數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)誤碼率-

1、 123 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)誤碼率測試器的MATLAB實現(xiàn)及性能分析 第23頁 共23頁 長沙理工大學通信原理課程設計報告數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)誤碼率測試器的MATLAB實現(xiàn)及性能分析123學 院 計算機與通信工程 專 業(yè) 通信工程 班 級 學 號 學生姓名 指導教師 課程成績 完成日期 201 課程設計成績評定學 院 計算機與通信工程 專 業(yè) 通信工程 班 級 學 號 學生姓名 指導教師 課程成績 完成日期 指導教師對學生在課程設計中的評價評分項目優(yōu)良中及格不及格課程設計中的創(chuàng)造性成果學生掌握課程內(nèi)容的程度課程設計完成情況課程設計動手能力文字表達學習態(tài)度規(guī)范要求課程設計論文的質(zhì)量指導教師對課程設計的評定意見

2、綜合成績 指導教師簽字 2017年1月15日課程設計任務書計算機與通信工程學院 通信工程 專業(yè) 課程名稱通信原理課程設計時間20162017學年第一學期1820周學生姓名指導老師曹敦題 目數(shù)字傳輸系統(tǒng)誤碼率測試器的MATLAB實現(xiàn)及性能分析主要內(nèi)容： 本課程設計的目的主要是仿真通信加密系統(tǒng)。對輸入隨機數(shù)字信號與m序列異或運算以實現(xiàn)信號加密，送入含噪信道，在接收端與相同序列再進行異或運算以解密，改變信道誤碼率大小，測試接收信號與發(fā)送信號之間的誤碼率，分析該種加密傳輸系統(tǒng)的抗噪聲性能。要求：（1）本設計開發(fā)平臺為MATLAB中的Simulink。（2）模型設計應該符合工程實際，模塊參數(shù)設置必須與原

3、理相符合。（3）處理結果和分析結論應該一致，而且應符合理論。（4）獨立完成課程設計并按要求編寫課程設計報告書。應當提交的文件：（1）課程設計學年論文。（2）課程設計附件（主要是模型文件和源程序）。數(shù)據(jù)傳輸誤碼率的MATLAB實現(xiàn)性能分析學生姓名：席廣然 指導老師：曹敦摘 要 本課程設計主要運用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺設計進行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)誤碼率測試器的仿真。在本次課程設計中先根據(jù)9級m序列發(fā)生器的結構，從Simulink工具箱中找所需元件，送入含噪信道，改變信道誤碼率大小，測試發(fā)送信號與接收信號的誤碼率大小，其中可以通過不斷的修改優(yōu)化得到需要信號，最后通過對輸出波形的分析

4、得出仿真是否成功。關鍵詞 Simulink；數(shù)據(jù)系統(tǒng)； m序列；誤碼率1引言本次課程設計主要運用MATLAB軟件，在Simulink平臺下建立仿真模型。實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的的誤碼率計算的過程，通過比較發(fā)送信號與接收信號之間產(chǎn)生的誤碼率大小，分析比較，改變參數(shù)設置，觀察波形變化及誤碼率大小的變化，并對其進行分析總結。1.1 課程設計的目的通信原理是通信工程專業(yè)的一門骨干的專業(yè)課，是通信工程專業(yè)后續(xù)專業(yè)課的基礎。掌握通信原理課程的知識可使學生打下一個堅實的專業(yè)基礎，可提高處理通信系統(tǒng)問題能力和素質(zhì)。由于通信工程專業(yè)理論深、實踐性強，做好課程設計，對學生掌握本專業(yè)的知識、提高其基本能力是非常重要的。

