通信原理专业课程设计方案报告.doc

中 原 工 学 院
课 程 设 计 任 务 书
姓 名
谢硕　
学 号

班 级
　信息082班
学 院
电 子 信 息 学 院
课 程
通信原理课程设计
题 目
数字调制系统误比特率（BER）测试仿真设计和分析　
设 计 任 务
　1.利用SystemView软件根据课设指导书分别画出2DPSK系统中相干解调和差分解调高频和不加噪声时低频误比特率仿真测试原理图。
　2.观察低频仿真过程中原始基带信号波形、差分码波形、2DPSK信号波形、当地载波、解调端相乘器输出、低通滤波器输出、抽样判决输出波形和码反变换后输出波形。观察输入和输出波形时序关系。
　3.在2DPSK系统中，“差分编码／译码”步骤引入能够有效地克服接收提取载波存在180°相位模糊度，即使接收端同时载波和发送端调制载波间出现倒相180°现象，差分译码输出码序列不会全部倒相。重新设置接收载波源参数，将其中相位设为180°，运行观察体会2DPSK系统时怎样克服同时载波和调制载波间180°相位模糊度。
　4.利用建立SystemView DPSK系统相干接收仿真模型进行BER测试，产生该系统BER曲线以此评定通信系统性能。
时 间 进 度
课程设计要求在1.5周内做完
关键参考资料
[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，
[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，
[3] 李东生, 雍爱霞, 左洪浩。System View 系统设计及仿真入门和应用[M] 北京: 电子工业出版社,
[4] 青松, 程岱松, 武建华等。数字通信系统System View仿真和分析[M] 北京: 北京航空航天大学出版社,

目录
1、概述 3
2、设计要求 4
2.1、课程设计组织形式 4
2.2、课程设计具体要求 4
2.3、分析内容要求 5
3、软件介绍 5
4、设计内容原理介绍 8
4.1、2DPSK系统组成原理 8
4.2、误比特率（BER：Bit Error Rate） 8
4.3、2DPSK系统误比特率测试结构框图 9
4.4、相干2DPSK系统误比特率测试仿真模型建立 10
4.5、仿真结果及相干2DPSK系统误比特率曲线绘制 11
5、仿真模型建立及结果分析 11
5.1 2DPSK高频差分解调 11
5.2 2DPSK高频相干解调 12
5.3 2DPSK低频相干解调 14
5.3.1 2DPSK相干解调仿真图 14
5.3.2 观察并分析“分析窗口”波形 15
5.4低频差分解调 18
6、总结及心得体会 22
7、参考文件 23

