基于SystemViev 仿真通信課程報告

1、目 錄1、概述II2、課程設計要求23、SystemView動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件介紹231 SystemView系統(tǒng)的特點23.2使用Systemview進行通信系統(tǒng)仿真的步驟44、設計系統(tǒng)組成及原理簡介44.1、2DPSK系統(tǒng)組成原理44.2、誤比特率（BER：Bit Error Rate）54.3、2DPSK系統(tǒng)誤比特率測試的結構框圖55、仿真模型的建立及結果分析55.1低頻相干調(diào)制解調(diào)仿真模型建立與分析55.2高頻相干調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)BER測試仿真模型建立與分析85.3低頻差分相干調(diào)制解調(diào)仿真模型建立與分析155.4高頻差分相干調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)BER測試仿真模型建立與分析185.5差分相干解調(diào)和相干

2、解調(diào)兩種方式的比較236、總結及心得體會247、參考文獻251、概述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束后開設了通信原理課程設計這一實踐環(huán)節(jié)。Systemview是ELANIX公司推出的一個完整的動態(tài)系統(tǒng)設計、模擬和分析的可視化仿真平臺。從濾波器設計、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設計與仿真，直到一般的

3、系統(tǒng)數(shù)學模型建立等各個領域， 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)設計與仿真的目的，特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設計、仿真和方案論證，尤其適合于無線電話、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)分析和設計領域具有廣闊的應用前景。在本課程設計中通過運用先進的仿真軟件對通信系統(tǒng)進行仿

4、真設計，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)設計，又可使學生在實踐中提高綜合設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。2、課程設計要求（1）設計一個載頻為60Hz，要求傳送20b/s低頻數(shù)字信號，采用DPSK調(diào)制，信道為理想加性高斯白噪聲信道，采用DPSK相干解調(diào)。設計該仿真系統(tǒng)，觀測各輸入和輸出波形的時序關系，驗證調(diào)制解調(diào)正解性。重新設置接收載波源的參數(shù)，將其中的相位設為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。（2）設計一個載頻為5KHz，要求傳送1Kb/s高頻數(shù)字信號，采用DPSK調(diào)

5、制，信道為理想加性高斯白噪聲信道，采用DPSK相干解調(diào)。設計該仿真系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的誤比特率BER進行分析。（3）設計一個載頻為60Hz，要求傳送20b/s低頻數(shù)字信號，采用DPSK調(diào)制，信道為理想加性高斯白噪聲信道，采用DPSK差分相干解調(diào)（非相干解調(diào)），觀測各輸入和輸出波形的時序關系，驗證調(diào)制解調(diào)正解性。（4）設計一個載頻為5KHz，要求傳送1Kb/s高頻數(shù)字信號，采用DPSK調(diào)制，信道為理想加性高斯白噪聲信道，采用DPSK差分相干解調(diào)（非相干解調(diào)）。設計該仿真系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的誤比特率BER進行分析。3、SystemView動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件介紹31 SystemView系統(tǒng)的特點Syst

6、emView 屬于一個系統(tǒng)級的工作平臺，它通過方便、直觀、形象的過程構建系統(tǒng)，提供了豐富的部件資源、強大的分析功能和可視化開放的體系結構，已逐漸成為各種通信、信號處理、控制及其它系統(tǒng)的分析、設計和仿真平臺以及通信系統(tǒng)綜合實驗平臺。整個系統(tǒng)具有如下特點：1強大的動態(tài)系統(tǒng)設計與仿真功能  SystemView 提供了開發(fā)電子系統(tǒng)的模擬和數(shù)字工具，在基本庫中包括多種信號源、接收器、各種函數(shù)運算器等，大量的信號源和豐富的算子圖符和函數(shù)庫便于設計和分析各種系統(tǒng)；多種信號接受器為時頻域的數(shù)值分析提供了便捷的途徑；它還自帶有通訊（Communication）、邏輯（Logic）、數(shù)字信號處理（DS

