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心得体会

课程设计任务书

姓名

学号

班级

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）测试的仿真设计与分析　

设计任务

　1.利用SystemView软件按照课设指导书分别画出2DPSK系统中相干解调与差分解调的高频与不加噪声时低频的误比特率仿真测试原理图。

　2.观测低频的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SystemViewDPSK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。

时间进度

课程设计要求在1.5周内做完

主要参考资料

[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，2002

[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，2002

[3]李东生,雍爱霞,左洪浩。

SystemView系统设计及仿真入门与应用[M]北京:

电子工业出版社,2002

[4]青松,程岱松,武建华等。

数字通信系统的SystemView仿真与分析[M]北京:

北京航空航天大学出版社,2001

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

3、软件简介5

4、设计内容原理简介8

4.1、2PSK系统的原理...............................................................................

4.2、2DPSK系统的原理8

4.3、误比特率8

4.4、2DPSK系统误比特率测试的结构框图9

4.5、ystemView的实现

4.6、相干2DPSK系统误比特率测试的仿真模型的建立10

4.7、仿真结果及相干2DPSK系统误比特率曲线绘制11

5、仿真模型的建立及结果分析11

5.12DPSK低频相干解调11

5.22DPSK高频非相干解调12

5.32DPSK高频相干误码率分析14

5.42DPSK高频非相干误码率分析18

6、总结及心得体会22

7、参考文献23

1、概述

科技的发展火焰越燃越旺，每天都有新技术，每天都有新产品。

电子信息的发展更是个行业的领头军，各种电子产品争相诞生，更小，功能更多，性能更佳，能耗更低等等优点数不胜数。

而通信系统的发展也取得了不可忽视的进步。

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《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。

在2005年Elanix被美国安捷伦（Agilent）公司收购，把软件名字改为SystemVue,由原先的SystemView1.0，SystemView4.5，SystemView5.0，SystemView.6.0,再到后来的SystemView2005，SystemVue2007，SystemVue2008.功能也逐步的的完善，有开始的具有基本的仿真功能到后来的增加了DSP库，第二代，第三代移动通讯，蓝牙库的完善，实例仿真的范围的拓展，眼图相位噪声处理的完善SystemView的应用领域信号处理、通信和控制系统。

包括模拟、数字和混合模式的系统；相位和频率锁相环；调制、解调和通道建模；完整的DSP系统设计和测试；模拟到数字变换系统、量化和采样系统（包括d—s数据转换）、同相和正交系统；线性和非线性系统设计和测试；线性和非线性微分方程的解（包括模糊理论）；控制系统设计和测试。

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。

2、设计要求

2.1、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2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。

2.2、课程设计具体要求

1.利用SystemView软件按照课设指导书分别画出2DPSK系统中相干解调与差分解调的高频与不加噪声时低频的误比特率仿真测试原理图。

　2.观测低频的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SystemViewDPSK系统相干和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；它以相干和非相干接收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、软件简介

SystemView是美国Elanix公司推出的基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化工具。

利用该软件可以进行通信系统的仿真，也可以构建一些复杂的模拟、数字和多速率系统。

SystemView属于一个系统级的工作平台，它通过方便、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：

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，包含几百种信号源、接收端、操作符和功能块，各功能模块都用形象直观的图符表示，使用SystemView不用编程，只需用鼠标从SystemView库中选择图符，并将他们拖到设计窗口中就可以构造出各种线性和非线性、离散和连续、模拟、数字、模数混合系统以及各种多速率系统，可用于各种线性和非线性控制系统的仿真。

由于SystemView的所有图符都有相似的参数定义窗口，我们所做的只是根据需要修改所调用图符的参数。

提供基于组织结构图方式的设计：

通过利用图符和MetaSystem（子系统）对象的无限制分层结构功能，SystemView能够很容易地建立复杂的系统。

用户首先可以定义一些简单的功能组，再通过对这些简单功能组的连接进而实现一个大的系统，利用系统提供的子系统结构功能可以将这个大系统形成一个对应的子系统，这样，单一的图符就可以代表一个复杂的系统。

MataSystem的操作方法与系统提供的其它图符的使用方法类同，只要用鼠标器单击一下该子系统，就会出现一个特定的窗口来显示出复杂的MataSystem结构。

但是在SystemView的学习版中没有MataSystem图符功能，必须升级到专业版才有此功能。

完备的滤波器和线性系统设计：

SystemView包含一个功能强大的、很容易使用的图形模板设计环境，便于模拟和数字以及离散和连续时间系统的设计，同时还包含大量的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的参数。

多速率系统和并行功能：

SystemView可以对具有多种数据采样率输入的系统进行合并，以简化FIR滤波器的执行，这种特性尤其适合于同时具有低通和高通部分的通信系统的设计和仿真，该特性有效地提高了整个系统的仿真速度，而在局部又不会降低仿真的精度，同时还降低了系统对计算机硬件配置的要求。

