通信原理課程設(shè)計(jì)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)誤比特率測(cè)試的仿真設(shè)計(jì)與分析

1、 通信原理課程 設(shè)計(jì)報(bào)告題目名稱(chēng)：數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)誤比特率測(cè)試的仿真設(shè)計(jì)與分析院系名稱(chēng)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：目錄一 目錄1 二 概述2 三 課程設(shè)計(jì)的基本要求3四 設(shè)計(jì)內(nèi)容和目的3五 分析設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟4六 系統(tǒng)模型創(chuàng)建及波形分析8七 心得體會(huì)21八 參考文獻(xiàn)22 一、概述通信原理課程設(shè)計(jì)是通信工程、電子信息工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)的重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)之一，通信原理課程是通信、電子信息專(zhuān)業(yè)最重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)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(xué)習(xí)中有些內(nèi)容未免抽象，而且不是每部分內(nèi)容都有相應(yīng)的硬件實(shí)驗(yàn)，為了使學(xué)生能夠更進(jìn)一步加深理解通信電路和通信系統(tǒng)原理及其應(yīng)用，驗(yàn)證、消化和鞏

2、固其基本理論，增強(qiáng)對(duì)通信系統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)實(shí)際工作能力和從事科學(xué)研究的基本技能，在通信原理的理論教學(xué)結(jié)束后我們開(kāi)設(shè)了通信原理課程設(shè)計(jì)這一實(shí)踐環(huán)節(jié)。systemview是elanix公司推出的一個(gè)完整的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、模擬和分析的可視化仿真平臺(tái)。從濾波器設(shè)計(jì)、信號(hào)處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，直到一般的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立等各個(gè)領(lǐng)域， systemview 在友好而且功能齊全的窗口環(huán)境下，為用戶(hù)提供了一個(gè)精密的嵌入式分析工具。它作為一種強(qiáng)有力的基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)通信系統(tǒng)仿真工具，可達(dá)到在不具備先進(jìn)儀器的條件下也能完成復(fù)雜的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真的目的，特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和方案論證，尤

3、其適合于無(wú)線(xiàn)電話(huà)、無(wú)繩電話(huà)、尋呼機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星通訊等通信系統(tǒng)；并可進(jìn)行各種系統(tǒng)時(shí)域和頻域分析、譜分析，及對(duì)各種邏輯電路、射頻/模擬電路（混合器、放大器、rlc電路、運(yùn)放電路等）進(jìn)行理論分析和失真分析。 在通信系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在本課程設(shè)計(jì)中學(xué)生通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的仿真軟件對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，既可深化對(duì)所學(xué)理論的理解，完成實(shí)驗(yàn)室中用硬件難以實(shí)現(xiàn)的大型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，又可使學(xué)生在實(shí)踐中提高綜合設(shè)計(jì)及分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，加強(qiáng)系統(tǒng)性和工程性的訓(xùn)練。二、課程設(shè)計(jì)的基本要求1、課程設(shè)計(jì)組織形式課程設(shè)計(jì)過(guò)程按分組的方式進(jìn)行，由指導(dǎo)教師向?qū)W生發(fā)放有關(guān)的課程設(shè)計(jì)背景資料，并向?qū)W生講述課程設(shè)

4、計(jì)的方法、步驟和要求，設(shè)計(jì)過(guò)程采取課堂集中輔導(dǎo)，分散設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行。課程設(shè)計(jì)按23個(gè)人為一組，要求在小組內(nèi)分工協(xié)作、充分討論、相互啟發(fā)的基礎(chǔ)上形成設(shè)計(jì)方案，課程設(shè)計(jì)結(jié)束要求提交一份課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)，必要時(shí)可要求各小組選出一個(gè)代表，進(jìn)行課程設(shè)計(jì)方案演示和答辯，評(píng)出若干優(yōu)秀設(shè)計(jì)成果。2、 課程設(shè)計(jì)具體要求 設(shè)計(jì)過(guò)程以小組為單位，各組設(shè)一個(gè)組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)組織和協(xié)調(diào)本小組的討論、任務(wù)分工等； 設(shè)計(jì)過(guò)程必須在本組內(nèi)獨(dú)立完成，不得跨組參考或抄襲，避免方案出現(xiàn)雷同； 設(shè)計(jì)書(shū)一律采用a4紙打印，用統(tǒng)一封面裝訂； 課程設(shè)計(jì)原則上在1.5周內(nèi)做完； 最后一周周五進(jìn)行優(yōu)秀設(shè)計(jì)方案評(píng)選，在各組推選代表進(jìn)行方案介紹的基礎(chǔ)上，