5、本次的課程設計研究的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率，通過改變噪聲方差的大小，測試發(fā)送信號與接收信號的誤碼率大小，用來理解實際生活的數(shù)據(jù)傳輸之間誤碼率大小的決定條件，從而在實際中盡量減少誤碼率的大小。1.2 課程設計的基本任務和要求本次課程設計的基本任務：（1）使學生通過專業(yè)課程設計掌握通信中常用的信號處理方法，能夠分析簡單通信系統(tǒng)的性能。（2）使學生掌握通信電路的設計方法，能夠進行設計簡單的通信電路系統(tǒng)。（3）了解通信工程專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向。（4）與運用學過的MATLAB基本知識，熟悉MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺的使用課程設計中必須遵循下列要求：（1）9級m序列發(fā)生器，送入含噪信

6、道，改變信道誤碼率大小，測試接收信號與發(fā)送信號之間的誤碼率，分析該種系統(tǒng)的抗噪聲性能（2）要求編寫課程設計論文，正確闡述和分析設計和實驗結果。1.3設計平臺Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于Simulink。Simulink是MAT

7、LAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結果。Simulik是MATLAB軟件的擴展，它與MATLAB語言的主要區(qū)

8、別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構建，而非語言的編程上。所謂模型化圖形輸入是指Simulik提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實現(xiàn)的，通過對這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構成所需要的系統(tǒng)模型，進而進行仿真與分析。2設計原理2.1 Simulink工作環(huán)境（1）模型庫在MATLAB命令窗口輸入“simulink”并回車，就可進入Simulink模型庫單擊工具欄上的 按鈕也可進入Simulik模塊庫按功能進行分為以下8類子庫：Conti

9、nuous（連續(xù)模塊）Discrete（離散模塊）Function&Tables（函數(shù)和平臺模塊）Math（數(shù)學模塊）Nonlinear（非線性模塊）Signals&Systems（信號和系統(tǒng)模塊）Sinks（接收器模塊）Sources（輸入源模塊）用戶可以根據(jù)需要混合使用歌庫中的模塊來組合系統(tǒng)，也可以封裝自己的模塊，自定義模塊庫、從而實現(xiàn)全圖形化仿真。Simulink模型庫中的仿真模塊組織成三級樹結構Simulink子模型庫中包含了Continous、Discontinus等下一級模型庫Continous模型庫中又包含了若干模塊，可直接加入仿真模型。圖2.1-1 Simuli

10、nk工具箱（2）設計仿真模型在MATLAB子窗口或Simulink模型庫的菜單欄依次選擇“File” | “New” | “Model”，即可生成空白仿真模型窗口圖2.1-2 新建仿真模型窗口（3）運行仿真兩種方式分別是菜單方式和命令行方式，菜單方式：在菜單欄中依次選擇"Simulation" | "Start" 或在工具欄上單擊。命令行方式：輸入“sim”啟動仿真進程比較這兩種不同的運行方式：菜單方式的優(yōu)點在于交互性，通過設置示波器或顯示模塊即可在仿真過程中觀察輸出信號。命令行方式啟動模型后，不能觀察仿真進程，但仍可通過顯示模塊觀察輸出，適用于批處理方

11、式。2.2 m序列產(chǎn)生器 （1）m 序列產(chǎn)生器的結構m序列是最長線性反饋移位寄存器序列的簡稱，m序列是帶線性反饋的移位寄存器產(chǎn)生的。由n級串聯(lián)的移位寄存器和反饋邏輯線路可組成動態(tài)移位寄存器，如果反饋邏輯電路只由模2和構成，則稱為線性反饋移位寄存器。帶線性反饋邏輯的移位寄存器設定初始狀態(tài)后，在時鐘觸發(fā)下，每次移位后各級寄存器會發(fā)生變化，其中任何一級寄存器的輸出，隨著時鐘節(jié)拍的推移都會產(chǎn)生一個序列，該序列稱為移位寄存器序列。n級線性移位寄存器如圖所示： 圖2.2 n級線性移位寄存器 （2）m序列產(chǎn)生器的性質(zhì) 均衡性：在m序列中一個周期內(nèi)“1”的數(shù)目比“0”的數(shù)目多1，這表明，序列平均值很小。m序列