先进的信号分析和数据块处理：

SystemView的分析窗口是一个能够对系统波形进行详细检查的交互式可视环境。

分析窗口还提供了一个能对仿真生成的数据进行先进的块处理操作的接受计算器。

接受计算器的块处理功能十分强大，内容也相当广泛，能够完全满足通常所需要的分析要求。

这些功能包括：

应用DSP窗口、余切、自动并联、平均值、复杂的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、功能比例尺、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。

4、设计内容原理简介

4.12PSK系统原理

二进制相移键控，简记为2PSK或BPSK。

2PSK信号码元的“0”和“1”分别用两个不同的初始相位0和π 来表示， 而其振幅和频率保持不变。

故2PSK信号表示式可表示为：

s（t）=Acos（w0t+θ） 

式中，当发送“0”时，θ=0；当发送“1”时，θ=π。

 或者写成：

这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为绝对相移方式。

4.22DPSK系统原理

2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。

现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：

Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。

则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图1所示。

图12DPSK信号

在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。

如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。

所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。

定义∆Φ为本码元初相与前一码元初相之差，假设：

∆Φ=0→数字信息“0”；

∆Φ=π→数字信息“1”。

则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下：

数字信息：

1011011101

DPSK信号相位：

（0）ππ0ππ0π00π

或：

（π）00π00π0ππ0

采用π相位后，若已接收2DPSK序列为π0πππ0ππ0，则经过解调后和逆码变换后可得基带信号，这一过程如下：

2DPSK信号：

（0）π0πππ0ππ0（π）0π000π00π

∆Φ：

πππ00ππ0ππππ00ππ0π

变换后序列：

（0）101110110（π）010001001（相对码）

基带信号：

111001101111001101（绝对码）

虽然相同信噪比2DPSK信号的比2PSK稍高一点，但比2PSK要稳定得多。

4.3误比特率

误比特率（BER：

BitErrorRate）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（SymbleErrorRate）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。

4.42DPSK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（BitErrorRate）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SystemView软件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4.1相干2DPSK系统误比特率测试的结构框图

4.5ystemView的实现

SystemView的通信库（CommLib）中提供了BER分析的专用图符块，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，设置循环次数，单击运行按钮，随着每次循环，叠加高斯噪声强度随循环每次减小设定的分贝变化，终值显示框内出现每次的运算结果。

4.6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。

4.7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。

5、仿真模型的建立及结果分析

5.12DPSK低频相干解调系统

（1）系统建立分析

先由一个随机序列模块产生一个20HZ随机的绝对码，然后经过一个异或块产生差分码，此时的差分码通过键控开关来结合20HZ正弦载波相乘产生已调信号，接着已调信号和20HZ正弦载波相乘经过一低通滤波器产生一个初步解调信号，接着经抽样保持产生2PSK信号，2PSK信号和前一个码元异或产生原绝对码。

这就是整个过程。

其图形如下。

图5.1.1低频相干解调原理图

（2）低频系统参数

基带信号频率=20HZ，幅度=1，偏移=0；逻辑异或和开关块threshold=0，tureoutput=1，FALSEoutput=-1；延迟块delay=1e-3，载波频率=20HZ,模拟低通滤波器频率=22HZ，极点个数位3；保持器gain=1，比较器a

b。

（3）整个2DPSK系统的相关图形

其绝对码，相对码，已调信号，滤波输出信号，抽样保持信号，最终解调信号分别如下：

图5.1.2低频相干解调个时刻波形

5.22DPSK高频非相干解调系统

（1）系统建立分析

先由一个随机序列模块产生一个1000HZ随机的绝对码，然后经过一个异或块产生差分码，此时的差分码通过键控开关来结合1000HZ正弦载波相乘产生已调信号，接着已调信号和经过一个码元延时的已调信号相乘，接着经一匹配滤波器再经抽样保持产生2DPSK信号，然后抽样判决产生原绝对序列。

这就是整个过程。

其图形如下。

图5.2.1高频非相干解调原理图

（2）系统基本参数

基带信号频率=1000HZ，幅度=1，偏移=0,逻辑异或threshold=0，tureoutput=1，FALSEoutput=-1，延迟块delay=1e-3，载波频率=1e+3HZ,模拟低通滤波器频率=1.05e+3HZ，极点个数位3，保持器gain=1，比较器a

b。

图5.2.2DPSK高频差分解调个时刻波形

5.32DPSK高频相干解调系统

（1）2DPSK高频相干解调仿真图

先由一个随机序列模块产生一个1000HZ随机的绝对码，然后经过一个异或块产生差分码，此时的差分码通过键控开关来结合1000HZ正弦载波相乘产生已调信号，接着已调信号和1000HZ的正弦波相乘，接着经一匹配滤波器再经抽样保持产生中间信号，然后抽样判决产生2PSK信号。

