数字调制系统误比特率测试的仿真设计与分析的设计书

- 0 - 数字调制系统误比特率测试的仿真设计与分析的设计书 一、 概述 通信原理课程 设计 是通信工程、电子信息工程专 业教学的重要的实践性环节之一， 通信原理课程 是 通信 、电子信息 专业最重要的专业基础课 ，其 内容 几乎囊括了所有通信系统的基本框架，但由于在学习中有些 内容未免抽象，而且 不是每部分内容都有相应的硬件实验， 为了使 学生 能够更进一步 加深理解通信电路和通信系统原理及其应用，验证、消化和巩固其基本理论，增强对通信系统的感性认识， 培养实际工作能力和从事科学研究的基本技能 ， 在 通信原理 的 理论 教学 结束后 我们 开设了 通信原理课 程 设计这一实践环节。 司推出的一个完整的动态系统设计、模拟和分析的可视化仿真平台。 从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到一般的系统数学模型建立等各个领域， 友好而且功能齐全的窗口环境下，为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。 它作为 一种强有力的基于个人计算机的动态通信系统仿真工具， 可 达到在不具备先进仪器的条件下也能完成复杂的通信系统设计与仿真的目的， 特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调 制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频 /模拟电路（混合器、放大器、 路、运放电路等）进行理论分析和失真分析。 在通信系统分析和设计领域具有广阔的应用前景。 - 1 - 在本课程设计中 学生通过运用先进的仿真软件对通信系统进行仿真设计，既可深化对所学理论的理解，完成实验室中用硬件难以实现的大型系统设计，又可使学生在实践中提高综合设计 及 分析解决实际问题 的能力，加强系统性和工程性的训练。 二 、 课程设计的基本要求 1、 课程设计组织形式 课程设计过程按分组的方式进行，由指 导教师向学生发放有关的课程设计背景资料，并向学生讲述课程设计的方法、步骤和要求，设计过程采取课堂集中辅导，分散设计的方式进行。课程设计按 2 3 个人为一组，要求在小组内分工协作、充分讨论、相互启发的基础上形成设计方案，课程设计结束要求提交一份课程设计报告书，必要时可要求各小组选出一个代表，进行课程设计方案演示和答辩，评出若干优秀设计成果。 2、 课程设计具体要求 设计过程以小组为单位，各组设一个组长，负责组织和协调本小组的讨论、任务分工等； 设计过 程必须在本组内独立完成，不得跨组参考或抄袭，避免方案出现雷同； 设计书一律采用 打印，用统一封面装订； 课程设计原则上在 内做完； 最后一周周五进行优秀设计方案评选，在各组推选代表进行方案介绍的基础上，推选出 2优秀设计方案。 三 、 设计内容 和目的 1、 设计 分析内容 号的产生原理、调制解调的方法以及误比特率的分析 是通信原 - 2 - 理教学中的一个重点和难点 ， 以 相干接收 2制传输系统为误比特 率分析对象，被调载频为 1000 作为二进制信源，码速率 100s，信道为加性高斯白噪声信道，对该系统的误比特率 行分析。 2、 分析内容要求 （ 1） 观测 仿真过程 中 原始 基带信号波形、差分码波形、 2号波形、本地载波、解调端相乘器输出、低通滤波器输出、抽样判决输出波形以及码反变换后的输出波形。 观测 输入和输出 波形 的时序关系 ； （ 2） 在 2统中，“差分编码译码”环节的引入可以有效地克服接收提取的载波存在 180相位模糊度，即使接收端同步载波与发送端调制载波 间出现 倒相 180的现象，差分译码输出的码序列不会全部倒相。重新设置接收载波源的参数，将其中的相位设为 180，运行观察 体会 2统时如何克服同步载波与调制载波 间 180相位模糊度的。 （ 3） 利用 建立的 统 相干接收 的仿真模型进行 产生该 系统的 线以此评估通信系统的性能 ； 它 以 相干 接收 道模型为加性高斯白噪声信道，利用全局参数链接功能通过设置循环来改变噪声功率得到不同信噪比下的误比特率 , 3、 分析目的 通过仿真操作掌握 统误比特率分析的方法。 