数字调制系统误比特率仿真与设计

数字调制系统误比特率仿真与设计 通信原理 课程设计 班级信息102 学号201000484220 姓名王春景 同组人员刘长欣 指导老师刘琴 目录 1概述 3 2设计要求 4 21课程设计组织形式 4 22课程设计具体要求 4 23分析内容要求 5 3软件简介 5 4设计内容原理简介 8 412DPSK系统组成原理 8 42误比特率BERBit Error Rate 8 432DPSK系统误比特率测试的结构框图 9 44相干2DPSK系统误比特率测试的仿真模型的建立 10 45仿真结果及相干2DPSK系统误比特率曲线绘制 11 5仿真模型的建立及结果分析 11 51 2DPSK的高频差分解调 11 52 2DPSK高频相干解调 13 6总结及心得体会 16 7参考文献 17 1概述 《通信原理》课程《通信原理》课程通信专业最重要的专业基础课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未免抽象而且为了使能够更进一步通信原理《通信原理》课程Systemview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模拟电路混合器放大器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 23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2DPSK信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2DPSK系统中差分编码,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2DPSK系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SystemView DPSK系统相干接收的仿真模型进行BER测试产生该系统的BER曲线以此评估通信系统的性能它PSK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信噪比下的误比特率 3软件简介 SystemView是美国Elanix公司推出的基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化工具利用该软件可以进行通信系统的仿真也可以构建一些复杂的模拟数字和多速率系统SystemView的图符资源十分丰富包括基本库和专业库基本库中有加法器乘法器多种信号源接收器各种函数运算器等专业库有通信逻辑数字信号处理射频,模拟等特别适合于现代通信系统设计仿真和论证其特点简要介绍如下 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包含几百种信号源接收端操作符和功能块各功能模块都用形象直观的图符表示使用SystemView不用编程只需用鼠标从SystemView库中选择图符并将他们拖到设计窗口中就可以构造出各种线性和非线性离散和连续模拟数字模数混合系统以及各种多速率系统可用于各种线性和非线性控制系统的仿真由于SystemView的所有图符都有相似的参数 定义窗口我们所做的只是根据需要修改所调用图符的参数 2方便快捷 SystemView使用了用户熟悉的Windows界面的功能键用户可以方便快捷地在设计窗口和分析窗口之间切换对所设计系统进行时域和频域分析分析窗口中的分析结果以图形直观显示使得对所设计系统的修改调试简单易行达到实时修改实时显示的操作效果用户还可以在屏幕上给设计系统加上注解在SystemView高版本中系统输出的波形图可以方便的插入Word中进行编辑 3提供基于组织结构图方式的设计 通过利用图符和MetaSystem子系统对象的无限制分层结构功能SystemView能够很容易地建立复杂的系统用户首先可以定义一些简单的功能组再通过对这些简单功能组的连接进而实现一个大的系统利用系统提供的子系统结构功能可以将这个大系统形成一个对应的子系统这样单一的图符就可以代表一个复杂的系统MataSystem的操作与系统提供的其它图符的使用方法类同只要用鼠标器单击一下该子系统就会出现一个特定的窗口来显示出复杂的MataSystem结构但是在SystemView的学习版中没有MataSystem图符功能必须升级到专业版才有此功能 4完备的滤波器和线性系统设计 SystemView包含一个功能强大的很容易使用的图形模板设计环境便于模拟和数字以及离散和连续时间系统的设计同时还包含大量的FIRIIR滤波器类型和FFT类型并提供了便于用DSP实现滤波器或线性系统的参数 5多速率系统和并行功能 SystemView可以对具有多种数据采样率输入的系统进行合并以简化FIR滤波器 的执行这种特性尤其适合于同时具有低通和高通部分的通信系统的设计和仿真该特性有效地提高了整个系统的仿真速度而在局部又不会降低仿真的精度同时还降低了系统对计算机硬件配置的要求 6先进的信号分析和数据块处理 SystemView的分析窗口是一个能够对系统波形进行详细检查的交互式可视环境分析窗口还提供了一个能对仿真生成的数据进行先进的块处理操作的接受计算器接受计算器的块处理功能十分强大内容也相当广泛能够完全满足通常所需要的分析要求这些功能包括应用DSP窗口余切自动并联平均值复杂的FFT常量窗口卷积余弦交叉并联习惯显示十进制微分除窗口眼图模式功能比例尺柱状图覆盖统计自相关功率谱分布图平方平方根波形求和窗口幂窗口函数等等 