利用SystemView 实现2DPSK仿真

1、通信原理课程设计题目：2DPSK系统设计与仿真院（系）：电气与信息工程学院班级：姓名：学号：指导教师：教师职称：目录 TOC o 1-5 h z 1概要22 SystemView 动态系统仿真软件3 HYPERLINK l bookmark9 o Current Document SystemView系统的特点 3 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document SystemView 仿真步骤5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 3课程设计内容5 HYPERLINK l bookmark25 o Curren

2、t Document 3.1 2DPSK系统组成及原理53.2误比特率64模型的建立及结果分析9 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 4.1低频2DPSK相干解调系统9 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 4.2高频2DPSK相干解调系统 114.3低频2DPSK差分解调系统 154.4高频2DPSK差分解调系统 16 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 4.5高频2DPSK系统差分与相干解调误码率比较 185设计过程中解决的问题 20 HYPERLI

3、NK l bookmark87 o Current Document 6心得体会 227教材与参考文献 231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。System

4、view是ELANIX公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，Systemview在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

5、合器、放大器、RLC电路、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。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 2 SystemView动态系统仿真2.1 SystemView系统的特点SystemView属于一个系统级的工作平台，它通过方便、直 观、形象的过程构建系统，提供了丰富的部件资源、强大的分析 功能和可视化开放的体系结构，已逐渐成为各种通信、信号处理、 控制及其它系统的

6、分析、设计和仿真平台以及通信系统综合实验 平台。整个系统具有如下特点：（1）强大的动态系统设计与仿真功能SystemView提供了开发电子系统的模拟和数字工具，在基 本库中包括多种信号源、接收器、各种函数运算器等，大量的信 号源和丰富的算子图符和函数库便于设计和分析各种系统；多种 信号接受器为时频域的数值分析提供了便捷的途径；它还自带有 通讯（Communication）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）、 射频/模拟（RF/Analog）等专业库以备选择，正是由于这些库中 提供了大量完成具体功能的直观的图符单元，使复杂的系统设计 和模拟变得易于实现，特别适合于现代通信系统的设计、仿

7、真和 方案论证。它还可以实时的仿真各种DSP结构，以及对各种逻辑 电路、射频电路进行理论分析和失真分析。随着现代通信技术的 发展，无线通信技术已日趋成熟和完善，利用SystemView带有 的CDMA、DVB等扩展库即可十分方便的完成这些系统的设计 和仿真。（2）方便快捷SystemView使用了用户熟悉的Windows界面功能键，采用 功能模块去描述系统。设计窗口中各功能模块都用形象直观的图 符表示，图符参数可根据需要实时调整，无需进行复杂编程即可 完成各种系统的设计与功能级上的仿真。同时其无限制的分层结 构使建立庞大而复杂的系统变得容易。在系统仿真方面，SystemView还提供了一个灵活

8、的动态探 针功能，可以仿真实际的示波器或频谱分析仪的工作，用于输出 信号观察。用户可以方便快捷地在设计窗口和分析窗口之间切 换，分析窗口带有的“接收计算器”功能强大，可以完成对仿真 运行结果的各种运算、谱分析、滤波以及眼图与星座图绘制等， 通过真实而灵活的分析窗口用以检查系统波形。使得对所设计的 系统可达到实时修改、实时直观显示的操作效果，（3）可扩展性Systemview具有与外部数据文件的接口，可直接获得并处理 输入/输出的数据，使信号分析更加灵活方便。另外，它还提供了 与编程语言VC+或仿真工具Matlab的接口，可以很方便的调用 其函数。除了一般的方案论证外，SystemView还提供

9、了灵活的 硬件设计的接口 ：与Xilinx公司的软件Core Generator配套，可以 将SystemView系统中的部分器件生成下载fpga芯片所需的数 据文件；SystemView还有与DSP芯片设计的接口，可以将其DSP 库中的部分器件生成dsp芯片编程的C语言源代码。总之，Systemview是一个功能强大、用途广泛的工具平台， 并且特别适合于信号的分析、处理及系统的设计和模拟。目前他 在工程技术、教学和产品开发等方面得到越来越广泛的应用。2.2 Systemview 仿真步骤（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

10、，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。3课程设计内容DPSK信号的产生原理、调制解调的方法以及误比特率的分 析是通信原理教学中的一个重点和难点，以相十接收和差分 2DPSK调制传输系统为误比特率分析对象，被调载频

11、为4000Hz， 以PN码作为二进制信源，码速率乌=1000bit/s，信道为加性高 斯白噪声信道，对该系统的误比特率BER进行比较分析。3.1 2DPSK系统组成原理2DPSK系统组成原理如图3.1.1所示，系统中差分编、译码 器是用来克服2PSK系统中接收提取载波的180相位模糊度。图3.1.1 2DPSK系统组成*输出3.2、误比特率(BER： Bit Error Rate)误比特率(BER： Bit Error Rate)是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

