 目錄1 二 概述2 三 課程設(shè)計的基本要求3四 設(shè)計內(nèi)容和目的3五 分析設(shè)計內(nèi)容及步驟4六 系統(tǒng)模型創(chuàng)建及波形分析8七 心得體會21八 參考文獻22 一、概述通信原理課程設(shè)計是通信工程、電子信息工程專業(yè)教學的重要的實踐性環(huán)節(jié)之一，通信原理課程是通信、電子信息專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其內(nèi)容幾乎囊括了所有通信系統(tǒng)的基本框架，但由于在學習中有些內(nèi)容未免抽象，而且不是每部分內(nèi)容都有相應的硬件實驗，為了使學生能夠更進一步加深理解通信電路和通信系統(tǒng)原理及其應用，驗證、消化和鞏

2、固其基本理論，增強對通信系統(tǒng)的感性認識，培養(yǎng)實際工作能力和從事科學研究的基本技能，在通信原理的理論教學結(jié)束后我們開設(shè)了通信原理課程設(shè)計這一實踐環(huán)節(jié)。systemview是elanix公司推出的一個完整的動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計、模擬和分析的可視化仿真平臺。從濾波器設(shè)計、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，直到一般的系統(tǒng)數(shù)學模型建立等各個領(lǐng)域， systemview 在友好而且功能齊全的窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個精密的嵌入式分析工具。它作為一種強有力的基于個人計算機的動態(tài)通信系統(tǒng)仿真工具，可達到在不具備先進儀器的條件下也能完成復雜的通信系統(tǒng)設(shè)計與仿真的目的，特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和方案論證，尤

3、其適合于無線電話、無繩電話、尋呼機、調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星通訊等通信系統(tǒng)；并可進行各種系統(tǒng)時域和頻域分析、譜分析，及對各種邏輯電路、射頻/模擬電路（混合器、放大器、rlc電路、運放電路等）進行理論分析和失真分析。 在通信系統(tǒng)分析和設(shè)計領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。在本課程設(shè)計中學生通過運用先進的仿真軟件對通信系統(tǒng)進行仿真設(shè)計，既可深化對所學理論的理解，完成實驗室中用硬件難以實現(xiàn)的大型系統(tǒng)設(shè)計，又可使學生在實踐中提高綜合設(shè)計及分析解決實際問題的能力，加強系統(tǒng)性和工程性的訓練。二、課程設(shè)計的基本要求1、課程設(shè)計組織形式課程設(shè)計過程按分組的方式進行，由指導教師向?qū)W生發(fā)放有關(guān)的課程設(shè)計背景資料，并向?qū)W生講述課程設(shè)

4、計的方法、步驟和要求，設(shè)計過程采取課堂集中輔導，分散設(shè)計的方式進行。課程設(shè)計按23個人為一組，要求在小組內(nèi)分工協(xié)作、充分討論、相互啟發(fā)的基礎(chǔ)上形成設(shè)計方案，課程設(shè)計結(jié)束要求提交一份課程設(shè)計報告書，必要時可要求各小組選出一個代表，進行課程設(shè)計方案演示和答辯，評出若干優(yōu)秀設(shè)計成果。2、 課程設(shè)計具體要求 設(shè)計過程以小組為單位，各組設(shè)一個組長，負責組織和協(xié)調(diào)本小組的討論、任務(wù)分工等； 設(shè)計過程必須在本組內(nèi)獨立完成，不得跨組參考或抄襲，避免方案出現(xiàn)雷同； 設(shè)計書一律采用a4紙打印，用統(tǒng)一封面裝訂； 課程設(shè)計原則上在1.5周內(nèi)做完； 最后一周周五進行優(yōu)秀設(shè)計方案評選，在各組推選代表進行方案介紹的基礎(chǔ)上，

5、推選出2-3個優(yōu)秀設(shè)計方案。三、設(shè)計內(nèi)容和目的1、設(shè)計分析內(nèi)容dpsk信號的產(chǎn)生原理、調(diào)制解調(diào)的方法以及誤比特率的分析是通信原理教學中的一個重點和難點，以相干接收2dpsk調(diào)制傳輸系統(tǒng)為誤比特率分析對象，被調(diào)載頻為1000hz，以pn碼作為二進制信源，碼速率rb100bit/s，信道為加性高斯白噪聲信道，對該系統(tǒng)的誤比特率ber進行分析。2、分析內(nèi)容要求 （1）觀測仿真過程中原始基帶信號波形、差分碼波形、2dpsk信號波形、本地載波、解調(diào)端相乘器輸出、低通濾波器輸出、抽樣判決輸出波形以及碼反變換后的輸出波形。觀測輸入和輸出波形的時序關(guān)系；（2）在2dpsk系統(tǒng)中，“差分編碼譯碼”環(huán)節(jié)的引入可以