5、推選出2-3個(gè)優(yōu)秀設(shè)計(jì)方案。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容和目的1、設(shè)計(jì)分析內(nèi)容dpsk信號(hào)的產(chǎn)生原理、調(diào)制解調(diào)的方法以及誤比特率的分析是通信原理教學(xué)中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，以相干接收2dpsk調(diào)制傳輸系統(tǒng)為誤比特率分析對(duì)象，被調(diào)載頻為1000hz，以pn碼作為二進(jìn)制信源，碼速率rb100bit/s，信道為加性高斯白噪聲信道，對(duì)該系統(tǒng)的誤比特率ber進(jìn)行分析。2、分析內(nèi)容要求 （1）觀(guān)測(cè)仿真過(guò)程中原始基帶信號(hào)波形、差分碼波形、2dpsk信號(hào)波形、本地載波、解調(diào)端相乘器輸出、低通濾波器輸出、抽樣判決輸出波形以及碼反變換后的輸出波形。觀(guān)測(cè)輸入和輸出波形的時(shí)序關(guān)系；（2）在2dpsk系統(tǒng)中，“差分編碼譯碼”環(huán)節(jié)的引入可以

6、有效地克服接收提取的載波存在180相位模糊度，即使接收端同步載波與發(fā)送端調(diào)制載波間出現(xiàn)倒相180的現(xiàn)象，差分譯碼輸出的碼序列不會(huì)全部倒相。重新設(shè)置接收載波源的參數(shù)，將其中的相位設(shè)為180，運(yùn)行觀(guān)察體會(huì)2dpsk系統(tǒng)時(shí)如何克服同步載波與調(diào)制載波間180相位模糊度的。（3）利用建立的systemview dpsk系統(tǒng)相干接收的仿真模型進(jìn)行ber測(cè)試，產(chǎn)生該系統(tǒng)的ber曲線(xiàn)以此評(píng)估通信系統(tǒng)的性能；它以相干接收dpsk調(diào)制傳輸系統(tǒng)為誤比特率分析對(duì)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(guò)設(shè)置循環(huán)來(lái)改變?cè)肼暪β实玫讲煌旁氡认碌恼`比特率,3、分析目的通過(guò)仿真操作掌握systemview系

7、統(tǒng)誤比特率分析的方法。四、分析設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟1、使用systemview進(jìn)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(gè)部分之間的關(guān)系，畫(huà)出系統(tǒng)框圖。 （2）基本系統(tǒng)搭建和圖標(biāo)定義：從各種功能庫(kù)中選取滿(mǎn)足需要的可視化圖符和功能模塊，組建系統(tǒng)，設(shè)置各個(gè)功能模塊的參數(shù)和指標(biāo)，在系統(tǒng)窗口按照設(shè)計(jì)功能框圖完成圖標(biāo)的連接； （3） 調(diào)整參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模擬參數(shù)設(shè)置，包括運(yùn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（系統(tǒng)模擬時(shí)間、采樣速率等）等。 （4）運(yùn)行結(jié)果分析：在系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)處設(shè)置觀(guān)察窗口，利用接收計(jì)算器分析仿真數(shù)據(jù)和波形，用于檢查、監(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)的運(yùn)行情況，以便及

