通信原理課程設(shè)計報告---數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)誤比特率測試的仿真設(shè)計與分析

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1、概述3</b></p><p><b>　　2、設(shè)計要求4</b></p><p>　　2.1、課程設(shè)計組織形式4</p><p>　　2.2、課程設(shè)計具體要求4</p><

2、p>　　2.3、分析內(nèi)容要求5</p><p><b>　　3、軟件簡介5</b></p><p>　　4、設(shè)計內(nèi)容原理簡介8</p><p>　　4.1、2DPSK系統(tǒng)組成原理8</p><p>　　4.2、誤比特率（BER：Bit Error Rate）8</p><p>　　

3、4.3、2DPSK系統(tǒng)誤比特率測試的結(jié)構(gòu)框圖9</p><p>　　4.4、相干2DPSK系統(tǒng)誤比特率測試的仿真模型的建立10</p><p>　　4.5、仿真結(jié)果及相干2DPSK系統(tǒng)誤比特率曲線繪制11</p><p>　　5、仿真模型的建立及結(jié)果分析11</p><p>　　5.1 2DPSK的高頻差分解調(diào)11</p&g

4、t;<p>　　5.2 2DPSK高頻相干解調(diào)12</p><p>　　5.3 2DPSK低頻相干解調(diào)14</p><p>　　5.3.1 2DPSK相干解調(diào)仿真圖14</p><p>　　5.3.2 觀察并分析“分析窗口”的波形15</p><p>　　5.4低頻差分解調(diào)18</p><p&

5、gt;　　6、總結(jié)及心得體會22</p><p><b>　　7、參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　1、概述</b></p><p>　　《通信原理》課程設(shè)計是通信工程、電子信息工程專業(yè)教學(xué)的重要的實踐性環(huán)節(jié)之一，《通信原理》課程是通信、電子信息專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其內(nèi)容幾乎囊括了所有通信系統(tǒng)的基本

6、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)的硬件實驗，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，驗證、消化和鞏固其基本理論，增強對通信系統(tǒng)的感性認(rèn)識，培養(yǎng)實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)束后我們開設(shè)了《通信原理》課程設(shè)計這一實踐環(huán)節(jié)。</p><p>　　Systemview是ELANIX公司推出的一個完整的動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計、模擬和分析的可視化仿真

7、平臺。從濾波器設(shè)計、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，直到一般的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立等各個領(lǐng)域， Systemview 在友好而且功能齊全的窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個精密的嵌入式分析工具。它作為一種強有力的基于個人計算機的動態(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)計與仿真的目的，特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和方案論證，尤其適合于無線電話、無繩電話、尋呼機、調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星通訊等通信系統(tǒng)；并可進(jìn)行各

8、種系統(tǒng)時域和頻域分析、譜分析，及對各種邏輯電路、射頻/模擬電路（混合器、放大器、RLC電路、運放電路等）進(jìn)行理論分析和失真分析。 在通信系統(tǒng)分析和設(shè)計領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　在本課程設(shè)計中學(xué)生通過運用先進(jìn)的仿真軟件對通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計，既可深化對所學(xué)理論的理解，完成實驗室中用硬件難以實現(xiàn)的大型系統(tǒng)設(shè)計，又可使學(xué)生在實踐中提高綜合設(shè)計及分析解決實際問題的能力，加強系統(tǒng)性和工程性的訓(xùn)練。<

9、;/p><p><b>　　2、設(shè)計要求</b></p><p>　　2.1、課程設(shè)計組織形式</p><p>　　課程設(shè)計過程按分組的方式進(jìn)行，由指導(dǎo)教師向?qū)W生發(fā)放有關(guān)的課程設(shè)計背景資料，并向?qū)W生講述課程設(shè)計的方法、步驟和要求，設(shè)計過程采取課堂集中輔導(dǎo)，分散設(shè)計的方式進(jìn)行。課程設(shè)計按2～3個人為一組，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)