6、有效地克服接收提取的載波存在180相位模糊度，即使接收端同步載波與發(fā)送端調(diào)制載波間出現(xiàn)倒相180的現(xiàn)象，差分譯碼輸出的碼序列不會全部倒相。重新設(shè)置接收載波源的參數(shù)，將其中的相位設(shè)為180，運行觀察體會2dpsk系統(tǒng)時如何克服同步載波與調(diào)制載波間180相位模糊度的。（3）利用建立的systemview dpsk系統(tǒng)相干接收的仿真模型進行ber測試，產(chǎn)生該系統(tǒng)的ber曲線以此評估通信系統(tǒng)的性能；它以相干接收dpsk調(diào)制傳輸系統(tǒng)為誤比特率分析對象，信道模型為加性高斯白噪聲信道，利用全局參數(shù)鏈接功能通過設(shè)置循環(huán)來改變噪聲功率得到不同信噪比下的誤比特率,3、分析目的通過仿真操作掌握systemview系

7、統(tǒng)誤比特率分析的方法。四、分析設(shè)計內(nèi)容及步驟1、使用systemview進行通信系統(tǒng)仿真的步驟（1） 建立系統(tǒng)模型：根據(jù)通信系統(tǒng)的基本原理確定總的系統(tǒng)功能，并將各部分功能模塊化，根據(jù)各個部分之間的關(guān)系，畫出系統(tǒng)框圖。 （2）基本系統(tǒng)搭建和圖標定義：從各種功能庫中選取滿足需要的可視化圖符和功能模塊，組建系統(tǒng)，設(shè)置各個功能模塊的參數(shù)和指標，在系統(tǒng)窗口按照設(shè)計功能框圖完成圖標的連接； （3） 調(diào)整參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)模擬參數(shù)設(shè)置，包括運行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（系統(tǒng)模擬時間、采樣速率等）等。 （4）運行結(jié)果分析：在系統(tǒng)的關(guān)鍵點處設(shè)置觀察窗口，利用接收計算器分析仿真數(shù)據(jù)和波形，用于檢查、監(jiān)測模擬系統(tǒng)的運行情況，以便及

8、時調(diào)整參數(shù)，分析結(jié)果。2、系統(tǒng)組成及原理（1）2dpsk系統(tǒng)組成原理二進制差分相移鍵控（2dpsk一般原理及實現(xiàn)方法 它不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用本碼元與前一碼元相位之差來傳送數(shù)字信息的。 2dpsk系統(tǒng)組成原理如圖1所示，系統(tǒng)中差分編、譯碼器是用來克服2psk系統(tǒng)中接收提取載波的180相位模糊度。pn碼發(fā)生器差 分編碼器2psk系 統(tǒng)差 分譯碼器輸出圖1 2dpsk系統(tǒng)組成（2）誤比特率（ber：bit error rate）誤比特率（ber：bit error rate）是指二進制傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)碼傳輸錯誤的概率，也就是二進制系統(tǒng)的誤碼率，它是衡量二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能的重

9、要指標，誤比特率越低說明抗干擾性能越強。對于多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，一般用誤符號率（symble error rate）表示，誤符號率和誤比特率之間可以進行換算，例如采用格雷編碼的mpsk系統(tǒng)，其誤比特率和誤符號率之間的換算關(guān)系近似為：其中，m為進制數(shù)，且誤比特率小于誤符號率。（3） 2dpsk系統(tǒng)誤比特率測試的結(jié)構(gòu)框圖在二進制傳輸系統(tǒng)中誤比特率ber（ bit error rate） 是指出現(xiàn)碼傳輸錯誤的概率，誤比特率越低說明抗干擾性能越強。幾種基本的數(shù)字調(diào)制方式中，2psk具有最好的誤碼率性能，但2psk信號傳輸系統(tǒng)中存在相位不確定性，易造成接收碼元“0”和“1”的顛倒，產(chǎn)生誤碼。這個問題將直