2PSK信号和前一个时刻的码元异或产生原绝对码，这就是整个过程。

其图形如下。

图5.3.1高频相干解调原理图

（2）误码率曲线

由理论的误码率作为参考，来评价此仿真系统的抗噪声系统的性能好坏

图5.3.2高频相干解调原理图

误码率仿真及结果比较分析：

相干解调的实际误码率随着信号的功率和噪声的功率的比值的增大而减小，当信噪比很大时此时的误码率可以近视为零。

当然理论的误码率也同样具有这样的变化规律。

而对于本仿真系统来说，我们设定的是每HZ的信号的功率一般取码元的值的大小，然后设定噪声衰减的倍数，通过设定关于此衰减的全局变量，进行10次或更多次循环，从而使每进行下一次循环时的噪声衰减增大，噪声减小来减小误码率。

5.4高频差分解调系统

（1）此仿真图形的建立同上一样

图5.4.1高频非相干解调原理图

图5.4.2高频非相干解调输出波形

非相干解调的实际误码率随着信号的功率和噪声的功率的比值的增大而减小，当信噪比很大时此时的误码率可以近视为零。

当然理论的误码率也同样具有这样的变化规律。

非相干的实际和理论的误码率曲线相差很小，这说明了我们的仿真的真确性。

6.总结及心得体会：

整个课程设计中我也感悟颇丰，我知道遇到问题冷静的分析问题，然后解决问题，最后总结收获经验，我还对通信原理这门课程更加熟细了，补充了一些知识，另外更多的是增加了实际设计操作能力，对整个设计流程更好的掌握。

我在各个方面都有所个人感悟。

首先，对通信原理这门课程，刚开学咋一看这本书是所有书中最厚的，但通过对通信系统模型的了解，对基带信号的编码规则，码元电波形的规定，得出了特定情况下的功率谱密度，然后学到模拟系统的线性和非线性调制解调，接着是数字系统的基带信号传输的无码间串扰，当然还有数字系统的调制和解调，也有特殊的数字系统的调制解调技术的相关介绍，相当重要的一章是模拟信号的数字化传送，通过很有用的抽样、量化、编码和调制解调等，最后我们学的是最佳接受机和匹配滤波器，我感觉这本书让我对数字通信系统有了很深的认识，对以后的工作学习肯定有指导作用。

接着是我谈谈对SystemView仿真软件的认识。

这个仿真软件采用了直观的小图形模块来实现某种通信系统中的功能，如随机信号的产生，滤波、键控、相乘等等模块，都只需找到对应的图形并添加到系统中即可，他还有丰富的窗口布局设计，你可以随意改变工作区的颜色、位置等，当然最重要的肯定是他可以给出各个通信系统时刻的波形，并且可以任意的设置曲线幅度、颜色、宽度、以及和其他相关曲线的同坐标轴绘制等强大的功能。

我感悟最深的是刚开始接触时由于对很多参数的不了解，我们一直得不到正确的结果，通过问老师和与同学讨论，我们一点点的知道了相关的一些参数，如全局变量和相关性及其相关操作，也从全局上把实际的通信系统和此软件设置的模型及其各部分的参数相对应起来，我觉得这是很重要的，这样可以通过这个对2DPSK信号的系统的建立仿真也有助于我们今后对其他系统的设计做出正确的方案。

关于建立系统后的调试过程我有很清晰的记忆。

这个系统的一些参数的设计如对基带信号的抽样频率的设置则用到了奈奎斯特抽样定理，不过一般为得到较好的信号，抽样频率一般取基带信号频率的8倍以上，本次试验我取的都是10倍。

还有一些们限的设置，一般都是取信号二电平的中间值，序列若是双极性的则一般门限是0，若是单极性的则门限一般是0.5,。

我对于一些逻辑门和键控的输出的控制，还有抽样判决的输出的真假逻辑的赋值是真则赋予+1假则赋予-1，这样再改变判决条件即可以产生和原双极性随机序列相同的序列了不过一般有一定的延迟。

当观察不同信噪比时的误码率时，有时可以看见曲线下降太缓，可以不断改变全局变量的设置，-XX*cl的值来不断调整最后肯定可以得到一个接近理论曲线变化趋势的曲线。

然后我想说的是对2DPSK系统的理解和认识。

2DPSK调制是一种相对相位相移调制，通常“1”表示相对

相位的相移，“0”表示无相对相移，当然2DPSK系统克服了2PSK信号的的倒

现象导致的译码全部错误，但是它的抗噪声性能不如2PSK信号的。

由2DPSK产生的QPSK和MPSK信号就更加重要了，在今后的通信系统中通过技术的改进，会有更佳的调制方法，如我所知的ASK和最小频移键控以及高斯最小频移键控等等，

最后，我们的课程设计结束了也就是说我们的通信原理课是真正的结束了。

在一学期的学习中我确实学到了不少东西，这些东西不光涉及到课本知识还有很重要的学习的方法、学习的心态的改变、成熟。

所以我应该在此表示一下谢意，感谢老师和周围的同学们！

7.参考文献

[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，2002

[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，2002

[3]李东生,雍爱霞,左洪浩。

SystemView系统设计及仿真入门与应用[M]北京:

电子工业出版社,2002

[4]青松,程岱松,