1、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关键实践性步骤之一，《通信原理》课程是通信、电子信息专业最关键专业基础课，其内容几乎囊括了全部通信系统基础框架，但因为在学习中有些内容未免抽象，而且不是每部分内容全部有对应硬件试验，为了使学生能够更深入加深了解通信电路和通信系统原理及其应用，验证、消化和巩固其基础理论，增强对通信系统感性认识，培养实际工作能力和从事科学研究基础技能，在通信原理理论教学结束后我们开设了《通信原理》课程设计这一实践步骤。
Systemview是ELANIX企业推出一个完整动态系统设计、模拟和分析可视化仿真平台。从滤波器设计、信号处理、完整通信系统设计和仿真，直到通常系统数学模型建立等各个领域， Systemview 在友好而且功效齐全窗口环境下，为用户提供了一个精密嵌入式分析工具。它作为一个强有力基于个人计算机动态通信系统仿真工具，可达成在不含有优异仪器条件下也能完成复杂通信系统设计和仿真目标，尤其适合于现代通信系统设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进行多种系统时域和频域分析、谱分析，及对多种逻辑电路、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含有宽广应用前景。
在本课程设计中学生经过利用优异仿真软件对通信系统进行仿真设计，既可深化对所学理论了解，完成试验室中用硬件难以实现大型系统设计，又可使学生在实践中提升综合设计及分析处理实际问题能力，加强系统性和工程性训练。
2、设计要求
2.1、课程设计组织形式
课程设计过程按分组方法进行，由指导老师向学生发放相关课程设计背景资料，并向学生讲述课程设计方法、步骤和要求，设计过程采取课堂集中教导，分散设计方法进行。课程设计按2～3个人为一组，要求在小组内分工协作、充足讨论、相互启发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汇报书，必需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，评出若干优异设计结果。
2.2、课程设计具体要求
（1） 建立系统模型：依据通信系统基础原理确定总系统功效，并将各部分功效模块化，依据各个部分之间关系，画出系统框图。
（2）基础系统搭建和图标定义：从多种功效库中选择满足需要可视化图符和功效模块，组建系统，设置各个功效模块参数和指标，在系统窗口根据设计功效框图完成图标连接；
（3） 调整参数，实现系统模拟参数设置，包含运行系统参数设置（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，用于检验、监测模拟系统运行情况，方便立即调整参数，分析结果。
2.3、分析内容要求
（1）．观察仿真过程中原始基带信号波形、差分码波形、2DPSK信号波形、当地载波、解调端相乘器输出、低通滤波器输出、抽样判决输出波形和码反变换后输出波形。观察输入和输出波形时序关系；
（2）．在2DPSK系统中，“差分编码／译码”步骤引入能够有效地克服接收提取载波存在180°相位模糊度，即使接收端同时载波和发送端调制载波间出现倒相180°现象，差分译码输出码序列不会全部倒相。重新设置接收载波源参数，将其中相位设为180°，运行观察体会2DPSK系统时怎样克服同时载波和调制载波间180°相位模糊度。
（3）、利用建立SystemView DPSK系统相干接收仿真模型进行BER测试，产生该系统BER曲线以此评定通信系统性能；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效经过设置循环来改变噪声功率得到不一样信噪比下误比特率,
3、软件介绍
SystemView是美国Elanix企业推出基于Windows环境下运行用于系统仿真分析可视化工具。利用该软件能够进行通信系统仿真，也能够构建部分复杂模拟、数字和多速率系统。SystemView图符资源十分丰富，包含基础库和专业库。基础库中有加法器、乘法器、多个信号源、接收器、多种函数运算器等；专业库有通信、逻辑、数字信号处理、射频／模拟等尤其适合于现代通信系统设计、仿真和方案论证，其特点简明介绍以下：
1.强大动态系统设计和仿真功效
SystemView 提供了开发电子系统模拟和数字工具，包含几百种信号源、接收端、操作符和功效块，各功效模块全部用形象直观图符表示，使用SystemView不用编程，只需用鼠标从SystemView库中选择图符，并将她们拖到设计窗口中就能够结构出多种线性和非线性、离散和连续、模拟、数字、模数混合系统和多种多速率系统，可用于多种线性和非线性控制系统仿真。因为SystemView全部图符全部有相同参数定义窗口，我们所做只是依据需要修改所调用图符参数。
2.方便快捷
SystemView使用了用户熟悉Windows界面功效键，用户能够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，分析窗口中分析结果以图形直观显示，使得对所设计系统修改、调试简单易行，达成实时修改、实时显示操作效果。用户还能够在屏幕上给设计系统加上注解，在SystemView高版本中，系统输出波形图能够方便插入Word中进行编辑。
3.提供基于组织结构图方法设计
经过利用图符和MetaSystem（子系统）对象无限制分层结构功效，SystemView能够很轻易地建立复杂系统。用户首先能够定义部分简单功效组，再经过对这些简单功效组连接进而实现一个大系统，利用系统提供子系统结构功效能够将这个大系统形成一个对应子系统，这么，单一图符就能够代表一个复杂系统。MataSystem操作方法和系统提供其它图符使用方法类同，只要用鼠标器单击一下该子系统，就会出现一个特定窗口来显示出复杂MataSystem结构。不过在SystemView学习版中没有MataSystem图符功效，必需升级到专业版才有此功效。
4.完备滤波器和线性系统设计
SystemView包含一个功效强大、很轻易使用图形模板设计环境，便于模拟和数字和离散和连续时间系统设计，同时还包含大量FIR/IIR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参数。
5.多速率系统和并行功效
SystemView能够对含有多个数据采样率输入系统进行合并，以简化FIR滤波器实施，这种特征尤其适合于同时含有低通和高通部分通信系统设计和仿真，该特征有效地提升了整个系统仿真速度，而在局部又不会降低仿真精度，同时还降低了系统对计算机硬件配置要求。
6.优异信号分析和数据块处理
SystemView分析窗口是一个能够对系统波形进行具体检验交互式可视环境。分析窗口还提供了一个能对仿真生成数据进行优异块处理操作接收计算器。接收计算器块处理功效十分强大，内容也相当广泛，能够完全满足通常所需要分析要求。这些功效包含：应用DSP窗口、余切、自动并联、平均值、复杂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、功效百分比尺、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许可用户输入数据，并对其进行处理，也能够将处理结果输出到外部数据文件。另外，她还提供了和VC++及Matlab接口，用户能够方便地调用其函数或自定义图标功效。
8.完善自我诊疗功效
SystemView能自动实施系统连接检验，并显示连接犯错信息和指出犯错图符，这个特点对用户系统诊疗是十分有效。
总而言之， SystemView支持嵌入式系统和多层子系统、全部逻辑功效、开关和非线性装置组件，完整信号源，内部系统诊疗和连接检验，分析窗口多图显示，在线帮助系统，使你能够快速方便地设计、开发和测试多种系统。是现在国际上较优异系统设计和仿真软件。
4、设计内容原理介绍
4.1、2DPSK系统组成原理
2DPSK系统组成原理图3-1所表示，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4-1 2DPSK系统组成