12、和其移位后的序列逐位模2相加，所得的序列還是m序列，只是相移不同而已。m序列發(fā)生器中移位寄存器的各種狀態(tài)，除全0狀態(tài)外，其他狀態(tài)只在m序列中出現(xiàn)1次。m序列發(fā)生器中，并不是任何抽頭組合都能產(chǎn)生m序列 。m序列具有良好的自相關特性，其自相關系數(shù)：當j等于0時，p(j)=1;當j不等于0時，p(j)=1/N,從m序列的自相關系數(shù)可以看出m序列是一個狹義偽隨機碼。 2.3 誤碼率測量在數(shù)字通信中誤碼率是一項主要的質(zhì)量指標。在實際測量數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼率時，一般來說，測量結果與信源送出信號的統(tǒng)計特性有關。通常認為二進制信號中“0”和“1”是以等概率隨機出現(xiàn)的。所以測量誤碼率時最理想的信源是隨機序列發(fā)生

13、器，在實際通信中一般都是單程傳輸信息的，在測量單程數(shù)字通信的誤碼率時，就不能用隨機序列，而是用性能相近的偽隨機序列代替它，如下圖所示：偽隨機序列發(fā)送信道接收比較記錄偽隨機序列 圖2.3 單程測試法3 設計步驟3.1 噪聲信號加入噪聲信號模塊為： 3.1-1 噪聲信號模塊其參數(shù)設置為： 3.1-2 噪聲信號參數(shù)設置示波器產(chǎn)生的圖形為：3.1-2噪聲信號波形圖改變參數(shù)設置Variance為0.01，其噪聲波形變?yōu)?.1-4 改變噪聲信號參數(shù)后波形圖（1）改變參數(shù)設置Variance為1，其噪聲波形變?yōu)?3.1-5 改變噪聲信號參數(shù)后波形圖（2） 3.2 m 序列產(chǎn)生器m序列產(chǎn)生器模塊圖形：3.2-

14、1 m序列產(chǎn)生器模型圖其參數(shù)設置為： Unit Delay4 和Unit Delay8設置相同： 3.2-2 參數(shù)設置（1）其余Unit Delay單元設置相同，為： 3.2-3 參數(shù)設置（2）示波器產(chǎn)生的圖形為：3.2-4 m序列產(chǎn)生器波形圖3.3抽樣判決器 3.3-1 抽樣判決器其參數(shù)設置為：3.3-2 抽樣判決器參數(shù)設置 3.4 誤碼率計算比較實現(xiàn)誤碼計算比較所需要的模塊有： 3.4-1 誤碼率計算所需要的模塊 參數(shù)設置為：3.4-2 各模塊參數(shù)設置 將之前的模塊連線之后，檢查線路連接，整個模塊框圖為： 3.6-3 誤碼率測試器整體框圖運行該模塊，Display 顯示為：3.6-4 第一

15、次運行Display顯示說明：Display1顯示的是誤碼率的大??； 示波器顯示為：3.6-5 示波器顯示說明：第一幅圖表示的是經(jīng)過抽樣判決之后的信號波形圖； 第二幅圖表示的是偽隨機序列的波形圖； 第三幅圖表示的是偽隨機序列加入噪聲信道的波形； 改變噪聲參數(shù)設置，設置Variance為0.2，再次運行，結果為：3.6-6 改變噪聲設置后運行結果Display顯示說明：Display1顯示的是誤碼率的大小，為0.1881； 示波器顯示為： 3.6-7 改變噪聲參數(shù)設置后運行結果示波器顯示說明：第一幅圖表示的是經(jīng)過抽樣判決之后的信號波形圖； 第二幅圖表示的是偽隨機序列的波形圖； 第三幅圖表示的是偽

16、隨機序列加入噪聲信道的波形； 3.7 誤碼率曲線生成（1）在MATLAB界面下新建窗口： 圖3.7-1 新建Editor窗口輸入以下程序：for i=1:100 power=0.001*i; sim(' untitledkeyi.mdl'); error(i)=ErrorVec(1);endk=1:100.*0.001;plot(k,error);xlabel('噪聲功率'),ylabel('誤碼率');title('誤碼率變化曲線圖');grid;此時相應的在整體框圖中作以下改變：輸入噪聲信號模塊，Variance設置為powe