四 、分析设计内容及步骤 1、使用 行通信系统仿真的步骤 （ 1） 建立系统模型： 根据通信系统的基本原理确定总的系统功能，并将各部分功能模块化，根据各个部分之间的关系，画出系统框图。 （ 2） 基本系统搭建和图标定义： 从各种功能库中选取满足需要的可视化图 - 3 - 符和功能模块，组建系统， 设置各个功能模块的参数和指标，在系统窗口按照设计功能框图完成图标的连接； （ 3） 调整参数，实现系统模拟参数设置，包括运行系统参数设置（系统模拟时间、采样速率等）等。 （ 4） 运行结果分析： 在系统的关键点处设置观察窗口，利用 接收计算器 分析仿真数据和波形，用于检查、监测模拟系统的运行情况，以便及时调整参数，分析结果。 2、 系统组成及原理 （ 1） 2统组成原理 二进制差分相移键控（ 2般原理及实现方法 它不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用本码元与前一码元相位之差来传送数字信息的。 2统组成原理如图 1 所示，系统中差分编、译码器是用来克服2统中接收提取载波的 180相位模糊度。 （ 2） 误比特率（ 误比特率（ 指二进制传输系统出现码传输错误的概率，也就是二进制系统的误码率，它是衡量二进制数字调制系统性能的重要指标，误比特率越低说明抗干扰性能越强。对于多进制数字调制系统，一般用误符号率（ 示，误符号率和误比特率之间可以进行换算，例如采用格雷编码的 统，其误比特率和误符号率之间的换算关系近似为： 发生器 差 分 编码器 2 统 差 分 译码器 输出 图 1 2统组成 , - 4 - 其中， M 为进制数，且误比特率小于误符号率。 （ 3） 2统误比特率测试的结构框图 在二进制传输系 统中误比特率 是指出现码传输错误的概率，误比特率越低说明抗干扰性能越强。几种基本的数字调制方式中， 2 2造成接收码元“ 0”和“ 1”的颠倒，产生误码。这个问题将直接影响 2克服此缺点并保存 2用二进制差分相移键控（ 2， 2制解调的方法以及误比特率的分析也是通信原理教学中的一个重点和难点， 2 位“模糊”问题， 但其 误码率性能略差于 22是相位比较法，另一是极性比较法， 相干 它 以 相干 道模型为加性高斯白噪声信道， 利用全局参数链接功能通过设置循环来改变噪声功率得到不同信噪比下的误比特率 ,相干 2 随 机信 源载 波发 生采 样信 道噪 声本 地载 波低 通滤 波抽 样判 决码 反变 换采 样B E 码 变换图 2 相干 2测试的结构框图 通信库（ 提供了 析的专用图符块，可直 - 5 - 接调用。 3、系统 创建分析 注意 进入系统视窗 后 ，设置“时间窗”参数： 运行时间； 循环运算次数 ； 采样频率。 在系统窗下，创建以 2输系统为 析对象的仿真分析系统，在创建的系统中，必须使与 2号叠加的高斯噪声强度自动可变，才能得到随 变的 析曲线，可在高斯噪声源与加法器之间插入一个增益随每次循环改变的“ 符块 ； 创建完仿真系统后，单击运行按钮，随着每次循环，终值显示框内出现每次的运算结果，其中最后一列带括弧的数据为误比特率。循环结束后进入分析窗，此时 输出 给出的误比特率是随仿真时间改变的规律，欲观察 解调信号 变的曲线，需单击“信宿计算器”按钮，在出现的对话框中，选中 钮，单击 钮，在其右侧的“ ”栏内输入 ”栏内输入 20，再选中右上角窗口内“ 关窗口 ”项，最后单击 钮即可显示随 变的 线 。每次循环时，输入的 2号功率保持不变，而叠加的高斯噪声功率逐次衰减，即 断增加。 叠加高斯噪声强度随循环每次减小 3化 。 4、 相干 2建立 根据图 3立仿真模型 ， 模型中各图符的参数指标根据随机信源和调制载波的频率来设定，模型建立之后的参数调整直至调试出现正确结果的过程，也是一个对调制解调原理的不断理解和消化的过程，其 - 6 - 中对滤波器的截至频率设置，抽样判决的实现、码反变换的相关参数设置、样判决后码元 的延迟时间的计算以及系统的采样速率的设置等都能进 一步加深对原理的掌握并可通过调试结果的直观体现出来，从而 将抽象的原理和具体的实现过程紧密地结合起来。 