7、P）、射頻/模擬（RF/Analog）等專業(yè)庫以備選擇，正是由于這些庫中提供了大量完成具體功能的直觀的圖符單元，使復雜的系統(tǒng)設計和模擬變得易于實現(xiàn)，特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設計、仿真和方案論證。它還可以實時的仿真各種DSP結構，以及對各種邏輯電路、射頻電路進行理論分析和失真分析。隨著現(xiàn)代通信技術的發(fā)展，無線通信技術已日趨成熟和完善，利用 SystemView帶有的CDMA、DVB等擴展庫即可十分方便的完成這些系統(tǒng)的設計和仿真。2.方便快捷SystemView使用了用戶熟悉的Windows界面功能鍵，采用功能模塊去描述系統(tǒng)。設計窗口中各功能模塊都用形象直觀的圖符表示，圖符參數(shù)可根據(jù)需要實時調(diào)整，

8、無需進行復雜編程即可完成各種系統(tǒng)的設計與功能級上的仿真。同時其無限制的分層結構使建立龐大而復雜的系統(tǒng)變得容易。 在系統(tǒng)仿真方面，SystemView還提供了一個靈活的動態(tài)探針功能，可以仿真實際的示波器或頻譜分析儀的工作，用于輸出信號觀察。用戶可以方便快捷地在設計窗口和分析窗口之間切換，分析窗口帶有的“接收計算器”功能強大，可以完成對仿真運行結果的各種運算、譜分析、濾波以及眼圖與星座圖繪制等，通過真實而靈活的分析窗口用以檢查系統(tǒng)波形。使得對所設計的系統(tǒng)可達到實時修改、實時直觀顯示的操作效果，    3.可擴展性  Systemview具有與外部數(shù)據(jù)文件的接

9、口，可直接獲得并處理輸入/輸出的數(shù)據(jù)，使信號分析更加靈活方便。另外，它還提供了與編程語言VC+或仿真工具 Matlab 的接口，可以很方便的調(diào)用其函數(shù)。除了一般的方案論證外， SystemView還提供了靈活的硬件設計的接口：與Xilinx公司的軟件Core Generator配套，可以將SystemView系統(tǒng)中的部分器件生成下載FPGA芯片所需的數(shù)據(jù)文件；SystemView還有與DSP芯片設計的接口，可以將其DSP庫中的部分器件生成DSP芯片編程的C語言源代碼。總之，Systemview 是一個功能強大、用途廣泛的工具平臺，并且特別適合于信號的分析、處理及系統(tǒng)的設計和模擬。目前他在工程技

10、術、教學和產(chǎn)品開發(fā)等方面得到越來越廣泛的應用。3.2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)，設置各個功能模塊的參數(shù)和指標，在系統(tǒng)窗口按照設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)設置，包括運行系統(tǒng)參數(shù)設置（系統(tǒng)模擬時間、采樣速率等）等。   4運行結果分析：在系統(tǒng)的關鍵點處設置觀察窗口，利用接收計算器分析仿真數(shù)據(jù)和波

11、形，用于檢查、監(jiān)測模擬系統(tǒng)的運行情況，以便及時調(diào)整參數(shù)，分析結果。4、設計系統(tǒng)組成及原理簡介 4.1、2DPSK系統(tǒng)組成原理 2DPSK系統(tǒng)組成原理如圖4-1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4-1 2DPSK系統(tǒng)組成4.2、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)性能的重要指標，誤比特率越低說明抗干擾性能越強。4.3、2DPSK系統(tǒng)

12、誤比特率測試的結構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信號克服了2PSK信號的相位“模糊”問題， 但其誤碼率性能略差于2PSK。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

13、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)鏈接功能通過設置循環(huán)來改變噪聲功率得到不同信噪比下的誤比特率,相干2DPSK系統(tǒng)誤比特率測試的結構框圖如下：圖4-2 相干2DPSK系統(tǒng)誤比特率測試的結構框圖5、仿真模型的建立及結果分析5.1低頻相干調(diào)制解調(diào)仿真模型建立與分析1仿真模型的建立首先，二進制PN序列產(chǎn)生隨機信源（絕對碼），經(jīng)過碼變換器將絕對碼變?yōu)橄鄬Υa，與載波信號相乘，得到傳送的調(diào)制信號，完成DPSK編碼調(diào)制。其次，調(diào)制信號在加性高斯白噪聲信道下的傳送。最后，調(diào)制信號與同頻同相的本地載波信號相乘，然后通過低通濾波器，濾除高頻載波，再通過