4.2、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概率，也就是二进制系统误码率，它是衡量二进制数字调制系统性能关键指标，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，通常见误符号率（Symble Error Rate）表示，误符号率和误比特率之间能够进行换算，比如采取格雷编码MPSK系统，其误比特率和误符号率之间换算关系近似为：

其中，M为进制数，且误比特率小于误符号率。
4.3、2DPSK系统误比特率测试结构框图
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概率，误比特率越低说明抗干扰性能越强。多个基础数字调制方法中，2PSK含有最好误码率性能，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”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。为克服此缺点并保留2PSK信号优点，采取二进制差分相移键控（2DPSK），2DPSK信号产生原理、调制解调方法和误比特率分析也是通信原理教学中一个关键和难点。
2DPSK信号克服了2PSK信号相位“模糊”问题， 但其误码率性能略差于2PSK，2DPSK信号解调关键有两种方法：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BER曲线以此评定通信系统性能；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效经过设置循环来改变噪声功率得到不一样信噪比下误比特率,相干2DPSK系统误比特率测试结构框图以下：

图3-2 相干2DPSK系统误比特率测试结构框图
SystemView通信库（Comm Lib）中提供了BER分析专用图符块，可直接调用。在系统窗下，创建以2PSK传输系统为BER分析对象仿真分析系统，在创建系统中，必需使和2PSK信号叠加高斯噪声强度自动可变，才能得到随SNR改变BER分析曲线，可在高斯噪声源和加法器之间插入一个增益随每次循环改变“Gain”图符块；
创建完仿真系统后，单击运行按钮，伴随每次循环，终值显示框内出现每次运算结果，其中最终一列带括弧数据为误比特率。循环结束后进入分析窗，此时输出给出误比特率是随仿真时间改变规律，欲观察BER随解调信号SNR改变曲线，需单击“信宿计算器”按钮，在出现对话框中，选中Style按钮，单击BER Plot按钮，在其右侧“SNR Start[dB]:”栏内输入-10、“Increment[dB]:”栏内输入20，再选中右上角窗口内“Bit Error Rate 相关窗口”项，最终单击OK按钮即可显示随SNR改变BER曲线。每次循环时，输入2DPSK信号功率保持不变，而叠加高斯噪声功率逐次衰减，即SNR不停增加。
叠加高斯噪声强度随循环每次减小3dB改变。
4.4、相干2DPSK系统误比特率测试仿真模型建立
依据图3-2测试结构框图，建立仿真模型，模型中各图符参数指标依据随机信源和调制载波频率来设定，模型建立以后参数调整直至调试出现正确结果过程，也是一个对调制解调原理不停了解和消化过程，其中对滤波器截至频率设置，抽样判决实现、码反变换相关参数设置、BER计算时原始信源相对抽样判决后码元延迟时间计算和系统采样速率设置等全部能深入加深对原理掌握并可经过调试结果直观表现出来，从而将抽象原理和具体实现过程紧密地结合起来。
4.5、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，要观察依次为原始基带信号波形、差分码波形、2DPSK、当地载波、解调端相乘器输出、低通滤波器输出、抽样判决后波形和码反变换后输出波形。由图观察解调输出和基带输入是否相一致，并注意二者波形时序。
5、仿真模型建立及结果分析
5.1 2DPSK高频差分解调

图-5.1.1高频差分解调原理图
系统基础参数：基带信号频率=1000HZ，电平=1，偏移=0,逻辑异或threshold=500e-3，tureoutput=1，FALSEoutput=-1，延迟块delay=1e-3，载波频率=2e+3HZ,模拟低通滤波器频率=1.5e+3HZ，极点个数位3，保持器gain=1，比较器a>=b。

图-5.1.2高频差分解调输出波形
5.2 2DPSK高频相干解调

图-5.2.1高频相干解调原理图
系统基础参数：基带信号频率=1000HZ，电平=1，偏移=0,逻辑异或threshold=500e-3，tureoutput=1，FALSEoutput=-1，延迟块delay=1e-3，载波频率=2e+3HZ,模拟低通滤波器频率=1.5e+3HZ，极点个数位3，保持器gain=1，比较器a>=b。

