通信原理课程设计报告.doc

通信原理课程设计任务书课设题目数字调制系统误比特率（BER）测试的仿真设计与分析设计内容：1 设计低频条件下相干、差分相干接收2DPSK调制传输系统，做出仿真波形2以相干、差分相干接收2DPSK调制传输系统为误比特率分析对象，被调载频为2000Hz，以PN码作为二进制信源，信道为加性高斯白噪声信道，对该系统的误比特率（BER）进行SystemView仿真分析。分析要求1、学习通信系统动态仿真软件SystemView，并学会用该软件建立具体的通信系统仿真模型进行通信仿真； 2、建立相干、非相干接收2DPSK调制传输系统误比特率测试仿真模型，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。3、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。4、利用建立的SystemView DPSK系统相干、非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，并和理论曲线相比较，验证仿真的正确性；信道模型为加性高斯白噪声信道。详细原理及具体内容见指导书。目录第一章 概述4第二章 SystemView动态系统仿真软件简介52.1 SystemView系统特点52.2 SystemView仿真步骤5第三章 课程设计内容63.1 设计要求6 3.2 2DPSK系统组成及原理简介73.3误比特率简介9第四章 仿真模型的建立及结果分析104.1低频2DPSK相干解调系统104.2低频2DPSK差分解调系统134.3高频2DPSK相干解调系统误码率144.4高频2DPSK差分解调系统误码率174.5曲线分析204.6误码率调试过程中需注意的问题20第五章 心得体会23第六章 教材与参考文献24第1章 概述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，为了使我们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。通信系统作为一个实际系统，是为了满足社会与个人的需求而产生的，目的就是传送消息（数据、语音和图像等）。通信技术的发展，特别是近30年来形成了通信原理的主要理论体系，即信息论基础、编码理论、调制与解调理论、同步和信道复用等。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。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。第2章 SystemView动态系统仿真2.1 SystemView系统的特点SystemView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特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。（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。 （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。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，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。第三章 课程设计内容3.1 设计要求（1） 设计低频条件下相干、非相干接收2DPSK调制传输系统，做出仿真波形(2) 设计相干、差分接收2DPSK调制传输系统为误比特率分析对象，被调载频为2000Hz，以PN码作为二进制信源，信道为加性高斯白噪声信道，对该系统的误比特率（BER）进行SystemView仿真分析。(3) 根据所学通信原理知识，设计各个模块参数（如码元速率，载波频率等）；（4）通信系统的设计利用Systemview仿真实现实现；（5）要求报告书写规范，无书写，排版错误。图号、表号标注清楚，系统不同条件下，所得的仿真结果能进行分析比较，并得出正确的结论。3.2 2DPSK系统组成原理及简介2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。它是为了解决2PSK信号解调过程的反向工作问题而提出来的。假设前后相邻码元的载波相位差为，可定义一种数字信息与之间的关系为：= 0, 表示数字信息“0”,表示数字信息“1”1、2DPSK的调制系统2DPSK信号的实现方法：(1) 首先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示二进制信息，然后再进行绝对调相，从而产生二进制差分相位键控信号。(2)首先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示二进制信息，再输入载波信号，将基带信号与载波信号相乘输出2DPSK信号。输入PN码2DPSK输出差分编码相乘器图3-2 相乘法调制2、2DPSK的解调系统（1）差分解调法差分相干解调法方式（相位比较法）解调原理是直接比较前后码元的相位差，从而恢复发送的二进制数字信息。由于解调的同时完成了码反变换作用， 故解调器中不需要码反变换器。由于差分相干解调方式不需要专门的相干载波，因此是一种非相干解调方法。 抽样判决器低通滤波器相乘器带通滤波器延迟定时脉冲图 3-3 差分法解调（2） 相干解调法抽样判决器低通滤波器码反变换相乘器带通滤波器图3-4 相干解调法3.3、误比特率简介（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。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；第4章 仿真模型的建立及结果分析4.1 2DPSK相干解调系统1、系统搭建及参数设置图 4-1相干解调系统Token0：PN码源，参数为Amp1v、Offset0v、Rate10Hz、 levels2、phase=0；Token1、2、30、32、38:观察窗；Token 8、16: 载波信号源，参数：Amp1v、Frequency10Hz,phase=0deg；Token14：乘法器Token9：低通滤波器，截止频率为12Hz；Token25：比较器，a<b，True=1v,False=-1v；Token4、20：异或门XOR Threshold=0,True=1,False=-1，gate=0;Token28：Amp1v，Frequency20Hz,phase=0deg，Pulse Width=0.005；Token26：采样保持Sample&Hold,Hold Ctrl=1;Token9：按键,Gate Delay=0 ，Ctrl Thresh=0.05;Token40、31： Delay,Delay=0.05 ; 2、 仿真结果仿真结果波形如图。原码、相对码、2DPSK波形、比较判决后的波形、经过码反变换后的波形。4.2 2DPSK差分解调系统1、 系统搭建及参数设置 低频差分相干解调系统Token57：Amp1v，Frequency100Hz,phase=0deg，Pulse Width=0.005；Token39：PN码源，参数为Amp1v、Offset0v、Rate20Hz、 No.of levels2、phase=0；Token60：比较器，a>b，True=-1v,False=1v；Token30：采样保持Sample&Hold,Hold Ctrl=1;Token9：低通滤波器，截止频率为30Hz；Token37：按键,Gate Delay=0 ，Ctrl Thresh=0.05;Token38： Delay,Delay=0.05 ;Token40：异或门XOR Threshold=0.5,True=1,False=-1，gate=0;Token 4: 载波信号源，参数：Amp1v、Frequency40Hz,phase=0deg；Token3、62:观察窗；2、仿真结果仿真结果波形如图 4.3 2DPSK相干解调系统误码率1、系统搭建及参数设置 高频相干解调系统误码率仿真图Token39：PN码，Rate=1000Hz，Phase=0，Amplitude=1，Offset=0，No.Level=2；Token79：异或门，Threshold=0，ture output=1，false output=-1；Token38：延时，Delay=0.001s。