12、统，一般用误符号率(Symble Error Rate)表示，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MPSK系统，其误比特率和误符号率之间的换算关系 近似为：pw, MPSKb,MPSK log M其中，M为进制数，且误比特率小于误符号率。1、2DPSK系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BER( Bit Error Rate)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，2PSK具有最好的误码率性能，但2PSK 信号传输系统中存在相位不确定性，易造成接收码元“0”和“1” 的颠倒，产生误码。这个问题将直接影响2PSK

13、信号用于长距离传 输。为克服此缺点并保存2PSK信号的优点，采用二进制差分相移 键控(2DPSK)，2DPSKB号的产生原理、调制解调的方法以及 误比特率的分析也是通信原理教学中的一个重点和难点，2DPSK信号克服了 2PSK信号的相位“模糊”问题，但其误 码率性能略差于2PSK, 2DPSK信号的解调主要有两种方法：一是 相位比较法，另一是极性比较法，相干DPSK系统BER测试利用 SystemView来产生一个通信系统的BER曲线以此评估通信系统 的性能；它以相干DPSK调制传输系统为误比特率分析对象，信 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

14、信噪比下的误比特率，相干 2DPSK系统误比特率测试的结构框图如图3.1.2。图3.1.2相干2DPSK系统误比特率测试的结构框图SystemView的通信库（Comm Lib）中提供了 BER分析的专用图 符块，可直接调用。【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2PSK传输系统为BER分析对象的仿真 分析系统，在创建的系统中，必须使与2PSK信号叠加的高斯噪 声强度自动可变，才能得到随SNR改变的BER分析曲线，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“Gain” 图符块；创建完仿真系统后，单击运行按钮，随着每

15、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BER随解调信号SNR改变的曲线， 需单击“信宿计算器”按钮，在出现的对话框中，选中Style按 钮，单击BER Plot按钮，在其右侧的“SNR StartdB:”栏内输 入-10、“IncrementdB:”栏内输入20，再选中右上角窗口内“Bit Error Rate相关窗口 ”项，最后单击OK按钮即可显示随SNR改 变的BER曲线。每次循环时，输入的2DPSK信号功率保持不变， 而叠加的高斯噪声功率逐次衰减，即SNR不断增加。叠加高

16、斯噪声强度随循环每次减小3dB变化。2、相十2DPSK系统误比特率测试的仿真模型的建立根据图3-2测试的结构框图，建立仿真模型，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、BER计算时原 始信源相对抽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。3、仿真结果及相干2DPSK系统误比特率曲线绘制

17、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、2DPSK、本地载波、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。4模型的建立及结果分析4.1低频2DPSK相干解调系统1、模型参数2DPSK模型如图4.1.1，元件参数如下：Token0,比特率10Hz，Phase是0。Tokenl为异或门，其中输 出设置ture output为 1，false output为-1。Token2为延时，延时0.1s。 token1和token2共同组成完成绝对码到相对码的变换，t6、t8

18、为载 波，频率是20Hz。Token9是3阶butterworth低通滤波器，截止频率 设置15Hz。Token22是抽样。Token23是位同步脉冲，频率是10Hz， 脉宽500e-6s。Token10为比较判决。Token18为异或门，其中输出 设置ture output为 1， false output为-1。Token19延 时0.1s，token18 和token19共同完成了相对码到绝对码的变换。时钟设置如下： No.of Samples 16384。Samples Rate 10e+3。No.of System Samples 1。图 4.1.12、仿真结果仿真结果波形如图4.1

19、.2。波形自上而下依次为：原码、相对 码、调制后波形、解调后波形、滤波后的波形、比较判决后的波 形、经过码反变换后的波形。图 4.1.24.2高频2DPSK相干解调系统1、模型参数2DPSK相干解调模型如图4.2.1,元件参数如下：token0,比特率 1000Hz, Phase是0。tokenl为异或门，其中输出设置ture output为 1， false output为-1。t2为延时，延时0.001s。token1 和token2共同组成完成绝对码到相对码的变换，token6、token8为载波，频率是2000Hz。token9是3阶butterworth低通滤波器，截止频率设置 11

20、00Hz。token22是抽样。token23是位同步脉冲，频率是1000Hz，脉宽500e-6s。token10为比较判决。token18为异或门，其中输出 设置ture output为 1， false output为-1。token19延时0.1s，token18 和token19共同完成了相对码到绝对码的变换。token5是噪声， Density in 1 ohm，1e-3 token24改变每次运行后的噪声，dB Powero Token40延时使原码和最后接受解调后的同步，参数是通过相关函数计算得到的，此次是1。token43、token44、token45是计算误码 率的。时钟设

21、置如下：No.of Samples 65536。Samples Rate 10e+3。No.of System Samples 12。DUD13.0535000000019.6070000000026.1605000000032.7140000000039.26750000000图 4.2.1系统中，必须使与2PSK信号叠加的高斯噪声强度自动可变，才能得到随SNR改变的BE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“Gain”图符块，然后执行“ TbkensGlobal parameterLinks ”命令，出现一个“ Global Token parameter Link