图-5.2.2高频相干解调输出波形
5.3 2DPSK低频相干解调
5.3.1 2DPSK相干解调仿真图

图-5.3.1低频相干解调原理图

图-5.3.2低频相干解调输出波形
5.3.2 观察并分析“分析窗口”波形
1. 输入二进制基带波形（绝对码）：

图-5.3.3 2DPSK相干解调输入基带信号
输入基带信号（绝对码）是二进制双极性伪随机码（即PN序列），频率为20Hz，图5.3.3中可看出输入序列为“”。
2. 2DPSK调制中输出相对码：

图-5.3.4 2DPSK调制中输出相对码
输入基带绝对码经过差分编码器转换成绝对码。
3. 2DPSK相干解调中已调信号和载波相乘波形：

图5.3.5 2DPSK相干解调中已调信号和载波相乘输出波形
从图5.3.5中能够看出2DPSK相干解调中已调信号和载波相乘输出波形中含有很多高频成份，我们需要用低通滤波器将这些高频成份滤除，得到需要直流分量。
4 . 2DPSK经过低通波形：

图-5.3.62DPSK相干解调经过低通波形

图-5.3.7 解调出绝对码
在仿真时当得到已调信号和载波相乘波形后，再经过低通滤波器、采样器、保持电路、抽样判决器，得到解调出相对码。最终经过差分译码器，就能够得到解调出绝对码（即输入原始基带信号），从图能够看出2DPSK相干解调出来波形和输入原基带信号基础保持一致，有一点延迟，但在许可范围内，仿真正确。

5.4低频差分解调

图-5.4.1低频差分解调原理图

图-5.4.2低频差分解调输出波形

图-5.4.3低频差分解调绝对码波形

输入基带信号（绝对码）是二进制双极性伪随机码（即PN序列），频率为20Hz，图5.4.3中可看出输入序列为“”。

图-5.4.4低频差分解调相对码波形

图-5.4.5 2DPSK差分解调中已调信号和载波相乘输出波形

从图5.4.5中能够看出2DPSK相干解调中已调信号和载波相乘输出波形中含有很多高频成份，我们需要用低通滤波器将这些高频成份滤除，得到需要直流分量。

图-5.4.6 2DPSK差分解调经过低通波形

图-5.4.7 差分解调出绝对码波形

在仿真时当得到已调信号和载波相乘波形后，再经过低通滤波器、采样器、保持电路、抽样判决器，得到解调出相对码。最终经过差分译码器，就能够得到解调出绝对码（即输入原始基带信号），从图能够看出2DPSK相干解调出来波形和输入原基带信号基础保持一致，有一点延迟，但在许可范围内，仿真正确。
6、总结及心得体会
为期1.5周通信原理课程设计结束了。经过此次课程设计对于我这学期所学2DPSK调制和解调原理深入熟悉，不仅如此，我们经过这次还学习到了利用SystemView仿真，使得我在学好理论知识时候应用于实际中去，在做课程设计时候碰到问题，使得对于通信原理知识愈加深刻，同时也增加了动手能力和独立思索能力，更能培养我们对通信原理课程爱好。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需要克服困难。SystemView在通信仿真软件中也是含有分出关键地位，作为学习信息我们，掌握SystemView软件是对我们最基础要求。所以这次课程设计对于我来说是一个很好机会来学习这款软件，经过自己把这些电路图实现，能够基础掌握了其中部分常见软件相关知识。对于以后深入去掌握这款软件打下坚实基础。在这次课程设计中，我经过由不熟悉这款软件，到自学其中知识，而且阅读相关指导书了解窗口中界面介绍，结合老师所给参考资料内容，经过不停探索最终学会了这款软件，并独立完成全部仿真内容，仿真结果达成了我们预期效果，同时也验证了书本知识正确性。 在这次课程设计中，我很好利用了书本知识，结合书本知识，经过自己检测和利用我这学期在这一章数字带通传输系统学习掌握。理论和实践相结合，使我不仅学会了SystemView软件使用，同时也锻炼了自己动手能力、独立思索能力和团体合作意识。也是对自己所学知识一次实践验证。

7、参考文件
[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，
[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，
[3] 李东生, 雍爱霞, 左洪浩。System View 系统设计及仿真入门和应用[M] 北京: 电子工业出版社,
[4] 青松, 程岱松, 武建华等。数字通信系统System View仿真和分析[M] 北京: 北京航空航天大学出版社,
[5] 仇润鹤,刘世地,唐明浩.SystemView 及其通信系统仿真分析试验指导书.东华大学信息学院通信系内部试验指导书,．
[6] 韩力.SVU试验指导书,北京理工大学内部资料,