10、上形成設(shè)計方案，課程設(shè)計結(jié)束要求提交一份課程設(shè)計報告書，必要時可要求各小組選出一個代表，進(jìn)行課程設(shè)計方案演示和答辯，評出若干優(yōu)秀設(shè)計成果。</p><p>　　2.2、課程設(shè)計具體要求</p><p>　?。?） 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)各個部分之間的關(guān)系，畫出系統(tǒng)框圖。</p><p>　?。?）基本系統(tǒng)搭建

11、和圖標(biāo)定義：從各種功能庫中選取滿足需要的可視化圖符和功能模塊，組建系統(tǒng)，設(shè)置各個功能模塊的參數(shù)和指標(biāo)，在系統(tǒng)窗口按照設(shè)計功能框圖完成圖標(biāo)的連接；</p><p>　?。?） 調(diào)整參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)模擬參數(shù)設(shè)置，包括運行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置（系統(tǒng)模擬時間、采樣速率等）等。</p><p>　　（4）運行結(jié)果分析：在系統(tǒng)的關(guān)鍵點處設(shè)置觀察窗口，利用接收計算器分析仿真數(shù)據(jù)和波形，用于檢查、監(jiān)測模擬系統(tǒng)的運行

12、情況，以便及時調(diào)整參數(shù)，分析結(jié)果。</p><p>　　2.3、分析內(nèi)容要求</p><p>　?。?）．觀測仿真過程中原始基帶信號波形、差分碼波形、2DPSK信號波形、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。觀測輸入和輸出波形的時序關(guān)系；</p><p>　　（2）．在2DPSK系統(tǒng)中，“差分編碼／譯碼”環(huán)節(jié)的引入可以

13、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°，運行觀察體會2DPSK系統(tǒng)時如何克服同步載波與調(diào)制載波間180°相位模糊度的。</p><p>　　（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

14、試，產(chǎn)生該系統(tǒng)的BER曲線以此評估通信系統(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)鏈接功能通過設(shè)置循環(huán)來改變噪聲功率得到不同信噪比下的誤比特率,</p><p><b>　　3、軟件簡介</b></p><p>　　SystemView是美國Elanix公司推出的基于Windows環(huán)境下運行的用于系統(tǒng)仿真分

15、析的可視化工具。利用該軟件可以進(jìn)行通信系統(tǒng)的仿真，也可以構(gòu)建一些復(fù)雜的模擬、數(shù)字和多速率系統(tǒng)。SystemView的圖符資源十分豐富，包括基本庫和專業(yè)庫。基本庫中有加法器、乘法器、多種信號源、接收器、各種函數(shù)運算器等；專業(yè)庫有通信、邏輯、數(shù)字信號處理、射頻／模擬等特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)設(shè)計、仿真和方案論證，其特點簡要介紹如下：1.強大的動態(tài)系統(tǒng)設(shè)計與仿真功能SystemView 提供了開發(fā)電子系統(tǒng)的模擬和數(shù)字工具，包含幾百種信號源、

16、接收端、操作符和功能塊，各功能模塊都用形象直觀的圖符表示，使用SystemView不用編程，只需用鼠標(biāo)從SystemView庫中選擇圖符，并將他們拖到設(shè)計窗口中就可以構(gòu)造出各種線性和非線性、離散和連續(xù)、模擬、數(shù)字、模數(shù)混合系統(tǒng)以及各種多速率系統(tǒng)，可用于各種線性和非線性控制系統(tǒng)的仿真。由于SystemView的所有圖符都有相似的參數(shù)定義窗口，我們所做的只是根據(jù)需要修改所調(diào)用圖符的參數(shù)。2.方便快捷SystemView使用了用戶熟悉的W

17、indows界面的功能鍵，用</p><p>　　4、設(shè)計內(nèi)容原理簡介</p><p>　　4.1、2DPSK系統(tǒng)組成原理</p><p>　　2DPSK系統(tǒng)組成原理如圖3-1所示，系統(tǒng)中差分編、譯碼器是用來克服2PSK系統(tǒng)中接收提取載波的180°相位模糊度。</p><p>　　4.2、誤比特率（BER：Bit Error Rat

18、e）</p><p>　　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)性能的重要指標(biāo)，誤比特率越低說明抗干擾性能越強。對于多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，一般用誤符號率（Symble Error Rate）表示，誤符號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率之間的換算關(guān)系近似為：</