22、s ”对话框，在其中 的 “Select System Token”栏内单击选中 “24 Operator(Gain)”项(变成 反白条)，在 “Define Algebraic Relationship F(Gi,Vi)” 栏内输入“Gain”图 符块的循环增益变化式：-1.5*cl，该式表示每次循环高斯噪声功率减小1.5dB，12次循环后“ Gain ”图符块的增益变成-18dB，最后，单击OK按钮 关闭此对话框返回系统窗。2、仿真结果运行后，随着每次循环，终值显示框内出现每次的运算结果 如图图4.2.2，其中最后一列带括弧的数据为误比特率。12次循环 结束后进入分析窗，此时t46给出的误

23、比特率是随仿真时间改变的 规律，欲观察BER随解调信号SNR改变的曲线，需单击“信宿计 算器”按钮，在出现的对话框中，选中Style按钮，单击BER Plot 按钮，在其右侧的 “SNR StartdB:” 栏内输入0、“IncrementdB:” 栏内输入1.5，再选中右上角窗口内“ w0:Bit Error Rate (t12) ”项， 最后单击对话框的OK按钮即可显示随SNR改变的BER曲线，如图 2-7-2所示。每次循环时，输入的2PSK信号功率保持不变，而叠 加的高斯噪声功率逐次衰减， PSNR不断增加，得到的误码率曲 线为图4.2.3。叠加上理想系统的误码率曲线后，进行系统特性比

24、较，如图4.2.4，平滑的是理想的误码率曲线(最佳接收机)，另一条是实际系统的曲线。M0e-3-250e-3-200e-3150e-3-100*3-50e-3-0-42610图4.2.3图4.2.44.3低频2DPSK差分解调系统连接差分2DPSK系统（低频）目的是验证系统的正确性，确 定系统连接正确后，修改相应参数得到高频系统，然后依照相干 的高频情况连接误码率测量电路。低频差分2DPSK系统原理图为图4.3.1，其仿真结果为图4.3.2, 其参数设置如相干2DPSK系统，波形自上而下依次为：原码、相对 码、调制后波形、差分解调后波形、滤波后的波形、比较判决后 的波形即应和原码相同。图 4.

25、3.24.4高频2DPSK差分解调系统参数设置如相干2DPSK系统，原理图为图4.4.1,误码率数据 为图4.4.2,误码率曲线和理想曲线相比较结果为图4.4.3图 4.4.1-mal Value bmk JU:差全牒i甘_oop N TimeValue6 6.00000000000000 4.45833333333333e-11212.55350000000004.16500000000000e-11819.10700000000003.67000000000000e-12425.66050000000003.0566G66G6666G7e-13032.21400000000002.3300

26、0000000000e-13638.7675000000000L52833333333333b4245.32100000000007.36666666666667e-24851.87450000000002.85000000000000e-25458.42800000000005_ 33333333333333-360 64.9815000000000 1.66666666666667e-4图 4.4.2图 4.4.34. 5高频2DPSK差分与相干解调误码率比较差分和相干解调综合原理图如图4.5.1,误码率比较图为图4.5.2自上而下依次表示实际系统差分、相干、理想差分、相干误码率曲线图 4

27、.5.1图 4.5.2由于理想误码率曲线是在最佳接收机情况下测得的，所以 性能会好于实际系统相干解调性能好非相十解调就是说，在解调时不需要提取载波信息来进行 解调；相十解调就是说，在解调时，首先要通过锁相环提取出载 波信息，通过载波信息与输入的信息来解调出信号；因此，可以 看出，相干解调的性能肯定要优于非相干解调。非相十解调的优越性非相十解调的好处是可以较少的考虑信道估计（甚至略去），处 理复杂度降低，带来的是性能的损伤。相十解调需要本地PLL（锁 相环）恢复载波，并保持相位锁定，需要较好的信道估计，处理 相对复杂。5设计过程中解决的问题(1)首先，必须根据实际情况合理的设计基带信号的参数、载

28、波 频率和加性噪声大小，以防波形的失真。但由于在信道传输 过程中由于各种原因而引起译码波形有一定的延时现象。位 同步信号的脉宽设置与整个系统的延时有关，即此系统的脉 宽分割线是22.5e-3,当脉宽小于22.5e-3是延时图形为5.1， 当脉宽大于22.5e-3是延时图形为5.2。图5.1图5.2(2)在低频信号(10Hz100Hz)调试时，当出现连1或连0时，在码间会出现冲击脉冲如图5.3,可以通过合理为Delay Token 选择0： Delay或1： Delay-dT消除这种现象。图5.3（3）在高频信号（1kHz）误码率分析时，首先要将高斯白噪声通过 增益使其按一定的规律衰减，即使信噪比按一定的规律增加（高斯 白噪声的功率谱密度应通过计算得到合适的值）。在信号噪声的 设值，由于最后进行误码率对比时，起始信噪比是0dB，信噪比为r，分贝表示为dB，N为当前噪声功率密度，dB为分贝表示的当前噪声功率密度用，0为最初噪声功率密度。_E _A2T _ A2r N0 可N0RE匕=10 log 节=10 log Eb -10 log N = 10 log Eb - NBA 2r = 0N 0 = E 广 RdB 可推出r=1，0R这样可设置初始噪声的大小全局关联参数的设置，设函数设置为 k*cl则NB = 10log N0