8、時(shí)調(diào)整參數(shù)，分析結(jié)果。2、系統(tǒng)組成及原理（1）2dpsk系統(tǒng)組成原理二進(jìn)制差分相移鍵控（2dpsk一般原理及實(shí)現(xiàn)方法 它不是利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用本碼元與前一碼元相位之差來(lái)傳送數(shù)字信息的。 2dpsk系統(tǒng)組成原理如圖1所示，系統(tǒng)中差分編、譯碼器是用來(lái)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1 2dpsk系統(tǒng)組成（2）誤比特率（ber：bit error rate）誤比特率（ber：bit error rate）是指二進(jìn)制傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)碼傳輸錯(cuò)誤的概率，也就是二進(jìn)制系統(tǒng)的誤碼率，它是衡量二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能的重

9、要指標(biāo)，誤比特率越低說(shuō)明抗干擾性能越強(qiáng)。對(duì)于多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，一般用誤符號(hào)率（symble error rate）表示，誤符號(hào)率和誤比特率之間可以進(jìn)行換算，例如采用格雷編碼的mpsk系統(tǒng)，其誤比特率和誤符號(hào)率之間的換算關(guān)系近似為：其中，m為進(jìn)制數(shù)，且誤比特率小于誤符號(hào)率。（3） 2dpsk系統(tǒng)誤比特率測(cè)試的結(jié)構(gòu)框圖在二進(jìn)制傳輸系統(tǒng)中誤比特率ber（ bit error rate） 是指出現(xiàn)碼傳輸錯(cuò)誤的概率，誤比特率越低說(shuō)明抗干擾性能越強(qiáng)。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(hào)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(gè)問(wèn)題將直

10、接影響2psk信號(hào)用于長(zhǎng)距離傳輸。為克服此缺點(diǎn)并保存2psk信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)，采用二進(jìn)制差分相移鍵控（2dpsk），2dpsk信號(hào)的產(chǎn)生原理、調(diào)制解調(diào)的方法以及誤比特率的分析也是通信原理教學(xué)中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)， 2dpsk信號(hào)克服了2psk信號(hào)的相位“模糊”問(wèn)題， 但其誤碼率性能略差于2psk，2dpsk信號(hào)的解調(diào)主要有兩種方法：一是相位比較法，另一是極性比較法，相干dpsk系統(tǒng)ber測(cè)試?yán)胹ystemview來(lái)產(chǎn)生一個(gè)通信系統(tǒng)的ber曲線(xiàn)以此評(píng)估通信系統(tǒng)的性能；它以相干dpsk調(diào)制傳輸系統(tǒng)為誤比特率分析對(duì)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(guò)設(shè)置循環(huán)來(lái)改變?cè)肼暪β实玫讲煌?/p>

11、噪比下的誤比特率,相干2dpsk系統(tǒng)誤比特率測(cè)試的結(jié)構(gòu)框圖如下：圖2 相干2dpsk系統(tǒng)誤比特率測(cè)試的結(jié)構(gòu)框圖systemview的通信庫(kù)（comm lib）中提供了ber分析的專(zhuān)用圖符塊，可直接調(diào)用。 3、系統(tǒng)創(chuàng)建分析 注意進(jìn)入系統(tǒng)視窗后，設(shè)置“時(shí)間窗”參數(shù)： 運(yùn)行時(shí)間； 循環(huán)運(yùn)算次數(shù)； 采樣頻率。在系統(tǒng)窗下，創(chuàng)建以2psk傳輸系統(tǒng)為ber分析對(duì)象的仿真分析系統(tǒng)，在創(chuàng)建的系統(tǒng)中，必須使與2psk信號(hào)疊加的高斯噪聲強(qiáng)度自動(dòng)可變，才能得到隨snr改變的ber分析曲線(xiàn)，可在高斯噪聲源與加法器之間插入一個(gè)增益隨每次循環(huán)改變的“gain”圖符塊；創(chuàng)建完仿真系統(tǒng)后，單擊運(yùn)行按鈕，隨著每次循環(huán)，終值顯示框