5、 仿真结果 及 相干 2仿真过程波形可用瀑布图直观表示 ，要观察的 依次为原始 基带信号波形、差分码波形、 2地载波、解调端相乘器输出、低通滤波器输出、 抽样判决后的波形以及码反变换后的输出波形。由图观察解调 输出与 基带 输入 是否 相一致， 并注意二者 波形 时序 。 五 、 系统 模型 创建及波形分析 1、模型的理论基础 实现相对调相的最常用方法如图所 示 本次我们采用的是第一种码变换法 解调选用的是 相干解调 0载 波码 变 换码 变 换( a ) ( b ) P S K( t ) P S K( t ) 相干载波判按2 P S K 解调码 反变 换s 2t) a n b n - 7 - 2、 相干 2真模型及波形分析（低频不加噪声） （ 1） 系统 仿真模型图 仿真时间和循环次数的设定 - 8 - （ 2）波形分析 下图 从上向下依次为：绝对码、相对码、和最后输出码形 - 9 - 码形分析： 由上面三图比较可知，绝对码和相对码服从 2出码形和绝对码形之间比较可知其延时了一个码元宽度 2 - 10 - 相干解调的波形为： 经过一个低通滤波器之后 的波形为： 3、 相干 2真模型及波形分析（低频加噪声） - 11 - （ 1） 系统 仿真模型图 仿真时间和循环次数的设定 （ 2）波形分析 - 12 - 下图 从上向下依次为：绝对码、相对码、和最后输出码形 码形分析： 由上面三图比较可知，绝对码和相对码服从 2 输出码形 很明显 和绝对码形之间 差距比较大并不是 延时一个码元宽度 ，可见噪声对相干解调产生了影响，出现了误码的情况 2 - 13 - 相干解调的波形为： 经过一个低通滤波器之后的波形为： 4、 相干 2波形分析（高频加噪声） - 14 - （ 1） 系统 仿真模型图 仿真时间和循环次数的设定 误比特率计数器的参数设置如下 - 15 - 同时它的输出一个为 连接到终值接收计数器，当进行循环仿真时，每一个循环结束时会显示本次循环的 值。该值也是用于计算 线的基础。 在 选择终参数如下设置 这样保证每次循环后信噪比递增 噪声减小 1此在 - 16 - Fi的值设置为 * 对于系统分析窗口，此时接收计算器图符显示的是系统累计误码率均值相对时间的关系曲线。为了得到 系曲线。必须进行转换。按计算器按钮之后进行如下设置： 此设置使选择的 5 窗口的内容转化为我们需要比特误码率 /信噪比曲线。 高斯噪声的波形图为 ： - 17 - 相乘之后的调制信号为 滤波后的波形为： 下图为每次循环的累计平均误码率均值 - 18 - 随 S 比较曲线 - 19 - 误比特率（ 线 由于此仿真用的是高频信号源所以仿真后的绝对码，相对码波形没有给出 。 由 S 两个是重合的，验证了设计的正确性。 六、心得体会 - 20 - 此次 可能 是 我们的最后一次 课程设计， 没有了 刚开始的那种茫然，更多的是有条不紊的进行着，设计、仿真 。 我 们 这次的设计 还 是 以小组的形式，通过与 同学的讨论与认真计算设计分析所完成的，课程设计的任务 是 数字调制系统误比特率（ 试的仿真设计与分析 。需要我们综合运用 “通信原理 ”课程的知识，通过查阅资料、方案论证与选定；分析指标及讨论，完成设计任务。 在这次课 程设计中，我学会了怎样去根据课题的要求去设计电路和调试电路。从中我发现自己并不能很好的熟练去使用我所学到的 通信原理 知识。在以后学习中我要加强对使用电路的设计和选用能力。 通过这种 训练，我们可以掌握电路设计的基本方法， 学会了 件的基本使用 为以后毕业设计和从事电子实验实际工作打下基础。 同时也让我充分认识到自己的空想与实践的差别，认识莫眼高手低，莫闭门造车，知识都在不断更新和流动之中，而扎实的基础是一切创造的源泉，只有从本质上理解了原理，才能更好的于疑途寻求柳暗花明，实现在科学界的美好畅游 和寻得创造的快乐。 还有就是每次在组团 C 做试验都会感觉特别的充实，我们可以按照自己设计的电路去完成，老师也不是死板的要求