10、接影響2psk信號用于長距離傳輸。為克服此缺點并保存2psk信號的優(yōu)點，采用二進制差分相移鍵控（2dpsk），2dpsk信號的產(chǎn)生原理、調(diào)制解調(diào)的方法以及誤比特率的分析也是通信原理教學中的一個重點和難點， 2dpsk信號克服了2psk信號的相位“模糊”問題， 但其誤碼率性能略差于2psk，2dpsk信號的解調(diào)主要有兩種方法：一是相位比較法，另一是極性比較法，相干dpsk系統(tǒng)ber測試利用systemview來產(chǎn)生一個通信系統(tǒng)的ber曲線以此評估通信系統(tǒng)的性能；它以相干dpsk調(diào)制傳輸系統(tǒng)為誤比特率分析對象，信道模型為加性高斯白噪聲信道， 利用全局參數(shù)鏈接功能通過設(shè)置循環(huán)來改變噪聲功率得到不同信

11、噪比下的誤比特率,相干2dpsk系統(tǒng)誤比特率測試的結(jié)構(gòu)框圖如下：圖2 相干2dpsk系統(tǒng)誤比特率測試的結(jié)構(gòu)框圖systemview的通信庫（comm lib）中提供了ber分析的專用圖符塊，可直接調(diào)用。 3、系統(tǒng)創(chuàng)建分析 注意進入系統(tǒng)視窗后，設(shè)置“時間窗”參數(shù)： 運行時間； 循環(huán)運算次數(shù)； 采樣頻率。在系統(tǒng)窗下，創(chuàng)建以2psk傳輸系統(tǒng)為ber分析對象的仿真分析系統(tǒng)，在創(chuàng)建的系統(tǒng)中，必須使與2psk信號疊加的高斯噪聲強度自動可變，才能得到隨snr改變的ber分析曲線，可在高斯噪聲源與加法器之間插入一個增益隨每次循環(huán)改變的“gain”圖符塊；創(chuàng)建完仿真系統(tǒng)后，單擊運行按鈕，隨著每次循環(huán)，終值顯示框

12、內(nèi)出現(xiàn)每次的運算結(jié)果，其中最后一列帶括弧的數(shù)據(jù)為誤比特率。循環(huán)結(jié)束后進入分析窗，此時輸出給出的誤比特率是隨仿真時間改變的規(guī)律，欲觀察ber隨解調(diào)信號snr改變的曲線，需單擊“信宿計算器”按鈕，在出現(xiàn)的對話框中，選中style按鈕，單擊ber plot按鈕，在其右側(cè)的“snr startdb:”欄內(nèi)輸入-10、“incrementdb:”欄內(nèi)輸入20，再選中右上角窗口內(nèi)“bit error rate 相關(guān)窗口”項，最后單擊ok按鈕即可顯示隨snr改變的ber曲線。每次循環(huán)時，輸入的2dpsk信號功率保持不變，而疊加的高斯噪聲功率逐次衰減，即snr不斷增加。疊加高斯噪聲強度隨循環(huán)每次減小3db變化

13、。4、相干2dpsk系統(tǒng)誤比特率測試的仿真模型的建立根據(jù)圖3-2測試的結(jié)構(gòu)框圖，建立仿真模型，模型中各圖符的參數(shù)指標根據(jù)隨機信源和調(diào)制載波的頻率來設(shè)定，模型建立之后的參數(shù)調(diào)整直至調(diào)試出現(xiàn)正確結(jié)果的過程，也是一個對調(diào)制解調(diào)原理的不斷理解和消化的過程，其中對濾波器的截至頻率設(shè)置，抽樣判決的實現(xiàn)、碼反變換的相關(guān)參數(shù)設(shè)置、ber計算時原始信源相對抽樣判決后碼元的延遲時間的計算以及系統(tǒng)的采樣速率的設(shè)置等都能進一步加深對原理的掌握并可通過調(diào)試結(jié)果的直觀體現(xiàn)出來，從而將抽象的原理和具體的實現(xiàn)過程緊密地結(jié)合起來。5、仿真結(jié)果及相干2dpsk系統(tǒng)誤比特率曲線繪制仿真過程波形可用瀑布圖直觀表示，要觀察的依次為原始

14、基帶信號波形、差分碼波形、2dpsk、本地載波、解調(diào)端相乘器輸出、低通濾波器輸出、抽樣判決后的波形以及碼反變換后的輸出波形。由圖觀察解調(diào)輸出與基帶輸入是否相一致，并注意二者波形時序。五、系統(tǒng)模型創(chuàng)建及波形分析1、模型的理論基礎(chǔ)實現(xiàn)相對調(diào)相的最常用方法如圖所示本次我們采用的是第一種碼變換法解調(diào)選用的是相干解調(diào)-碼變換法。2、相干2dpsk系統(tǒng)仿真模型及波形分析（低頻不加噪聲）（1）系統(tǒng)仿真模型圖仿真時間和循環(huán)次數(shù)的設(shè)定（2）波形分析下圖從上向下依次為：絕對碼、相對碼、和最后輸出碼形碼形分析：由上面三圖比較可知，絕對碼和相對碼服從2dpsk的編碼原理，輸出碼形和絕對碼形之間比較可知其延時了一個碼元