19、p><p>　　其中，M為進(jìn)制數(shù)，且誤比特率小于誤符號率。</p><p>　　4.3、2DPSK系統(tǒng)誤比特率測試的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　在二進(jìn)制傳輸系統(tǒng)中誤比特率BER（ Bit Error Rate） 是指出現(xiàn)碼傳輸錯誤的概率，誤比特率越低說明抗干擾性能越強。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信號傳輸系統(tǒng)中存在相位不確定性，易

20、造成接收碼元“0”和“1”的顛倒，產(chǎn)生誤碼。這個問題將直接影響2PSK信號用于長距離傳輸。為克服此缺點并保存2PSK信號的優(yōu)點，采用二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK），2DPSK信號的產(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)中的一個重點和難點。</p><p>　　2DPSK信號克服了2PSK信號的相位“模糊”問題， 但其誤碼率性能略差于2PSK，2DPSK信號的解調(diào)主要有兩種方法：一是相位比較法

21、，另一是極性比較法，相干DPSK系統(tǒng)BER測試?yán)鸖ystemView軟件來產(chǎn)生一個通信系統(tǒng)的BER曲線以此評估通信系統(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)鏈接功能通過設(shè)置循環(huán)來改變噪聲功率得到不同信噪比下的誤比特率,相干2DPSK系統(tǒng)誤比特率測試的結(jié)構(gòu)框圖如下：</p><p>　　圖3-2 相干2DPSK系統(tǒng)誤比特率測試的結(jié)構(gòu)框圖</p>

22、;<p>　　SystemView的通信庫（Comm Lib）中提供了BER分析的專用圖符塊，可直接調(diào)用。在系統(tǒng)窗下，創(chuàng)建以2PSK傳輸系統(tǒng)為BER分析對象的仿真分析系統(tǒng)，在創(chuàng)建的系統(tǒng)中，必須使與2PSK信號疊加的高斯噪聲強度自動可變，才能得到隨SNR改變的BER分析曲線，可在高斯噪聲源與加法器之間插入一個增益隨每次循環(huán)改變的“Gain”圖符塊；</p><p>　　創(chuàng)建完仿真系統(tǒng)后，單擊運行按鈕，

23、隨著每次循環(huán)，終值顯示框內(nèi)出現(xiàn)每次的運算結(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，此時輸出給出的誤比特率是隨仿真時間改變的規(guī)律，欲觀察BER隨解調(diào)信號SNR改變的曲線，需單擊“信宿計算器”按鈕，在出現(xiàn)的對話框中，選中Style按鈕，單擊BER Plot按鈕，在其右側(cè)的“SNR Start[dB]:”欄內(nèi)輸入-10、“Increment[dB]:”欄內(nèi)輸入20，再選中右上角窗口內(nèi)“Bit Error Rate 相關(guān)窗

24、口”項，最后單擊OK按鈕即可顯示隨SNR改變的BER曲線。每次循環(huán)時，輸入的2DPSK信號功率保持不變，而疊加的高斯噪聲功率逐次衰減，即SNR不斷增加。</p><p>　　疊加高斯噪聲強度隨循環(huán)每次減小3dB變化。</p><p>　　4.4、相干2DPSK系統(tǒng)誤比特率測試的仿真模型的建立</p><p>　　根據(jù)圖3-2測試的結(jié)構(gòu)框圖，建立仿真模型，模型中各圖符

25、的參數(shù)指標(biāo)根據(jù)隨機信源和調(diào)制載波的頻率來設(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)果的過程，也是一個對調(diào)制解調(diào)原理的不斷理解和消化的過程，其中對濾波器的截至頻率設(shè)置，抽樣判決的實現(xiàn)、碼反變換的相關(guān)參數(shù)設(shè)置、BER計算時原始信源相對抽樣判決后碼元的延遲時間的計算以及系統(tǒng)的采樣速率的設(shè)置等都能進(jìn)一步加深對原理的掌握并可通過調(diào)試結(jié)果的直觀體現(xiàn)出來，從而將抽象的原理和具體的實現(xiàn)過程緊密地結(jié)合起來。</p><p>　