14、抽樣保持判決電路得到相對碼，然后通過碼反變換器得到絕對碼，完成對DPSK信號的解碼，恢復出原始的二進制序列。由圖5-1表示：圖5-1 低頻相干調(diào)制解調(diào)仿真模型結構圖2元器件的選擇和參數(shù)的設定PN碼頻率為20Hz；延時時間為一個碼元的時間為0.05s；載波頻率為60Hz；低通濾波器截止頻率為35Hz；判決器，判決門限為0，如果大于0，則輸出為1，否則輸出為-1。“時間窗”參數(shù)設定如圖5-2所示圖5-2 “時間窗”參數(shù)設置3仿真結果分析（1）本地載波與原載波同頻同相圖5-3 低頻相干調(diào)制解調(diào)仿真結果圖第一條線是隨機信源，第一條線是碼變換后的相對碼序列，第三條線是與載波相乘后的調(diào)制信號，第四條線是同

15、本地載波相乘后的信號，第五條線是經(jīng)低通濾波器后的去除高頻載波后的低頻信號，第六條線是抽樣判決后的相對碼序列，第七條線為經(jīng)碼反變碼器后得到的絕對碼序列。由圖5-3可以看出經(jīng)2DPSK相干調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)得到的絕對碼與原信源一樣。 （2）本地載波與原載波相位相差圖5-4 分析“倒”現(xiàn)象仿真結果圖 由圖5-4中第一條線和第七條線可以看出DPSK信號解調(diào)只有一個碼元有錯碼，以后的碼元解調(diào)都正確，從而消除了“倒”現(xiàn)象。5.2高頻相干調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)BER測試仿真模型建立與分析1仿真模型的建立信源信號經(jīng)過一個延時器41，消除信號因為在整個傳輸過程中造成的延時，分別對解調(diào)出的信號與信源信號，進行抽樣，通過BER計數(shù)

16、器，然后連接到終值接收計數(shù)器。仿真模型如下圖所示：圖5-5 高頻相干調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)BER測試仿真模型結構圖2元器件的選擇和參數(shù)的設定（1）PN碼頻率為1000Hz；延時時間為一個碼元的時間為0.001s；載波頻率為5000Hz；低通濾波器截止頻率為1200Hz；判決器：判決門限為0，如果大于0，則輸出為1，否則輸出為-1。（2）高斯噪聲圖5-6 高斯白噪聲參數(shù)設置（3）延遲器41通過求sink3與sink28的相關曲線，如圖5-7所示，得到圖5-8曲線，再求統(tǒng)計，如圖5-9所示，可以求的延時點數(shù)為7。圖5-7 求sink3和sink8相關曲線操作圖圖5-8 sink3與sink28相關曲線圖5-

17、9 求統(tǒng)計值（4）BER計數(shù)器圖5-10 BER計數(shù)器參數(shù)設置它的輸出為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。（5）全局變量的關聯(lián)圖5-11全局變量的關聯(lián)參數(shù)設置（6）時間窗圖5-12 “時間窗”參數(shù)設置3仿真結果分析每次循環(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，誤碼比特隨時間不斷降低。每一個循環(huán)結束時終值計數(shù)器顯示本次循環(huán)的BER均值：圖5-13終值計數(shù)器顯示的BER均值 圖5-14 誤比特率相對時間的關系曲線由sink32窗口

18、轉換為BER/SNR曲線，步驟如圖5-15所示，得到如圖5-16所示的曲線。圖5-15 畫BER/SNR曲線步驟圖5-16 比特誤碼率/信噪比曲線測出的BER/SNR曲線與標準的DPSK(cohrent)調(diào)制的理論曲線進行比較，操作如圖5-17所示，得到如圖5-18所示的曲線。上面的曲線為測量曲線，下面的曲線為理論曲線。圖5-17測得BER/SNR曲線與標準的DPSK(cohrent)調(diào)制理論曲線進行比較操作圖圖5-18 測出的BER/SNR曲線與標準的DPSK(cohrent)調(diào)制的理論曲線5.3低頻差分相干調(diào)制解調(diào)仿真模型建立與分析1仿真模型的建立首先，二進制PN序列產(chǎn)生隨機信源（絕對碼）

19、，經(jīng)過碼變換器將絕對碼變?yōu)橄鄬Υa，與載波信號相乘，得到傳送的調(diào)制信號，完成DPSK編碼調(diào)制。其次，調(diào)制信號在加性高斯白噪聲信道下的傳送。最后，調(diào)制信號與本身延時一個碼元后相乘，然后通過低通濾波器，濾除高頻載波，再通過抽樣保持判決電路得到絕對碼，完成對DPSK信號的解碼，恢復出原始的二進制序列。由如下圖表示：圖5-19 低頻差分相干調(diào)制解調(diào)仿真模型結構圖2元器件的選擇和參數(shù)的設定PN碼頻率為20Hz；延時時間為一個碼元的時間為0.05s；載波頻率為60Hz；低通濾波器截止頻率為35Hz；判決器，判決門限為0，如果大于0，則輸出為-1，否則輸出為1。若大于0，判1；小于0，判-1，則判決器要加一非