17、r 3.7-2 噪聲信號模塊參數(shù)改變設置誤碼率計算Error Rata Calulation1中Output Data 設置為Workspace: 3.7-3 Error Rata Calulation1模塊參數(shù)改變設置（2）運行文件，生成的圖： 3.7-4 MATLAB運行程序后顯示的誤碼率曲線示意圖說明：當噪聲功率小于等于0.01時，發(fā)送信號與接收信號之間的誤碼率大小為0；當噪聲功率大于0.01時，發(fā)送信號與接收信號之間的誤碼率大小隨著噪聲功率的增大而增大，呈階梯形改變。（3）上述圖形只顯示了100個數(shù)據(jù)，為了更明顯的表示其變化曲線，取600個數(shù)據(jù)，相應的進行修改：程序的修改： for i

18、=1:600 power=0.001*i; sim(' untitledkeyi.mdl'); error(i)=ErrorVec(1);endk=1:600.*0.001;plot(k,error);xlabel('噪聲功率'),ylabel('誤碼率');title('誤碼率變化曲線圖');grid; Simulation Stop Time 修改 3.7-5 Simulation Stop Time修改為600.0運行文件，得到的圖形為： 3.7-6 改變?nèi)≈捣秶蟮贸龅恼`碼率變化曲線圖4 出現(xiàn)的問題及解決方法在本次課程設計

19、運用了MATLAB軟件建立工作模型，在仿真的過程中遇到了各種不同的問題，通過自己的探索和在同學的幫助下都一一解決，總結分析分析如下：（1）運行后如沒有出現(xiàn)波形、出現(xiàn)多路波形的混合或是出現(xiàn)波形的幅度過小或過大，可以點擊scope菜單欄的或者點擊鼠標右鍵，選擇autoscale即可出現(xiàn)清晰波形。（2）若出現(xiàn)波形很差，可以把修正因子（默認為1）加大，具體步驟為選擇模型菜單中的“Simulink|configuration parameters|Data import/export”修改Decimation中數(shù)據(jù)（默認為1），可加大為50或100。（3）m序列產(chǎn)生器的設計，嚴格按照其原理和本原多項式連

20、接線路圖，進行加密和解密時采用的m序列均為同一序列，其參數(shù)設置要一致，否則加密和解密之后的波形不一致；（4）若波形出錯或者波形變換不夠明顯，可以把模塊參數(shù)適當減小或增大，得到適合的波形，允許誤差變大，便于波形的輸出和分析。 （5）在整個仿真過程中，各模塊的參數(shù)設置十分重要，一定要設置合適的參數(shù)，才會得出所需要的信號。 （6）各模塊的連線要到位，深刻理解課程設計任務，發(fā)送信號和接收信號之間如何進行比較分析 解決了上述問題后，就能順利完成設計任務了。5 結束語 信息作為人類社會賴以生存和發(fā)展的重要資源和財富，其安全可能會受到種種認為的和自然的威脅，信息的完整性、保密性和可用性可能遭到破壞。因此在信息的傳輸、交換、存儲和處理過程中，必須采取相應的技術防范措施，保護信息的完整性、保密性、和可用性，必須研究如何避免人為的和自然的對信息安全的威脅，如何保護信息不被他人篡改，如何保證收到的信息不時偽造的，自己發(fā)送出去的信息不被未授權的人截收。本次課程設計我的設計任務是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)誤碼率測試器的MATLAB實現(xiàn)及性能分析，設計的內(nèi)容包括信息的加密和解密，以及誤碼率的測試等等，經(jīng)過為期兩周的課程設計，我順利的完成了任務。不同于在教室里上的理論課，本次課程設計需要我們運用到課本中學到