26、　4.5、仿真結(jié)果及相干2DPSK系統(tǒng)誤比特率曲線繪制</p><p>　　仿真過程波形可用瀑布圖直觀表示，要觀察的依次為原始基帶信號波形、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。由圖觀察解調(diào)輸出與基帶輸入是否相一致，并注意二者波形時序。</p><p>　　5、仿真模型的建立及結(jié)果分析</p><p

27、>　　5.1 2DPSK的高頻差分解調(diào)</p><p>　　圖-5.1.1高頻差分解調(diào)原理圖</p><p>　　系統(tǒng)基本參數(shù)：基帶信號頻率=1000HZ，電平=1，偏移=0,邏輯異或threshold=500e-3，tureoutput=1，F(xiàn)ALSEoutput=-1，延遲塊delay=1e-3，載波頻率=2e+3HZ,模擬低通濾波器頻率=1.5e+3HZ，極點個數(shù)位3，保持器

28、gain=1，比較器a>=b。</p><p>　　圖-5.1.2高頻差分解調(diào)輸出波形</p><p>　　5.2 2DPSK高頻相干解調(diào)</p><p>　　圖-5.2.1高頻相干解調(diào)原理圖</p><p>　　系統(tǒng)基本參數(shù)：基帶信號頻率=1000HZ，電平=1，偏移=0,邏輯異或threshold=500e-3，tureoutpu

29、t=1，F(xiàn)ALSEoutput=-1，延遲塊delay=1e-3，載波頻率=2e+3HZ,模擬低通濾波器頻率=1.5e+3HZ，極點個數(shù)位3，保持器gain=1，比較器a>=b。</p><p>　　圖-5.2.2高頻相干解調(diào)輸出波形</p><p>　　5.3 2DPSK低頻相干解調(diào)</p><p>　　5.3.1 2DPSK相干解調(diào)仿真圖</p&

30、gt;<p>　　圖-5.3.1低頻相干解調(diào)原理圖</p><p>　　圖-5.3.2低頻相干解調(diào)輸出波形</p><p>　　5.3.2 觀察并分析“分析窗口”的波形</p><p>　　1. 輸入的二進(jìn)制基帶波形（絕對碼）：</p><p>　　圖-5.3.3 2DPSK相干解調(diào)輸入的基帶信號</p><

31、p>　　輸入的基帶信號（絕對碼）是二進(jìn)制雙極性偽隨機碼（即PN序列），頻率為20Hz，圖5.3.3中可看出輸入的序列為“01101000101”。</p><p>　　2. 2DPSK調(diào)制中輸出的相對碼：</p><p>　　圖-5.3.4 2DPSK調(diào)制中輸出的相對碼</p><p>　　輸入的基帶絕對碼經(jīng)過差分編碼器轉(zhuǎn)換成絕對碼。</p>

32、<p>　　3. 2DPSK相干解調(diào)中已調(diào)信號與載波相乘的波形：</p><p>　　圖5.3.5 2DPSK相干解調(diào)中已調(diào)信號與載波相乘輸出波形</p><p>　　從圖5.3.5中可以看出2DPSK相干解調(diào)中已調(diào)信號與載波相乘輸出的波形中含有很多高頻成分，我們需要用低通濾波器將這些高頻成分濾除，得到需要的直流分量。</p><p>　　4 . 2DPS

33、K經(jīng)過低通波形：</p><p>　　圖-5.3.62DPSK相干解調(diào)經(jīng)過低通波形</p><p>　　圖-5.3.7 解調(diào)出的絕對碼</p><p>　　在仿真時當(dāng)?shù)玫揭颜{(diào)信號與載波相乘的波形后，再經(jīng)過低通濾波器、采樣器、保持電路、抽樣判決器，得到解調(diào)出的相對碼。最后經(jīng)過差分譯碼器，就可以得到解調(diào)出的絕對碼（即輸入的原始基帶信號），從圖可以看出2DPSK相干解調(diào)出

34、來的波形與輸入的原基帶信號基本保持一致，有一點延遲，但在允許范圍內(nèi)，仿真正確。</p><p><b>　　5.4低頻差分解調(diào)</b></p><p>　　圖-5.4.1低頻差分解調(diào)原理圖</p><p>　　圖-5.4.2低頻差分解調(diào)輸出波形</p><p>　　圖-5.4.3低頻差分解調(diào)絕對碼波形</p>