7可扩展性 SystemView允许用户输入数据并对其进行处理也可以将处理结果输出到外部数据文件另外他还提供了与VC及Matlab的接口用户可以方便地调用其函数或自定义图标功能 8完善的自我诊断功能 SystemView能自动执行系统连接检查并显示连接的出错信息和指出出错的图符这个特点对用户系统的诊断是十分有效的 总之 SystemView支持嵌入式系统和多层子系统全部的逻辑功能开关和非线性装置组件完整的信号源内部系统诊断和连接检查分析窗口的多图显示在线帮助系统使你能够快速方便地设计开发和测试各种系统是目前国际上较优秀的系统设计和仿真软件 2DPSK系统组成原理 2DPSK系统组成原理如图3-1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 42误比特率BERBit Error Rate 误比特率BERBit 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 其中M为进制数且误比特率小于误符号率 432DPSK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2DPSK2DPSK信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2PSK2DPSK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SystemView软件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PSK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下 图3-2 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 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 Start[dB]栏内输入-10Increment[dB]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 叠加高斯噪声强度随循环每次减小3dB变化 44相干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 45仿真结果及相干2DPSK系统误比特率曲线绘制 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 5仿真模型的建立及结果分析 51 2DPSK的差分解调 图-511差分解调原理图 图-512差分解调输出波形 513差分误码率原理图 514差分误码率图 52 2DPSK高频相干解调 图-521相干解调原理图 图-522相干解调输出波形 523相干误码率原理图 224相干误码率图 6总结及心得体会 这次我们进行了为期一周半的通信原理课程设计通过本次课程设计对于我这学期所学的2DPSK的调制和解调的原理的进一步熟悉不仅如此我们通过这次还学习到了利用SystemView的仿真使得我在学好理论知识的时候应用于实际中的去在做课程设计的时候遇到问题使得对于通信原理的知识更加的深刻同时也增加了动手能力和独立思考能力更能培养我们对通信原理课程的兴趣以前没有接触SystemView这个软件第一次接触这个软件了解及其熟悉这个软件是在做课设前必须要克服的困难SystemView在通信仿真软件中也是具有分出重要的地位的作为学习信息的我们掌握SystemView软件是对我们最基本的要求所以这次课程设计对于我来说是一个非常好的机会来学习这款软件通过自己把这些电路图实现能够基本掌握了其中一些常用的软件的相关知识对于以后进一步去掌握这款软件打下坚实的基础在这次课程设计中我通过由不熟悉这款软件到自学其中的知识并且阅读相关指导了解窗口中的界面的介绍结合老师所给的参考的内容通过不断摸索最终学会了这款软件并独立完成全部的仿真的内容仿真的 结果达到了我们预期的效果同时也验证了课本知识的正确性 在这次课程设计中我非常好的利用了课本的知识结合课本的知识通过自己的检测和利用我这学期在这一章的数字带通传输系统的学习的掌握理论与实践相结合使我不仅学会了SystemView软件的使用同时也锻炼了自己的动手能力独立思考的能力和团队合作意识也是对自己所学知识的一次实践验证 7参考文献 [1] 樊昌信张甫翊徐炳祥吴成柯通信原理 第五版 [M] 北京国防工业出版社2002 [2] 罗卫兵孙桦张捷SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计[M] 北京电子工业出版社2002 [3] 李东生 雍爱霞 左洪浩System View 系统设计及仿真入门与应用[M] 北京 电子工业出版社 2002 [4] 青松 程岱松 武建华等数字通信系统的System View仿真与分析[M] 北京 北京航空航天大学出版社 2001 [5] 仇润鹤刘世地唐明浩SystemView 及其通信系统仿真分析实验指导书东大学信息学院通信系2005( [] 韩力SVU实验书北京理工大学2008 2 PN码 发生器 差 分 编码器 2PSK 系 统 差 分 译码器 输出 图4-1 2DPSK系统组成