15、寬度2dpsk的調(diào)制信號波形為：相干解調(diào)的波形為：經(jīng)過一個低通濾波器之后的波形為：3、相干2dpsk系統(tǒng)仿真模型及波形分析（低頻加噪聲）（1）系統(tǒng)仿真模型圖仿真時間和循環(huán)次數(shù)的設(shè)定（2）波形分析下圖從上向下依次為：絕對碼、相對碼、和最后輸出碼形碼形分析：由上面三圖比較可知，絕對碼和相對碼服從2dpsk的編碼原理，但輸出碼形很明顯和絕對碼形之間差距比較大并不是延時一個碼元寬度，可見噪聲對相干解調(diào)產(chǎn)生了影響，出現(xiàn)了誤碼的情況2dpsk的調(diào)制信號波形為：相干解調(diào)的波形為：經(jīng)過一個低通濾波器之后的波形為：4、相干2dpsk系統(tǒng)誤比特率測試的仿真模型及波形分析（高頻加噪聲）（1）系統(tǒng)仿真模型圖仿真時間和

16、循環(huán)次數(shù)的設(shè)定誤比特率計數(shù)器的參數(shù)設(shè)置如下同時它的輸出一個為ber的cumulative average。它連接到終值接收計數(shù)器，當進行循環(huán)仿真時，每一個循環(huán)結(jié)束時會顯示本次循環(huán)的ber均值。該值也是用于計算ber/snr曲線的基礎(chǔ)。在global parameter link的選擇終參數(shù)如下設(shè)置這樣保證每次循環(huán)后信噪比遞增1.4db，級噪聲減小1db。因此在fgi,vi的值設(shè)置為-1.4*cl。對于系統(tǒng)分析窗口，此時接收計算器圖符顯示的是系統(tǒng)累計誤碼率均值相對時間的關(guān)系曲線。為了得到ber/snr關(guān)系曲線。必須進行轉(zhuǎn)換。按計算器按鈕之后進行如下設(shè)置： 此設(shè)置使選擇的w31：sink 45窗口

17、的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為我們需要比特誤碼率/信噪比曲線。高斯噪聲的波形圖為：相乘之后的調(diào)制信號為濾波后的波形為：下圖為每次循環(huán)的累計平均誤碼率均值隨snr改變的ber曲線ber vs snr與dpsk（coherent）的比較曲線誤比特率（ber）曲線由于此仿真用的是高頻信號源所以仿真后的絕對碼，相對碼波形沒有給出。由ber和ber vs snr的曲線可知，這兩個是重合的，驗證了設(shè)計的正確性。六、心得體會此次可能是我們的最后一次課程設(shè)計，沒有了剛開始的那種茫然，更多的是有條不紊的進行著，設(shè)計、仿真。我們這次的設(shè)計還是以小組的形式，通過與同學的討論與認真計算設(shè)計分析所完成的，課程設(shè)計的任務(wù)是數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)誤比

18、特率（ber）測試的仿真設(shè)計與分析。需要我們綜合運用“通信原理”課程的知識，通過查閱資料、方案論證與選定；分析指標及討論，完成設(shè)計任務(wù)。在這次課程設(shè)計中，我學會了怎樣去根據(jù)課題的要求去設(shè)計電路和調(diào)試電路。從中我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練去使用我所學到的通信原理知識。在以后學習中我要加強對使用電路的設(shè)計和選用能力。 通過這種訓練，我們可以掌握電路設(shè)計的基本方法，學會了systemview 軟件的基本使用為以后畢業(yè)設(shè)計和從事電子實驗實際工作打下基礎(chǔ)。同時也讓我充分認識到自己的空想與實踐的差別，認識莫眼高手低，莫閉門造車，知識都在不斷更新和流動之中，而扎實的基礎(chǔ)是一切創(chuàng)造的源泉，只有從本質(zhì)上理解了原理，才能更好的于疑途尋求柳暗花明，實現(xiàn)在科學界的美好暢游和尋得創(chuàng)造的快樂。還有就是每次在組團c做試驗都會感覺特別的充實，我們可以按照自己設(shè)計的電路