35、<p>　　輸入的基帶信號（絕對碼）是二進(jìn)制雙極性偽隨機碼（即PN序列），頻率為20Hz，圖5.4.3中可看出輸入的序列為“100011110”。</p><p>　　圖-5.4.4低頻差分解調(diào)相對碼波形</p><p>　　圖-5.4.5 2DPSK差分解調(diào)中已調(diào)信號與載波相乘輸出波形</p><p>　　從圖5.4.5中可以看出2DPSK相干解調(diào)中

36、已調(diào)信號與載波相乘輸出的波形中含有很多高頻成分，我們需要用低通濾波器將這些高頻成分濾除，得到需要的直流分量。</p><p>　　圖-5.4.6 2DPSK差分解調(diào)經(jīng)過低通波形</p><p>　　圖-5.4.7 差分解調(diào)出的絕對碼波形</p><p>　　在仿真時當(dāng)?shù)玫揭颜{(diào)信號與載波相乘的波形后，再經(jīng)過低通濾波器、采樣器、保持電路、抽樣判決器，得到解調(diào)出的相對碼。

37、最后經(jīng)過差分譯碼器，就可以得到解調(diào)出的絕對碼（即輸入的原始基帶信號），從圖可以看出2DPSK相干解調(diào)出來的波形與輸入的原基帶信號基本保持一致，有一點延遲，但在允許范圍內(nèi)，仿真正確。</p><p><b>　　6、總結(jié)及心得體會</b></p><p>　　為期1.5周的通信原理課程設(shè)計結(jié)束了。通過本次課程設(shè)計對于我這學(xué)期所學(xué)的2DPSK的調(diào)制和解調(diào)的原理的進(jìn)一步熟悉

38、，不僅如此，我們通過這次還學(xué)習(xí)到了利用SystemView的仿真，使得我在學(xué)好理論知識的時候應(yīng)用于實際中的去，在做課程設(shè)計的時候遇到問題，使得對于通信原理的知識更加的深刻，同時也增加了動手能力和獨立思考能力，更能培養(yǎng)我們對通信原理課程的興趣。以前沒有接觸SystemView這個軟件，第一次接觸這個軟件，了解及其熟悉這個軟件是在做課設(shè)前必須要克服的困難。SystemView在通信仿真軟件中也是具有分出重要的地位的，作為學(xué)習(xí)信息的我們，掌握

39、SystemView軟件是對我們最基本的要求。所以這次課程設(shè)計對于我來說是一個非常好的機會來學(xué)習(xí)這款軟件，通過自己把這些電路圖實現(xiàn)，能夠基本掌握了其中一些常用的軟件的相關(guān)知識。對于以后進(jìn)一步去掌握這款軟件打下堅實的基礎(chǔ)。在這次課程設(shè)計中，我通過由不熟悉這款軟件，到自學(xué)其中的知識，并且閱讀相關(guān)指導(dǎo)書了解窗口中的界面的介紹，結(jié)合老師所給的參考的資料內(nèi)容，通過不斷摸索最終學(xué)會了這款軟件，并獨立完成全部的仿真的內(nèi)容，仿真的結(jié)果達(dá)到了我們預(yù)期的效

40、果，同時</p><p><b>　　7、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 樊昌信，張甫翊，徐炳祥，吳成柯.通信原理(第五版)[M] 北京：國防工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[2] 羅衛(wèi)兵，孫樺，張捷.SystemView動態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設(shè)計[M] 北京：電子工業(yè)出版社，2002</p>&l

41、t;p>　　[3] 李東生, 雍愛霞, 左洪浩。System View 系統(tǒng)設(shè)計及仿真入門與應(yīng)用[M] 北京: 電子工業(yè)出版社, 2002</p><p>　　[4] 青松, 程岱松, 武建華等。數(shù)字通信系統(tǒng)的System View仿真與分析[M] 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2001</p><p>　　[5] 仇潤鶴,劉世地,唐明浩.SystemView 及其通信系統(tǒng)仿真分