Token79和Token38共同组成完成绝对码到相对码的变换；Token4、token63：载波，Amplitude=1，Frequency=2000Hz；Token9：3阶butterworth低通滤波器，截止频率=1200Hz；Token30：抽样，Ctrl Threshhold=0.1；Token60:比较判决,ab,ture output=1，false output=-1；Token80:异或门，ture output为1，false output为-1,Treshhold=0；Token65：延时0.001s，token65和token80共同完成了相对码到绝对码的变换；Token72：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10；Token73、token74、token81：计算误码率；2、 仿真结果仿真结果波形如图所示：下边的一条为理想误码率曲线高频相干解调系统运行过程中误码率变化 高频相干解调系统运行过程中误码率仿真曲线4.4 高频2DPSK差分解调系统误码率1、系统搭建及参数设置 高频差分解调系统误码率仿真图Token39：PN码，Rate=1000Hz，Phase=0，Amplitude=1，Offset=0，No.Level=2；Token38：延时，Delay=0.001s。Token78和Token38共同组成完成绝对码到相对码的变换；Token78：异或门，Threshold=1，ture output=1，false output=-1;Token70：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Token76：改变每次运行后的噪声，dB Power；Token4：载波，Amplitude=1，Frequency=2000Hz；Token9：3阶butterworth低通滤波器，截止频率=1200Hz；Token30：抽样，Ctrl Threshhold=0.1；Token57：位同步脉冲，Amplitude=1，频率=1000Hz，脉宽=100e-6s，Offset=0，Phase=0；Token60:比较判决,ab,ture output=1，false output=-1；Token76：改变每次运行后的噪声，dB Power；Token65、token66：计算误码率；2、 仿真结果仿真结果波形如图所示：下边的一条为理想误码率曲线 高频差分解调系统仿真过程中误码率变化高频差分解调系统误码率曲线3. 两种方法比较4.5 曲线分析1、 低频2DPSK系统分析（1）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，可以通过合理为Delay Token选择0：Delay或1：Delay-dT消除这种现象。2、误码率曲线分析（1）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（2）相干解调性能好，非相干解调解调时不需要提取载波信息来进行解调；相干解调就是解调时，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。（3）非相干解调的优越性，非相干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。相干解调需要本地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。4.6 误码率调试过程中需注意的问题1、理想误码率曲线的叠加运行后，随着每次循环，终值显示框内出现每次的运算结果。循环结束后进入分析窗，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，再选中右上角窗口内“w0:Sink74”项，如图4-16，最后单击对话框的OK按钮即可显示随SNR改变的BER曲线，叠加上理想系统的误码率曲线后如图4-17，进行系统特性比较。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。 图 4-16图 4-172、高频差分解调和高频相干解调中延时参数的计算将系统信号源输出信号延时与解调出的信号同步（可以通过计算其相关性得到精确的延时时间）,再抽样比较,抽样频率的选择应为信号频率的N倍（理论上N>=1即可，但实际调试过程中当5<N<10时最好）；合理的设置采样点数和循环次数。设置方法如下图图 4-18图 4-193、增益在高频信号（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) 。第五章 心得体会为时一个半星期的课程设计结束了，本次课程设计在刚开始的过程中不知道干什么，后来慢慢的熟悉了这个软件，学会了使用仿真软件 SystemView，学习过程中遇到许多问题如下：因为对所软件不熟悉有时找不到器件，就算找到器件也不知道如何去修改；最主要的一点是连线的问题，连线的次序不同就会得到不同的结果。通过阅读资料，最终把正确的图形给仿真出来了。仿真过程中各个参数都需要多次设置，已达到最佳效果，采样率、采样点数，载波、滤波器、误码率计算器都需要逐个设置，稍有差错图形就出不来，还有增益要经常看看有无变化，总之参数的设置特别重要。在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。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学校学习的知识。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。在这次课程设计中，运用学习成果把课堂上学的系统化的理论知识，尝试性的应用于实际设计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提高一些有创造性的建议和设想，检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大差距，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，为学习内容提供实践依据。总而言之，通过课设，我受益颇多。我更加深刻的理解了2DPSK调制解调的工作原理，熟悉并掌握了Systemview这一仿真软件。在此感谢我们的老师以及身边的同学，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；这次设计的完成离不开老师和同学们的细心指导。在这次课程设计，我们学到了很多书本上没有的知识，锻炼了我们独立思考问题、分析问题、解决问题的能力。而且本次设计有自己和队友共同完成，加强了和别人沟通的能力已经团队精神，对我们走向社会是个很好的锻炼。第六章 教材与参考文献参考文献1樊昌信，曹丽娜。通信原理（第六版）。国防工业出版社。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，20023 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, 20014 韩力.SVU实验指导书,北京理工大学内部资料,2008