12、內(nèi)出現(xiàn)每次的運(yùn)算結(jié)果，其中最后一列帶括弧的數(shù)據(jù)為誤比特率。循環(huán)結(jié)束后進(jìn)入分析窗，此時(shí)輸出給出的誤比特率是隨仿真時(shí)間改變的規(guī)律，欲觀(guān)察ber隨解調(diào)信號(hào)snr改變的曲線(xiàn)，需單擊“信宿計(jì)算器”按鈕，在出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框中，選中style按鈕，單擊ber plot按鈕，在其右側(cè)的“snr startdb:”欄內(nèi)輸入-10、“incrementdb:”欄內(nèi)輸入20，再選中右上角窗口內(nèi)“bit error rate 相關(guān)窗口”項(xiàng)，最后單擊ok按鈕即可顯示隨snr改變的ber曲線(xiàn)。每次循環(huán)時(shí)，輸入的2dpsk信號(hào)功率保持不變，而疊加的高斯噪聲功率逐次衰減，即snr不斷增加。疊加高斯噪聲強(qiáng)度隨循環(huán)每次減小3db變化

13、。4、相干2dpsk系統(tǒng)誤比特率測(cè)試的仿真模型的建立根據(jù)圖3-2測(cè)試的結(jié)構(gòu)框圖，建立仿真模型，模型中各圖符的參數(shù)指標(biāo)根據(jù)隨機(jī)信源和調(diào)制載波的頻率來(lái)設(shè)定，模型建立之后的參數(shù)調(diào)整直至調(diào)試出現(xiàn)正確結(jié)果的過(guò)程，也是一個(gè)對(duì)調(diào)制解調(diào)原理的不斷理解和消化的過(guò)程，其中對(duì)濾波器的截至頻率設(shè)置，抽樣判決的實(shí)現(xiàn)、碼反變換的相關(guān)參數(shù)設(shè)置、ber計(jì)算時(shí)原始信源相對(duì)抽樣判決后碼元的延遲時(shí)間的計(jì)算以及系統(tǒng)的采樣速率的設(shè)置等都能進(jìn)一步加深對(duì)原理的掌握并可通過(guò)調(diào)試結(jié)果的直觀(guān)體現(xiàn)出來(lái)，從而將抽象的原理和具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程緊密地結(jié)合起來(lái)。5、仿真結(jié)果及相干2dpsk系統(tǒng)誤比特率曲線(xiàn)繪制仿真過(guò)程波形可用瀑布圖直觀(guān)表示，要觀(guān)察的依次為原始

14、基帶信號(hào)波形、差分碼波形、2dpsk、本地載波、解調(diào)端相乘器輸出、低通濾波器輸出、抽樣判決后的波形以及碼反變換后的輸出波形。由圖觀(guān)察解調(diào)輸出與基帶輸入是否相一致，并注意二者波形時(shí)序。五、系統(tǒng)模型創(chuàng)建及波形分析1、模型的理論基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)相對(duì)調(diào)相的最常用方法如圖所示本次我們采用的是第一種碼變換法解調(diào)選用的是相干解調(diào)-碼變換法。2、相干2dpsk系統(tǒng)仿真模型及波形分析（低頻不加噪聲）（1）系統(tǒng)仿真模型圖仿真時(shí)間和循環(huán)次數(shù)的設(shè)定（2）波形分析下圖從上向下依次為：絕對(duì)碼、相對(duì)碼、和最后輸出碼形碼形分析：由上面三圖比較可知，絕對(duì)碼和相對(duì)碼服從2dpsk的編碼原理，輸出碼形和絕對(duì)碼形之間比較可知其延時(shí)了一個(gè)碼元

15、寬度2dpsk的調(diào)制信號(hào)波形為：相干解調(diào)的波形為：經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器之后的波形為：3、相干2dpsk系統(tǒng)仿真模型及波形分析（低頻加噪聲）（1）系統(tǒng)仿真模型圖仿真時(shí)間和循環(huán)次數(shù)的設(shè)定（2）波形分析下圖從上向下依次為：絕對(duì)碼、相對(duì)碼、和最后輸出碼形碼形分析：由上面三圖比較可知，絕對(duì)碼和相對(duì)碼服從2dpsk的編碼原理，但輸出碼形很明顯和絕對(duì)碼形之間差距比較大并不是延時(shí)一個(gè)碼元寬度，可見(jiàn)噪聲對(duì)相干解調(diào)產(chǎn)生了影響，出現(xiàn)了誤碼的情況2dpsk的調(diào)制信號(hào)波形為：相干解調(diào)的波形為：經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器之后的波形為：4、相干2dpsk系統(tǒng)誤比特率測(cè)試的仿真模型及波形分析（高頻加噪聲）（1）系統(tǒng)仿真模型圖仿真時(shí)間和

