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1、 通信原理课程 设计报告题目名称：数字调制系统误比特率测试的仿真设计与分析院系名称： 班 级： 学 号：学生姓名：指导教师：目录一 目录1 二 概述2 三 课程设计的基本要求3四 设计内容和目的3五 分析设计内容及步骤4六 系统模型创建及波形分析8七 心得体会21八 参考文献22 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
2、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。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，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
3、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、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。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
4、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23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A4纸打印，用统一封面装订； 课程设计原则上在1.5周内做完； 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，
5、推选出2-3个优秀设计方案。三、设计内容和目的1、设计分析内容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，以相干接收2DPSK调制传输系统为误比特率分析对象，被调载频为1000Hz，以PN码作为二进制信源，码速率Rb100bit/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、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
6、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；它以相干接收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信噪比下的误比特率,3、分析目的通过仿真操作掌握SystemView系
7、统误比特率分析的方法。四、分析设计内容及步骤1、使用Systemview进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
8、时调整参数，分析结果。2、系统组成及原理（1）2DPSK系统组成原理二进制差分相移键控（2DPSK一般原理及实现方法 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。 2DPSK系统组成原理如图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。PN码发生器差 分编码器2PSK系 统差 分译码器输出图1 2DPSK系统组成（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
9、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。（3） 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
10、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（2DPSK），2DPSK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信
11、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。 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
12、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。叠加高斯噪声强度随循环每次减小3dB变化
13、。4、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。5、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
14、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。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-码变换法。2、相干2DPSK系统仿真模型及波形分析（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（2）波形分析下图从上向下依次为：绝对码、相对码、和最后输出码形码形分析：由上面三图比较可知，绝对码和相对码服从2DPSK的编码原理，输出码形和绝对码形之间比较可知其延时了一个码元
15、宽度2DPSK的调制信号波形为：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2DPSK系统仿真模型及波形分析（低频加噪声）（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2DPSK的编码原理，但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2DPSK的调制信号波形为：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2DPSK系统误比特率测试的仿真模型及波形分析（高频加噪声）（1）系统仿真模型图仿真时间和
16、循环次数的设定误比特率计数器的参数设置如下同时它的输出一个为BER的Cumulative Average。它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BER均值。该值也是用于计算BER/SNR曲线的基础。在Global Parameter Link的选择终参数如下设置这样保证每次循环后信噪比递增1.4dB，级噪声减小1dB。因此在FGi,Vi的值设置为-1.4*cl。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BER/SNR关系曲线。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w31：sink 45窗口
17、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：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随SNR改变的BER曲线BER VS SNR与DPSK（coherent）的比较曲线误比特率（BER）曲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BER和BER VS SNR的曲线可知，这两个是重合的，验证了设计的正确性。六、心得体会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
18、特率（BER）测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SystemView 软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
19、，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我们怎么怎么，而是给了我们尽可能大的自己决定的余地， 而且老师都很耐心的为我们解决试验中所出现的问题，像以前做实验一样，到最后嗓子沙哑，有时候甚至耽误了回去的班车，但你们也没有说过什么，最后真心的感谢老师对我们课程设计的建议和帮助，我们才得以圆满的！完成这次课程设计七、参考文献 2 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，20023 韩力.SVU实验指导书,北京理工大学内部资料,20084 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 - 23 -