20、門，如圖5-20所示：圖5-20 加非門“時間窗”參數(shù)設定如圖5-21所示圖5-21 “時間窗”參數(shù)設置3仿真結果分析圖5-22 低頻差分相干調(diào)制解調(diào)仿真結果圖第一條線是隨機信源，第一條線是碼變換后的相對碼序列，第三條線是與載波相乘后的調(diào)制信號，第四條線是同自身延時一個碼元后相乘得到的信號，第五條線是經(jīng)低通濾波器后的去除高頻載波后的低頻信號，第六條線是抽樣判決后的相對碼序列，第七條線為經(jīng)碼反變碼器后得到的絕對碼序列。由圖5-12可以看出經(jīng)2DPSK相干調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)得到的絕對碼與原信源一樣。5.4高頻差分相干調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)BER測試仿真模型建立與分析1仿真模型的建立信源信號經(jīng)過一個延時器41，消除

21、信號因為在整個傳輸過程中造成的延時，分別對解調(diào)出的信號與信源信號，進行抽樣，通過BER計數(shù)器，然后連接到終值接收計數(shù)器。仿真模型如下圖所示：圖5-23 高頻差分相干調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)BER測試仿真模型結構圖2元器件的選擇和參數(shù)的設定（1）PN碼頻率為1000Hz；延時時間為一個碼元的時間為0.001s；載波頻率為5000Hz；低通濾波器截止頻率為1200Hz；判決器：判決門限為0，如果大于0，則輸出為-1，否則輸出為1。（1）高斯噪聲圖5-24 高斯白噪聲參數(shù)設置（2）延遲器41通過求sink3與sink25的相關曲線，如圖5-25所示，可以求的延時點數(shù)為7圖5-25 sink3與sink25相關曲

22、線（3）BER計數(shù)器圖5-26 BER計數(shù)器參數(shù)設置它的輸出為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。（4）全局變量的關聯(lián)圖5-27全局變量的關聯(lián)參數(shù)設置（5）時間窗圖5-28 “時間窗”參數(shù)設置3仿真結果分析每次循環(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，誤碼比特隨時間不斷降低。每一個循環(huán)結束時終值計數(shù)器顯示本次循環(huán)的BER均值：圖5-29終值計數(shù)器顯示的BER均值 圖5-30 誤比特率相對時間的關系曲線圖5-31 比特誤碼率/信噪

23、比曲線測出的BER/SNR曲線與標準的DPSK(incohrent)調(diào)制的理論曲線進行比較，上面的曲線為測量曲線，下面的曲線為理論曲線。圖5-32 測出的BER/SNR曲線與標準的DPSK(incohrent)調(diào)制的理論曲線5.5差分相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種方式的比較 為了達到比較的目的，兩種調(diào)制系統(tǒng)用同一個信源，接同樣的高斯白噪聲，各抽樣速率一樣。仿真結構圖如圖5-33所示。圖5-33 差分相干解調(diào)與相干解調(diào)BER測試仿真結構圖 兩種解調(diào)方式每一個循環(huán)結束時終值計數(shù)器顯示本次循環(huán)的BER均值如圖5-34所示，左圖為差分相干解調(diào)方式，右圖為相干解調(diào)方式。圖5-34終值計數(shù)器顯示的BER均值測出的BER/SNR曲線與標準的DPSK(incohrent)調(diào)制的理論曲線進行比較，如圖3-35所示：第一條曲線面為測量的差分相干解調(diào)曲線，第二條曲線為測量的相干解調(diào)曲線，第三條曲線為差分相干解調(diào)理論曲線，第三條曲線為相干解調(diào)理論曲線。由圖可知：差分相干解調(diào)系統(tǒng)的性能比相干解調(diào)性能底。圖5-35 測出的BER/SNR曲線與標準的DPSK(incohrent)調(diào)制的理論曲線比較圖6、總結及心得體會為期1.5周的通信原理課程設計已經(jīng)結束了，我