16、循環(huán)次數(shù)的設(shè)定誤比特率計(jì)數(shù)器的參數(shù)設(shè)置如下同時(shí)它的輸出一個(gè)為ber的cumulative average。它連接到終值接收計(jì)數(shù)器，當(dāng)進(jìn)行循環(huán)仿真時(shí)，每一個(gè)循環(huán)結(jié)束時(shí)會(huì)顯示本次循環(huán)的ber均值。該值也是用于計(jì)算ber/snr曲線(xiàn)的基礎(chǔ)。在global parameter link的選擇終參數(shù)如下設(shè)置這樣保證每次循環(huán)后信噪比遞增1.4db，級(jí)噪聲減小1db。因此在fgi,vi的值設(shè)置為-1.4*cl。對(duì)于系統(tǒng)分析窗口，此時(shí)接收計(jì)算器圖符顯示的是系統(tǒng)累計(jì)誤碼率均值相對(duì)時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)。為了得到ber/snr關(guān)系曲線(xiàn)。必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換。按計(jì)算器按鈕之后進(jìn)行如下設(shè)置： 此設(shè)置使選擇的w31：sink 45窗口

17、的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為我們需要比特誤碼率/信噪比曲線(xiàn)。高斯噪聲的波形圖為：相乘之后的調(diào)制信號(hào)為濾波后的波形為：下圖為每次循環(huán)的累計(jì)平均誤碼率均值隨snr改變的ber曲線(xiàn)ber vs snr與dpsk（coherent）的比較曲線(xiàn)誤比特率（ber）曲線(xiàn)由于此仿真用的是高頻信號(hào)源所以仿真后的絕對(duì)碼，相對(duì)碼波形沒(méi)有給出。由ber和ber vs snr的曲線(xiàn)可知，這兩個(gè)是重合的，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。六、心得體會(huì)此次可能是我們的最后一次課程設(shè)計(jì)，沒(méi)有了剛開(kāi)始的那種茫然，更多的是有條不紊的進(jìn)行著，設(shè)計(jì)、仿真。我們這次的設(shè)計(jì)還是以小組的形式，通過(guò)與同學(xué)的討論與認(rèn)真計(jì)算設(shè)計(jì)分析所完成的，課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)誤比

18、特率（ber）測(cè)試的仿真設(shè)計(jì)與分析。需要我們綜合運(yùn)用“通信原理”課程的知識(shí)，通過(guò)查閱資料、方案論證與選定；分析指標(biāo)及討論，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)會(huì)了怎樣去根據(jù)課題的要求去設(shè)計(jì)電路和調(diào)試電路。從中我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的熟練去使用我所學(xué)到的通信原理知識(shí)。在以后學(xué)習(xí)中我要加強(qiáng)對(duì)使用電路的設(shè)計(jì)和選用能力。 通過(guò)這種訓(xùn)練，我們可以掌握電路設(shè)計(jì)的基本方法，學(xué)會(huì)了systemview 軟件的基本使用為以后畢業(yè)設(shè)計(jì)和從事電子實(shí)驗(yàn)實(shí)際工作打下基礎(chǔ)。同時(shí)也讓我充分認(rèn)識(shí)到自己的空想與實(shí)踐的差別，認(rèn)識(shí)莫眼高手低，莫閉門(mén)造車(chē)，知識(shí)都在不斷更新和流動(dòng)之中，而扎實(shí)的基礎(chǔ)是一切創(chuàng)造的源泉，只有從本質(zhì)上理解了原理，才能更好的于疑途尋求柳暗花明，實(shí)現(xiàn)在科學(xué)界的美好暢游和尋得創(chuàng)造的快樂(lè)。還有就是每次在組團(tuán)c做試驗(yàn)都會(huì)感覺(jué)特別的充實(shí)，我們可以按照自己設(shè)計(jì)的電路