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1、CCEE通信综合实验通信综合实验电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理主要内容主要内容 1 1 通信原理理论知识复习通信原理理论知识复习2 Systemview 软件回顾软件回顾3 PSK通信系统实验通信系统实验4 误码率测试实验误码率测试实验3 3SystemViewSystemView软件回顾软件回顾4 4一、一、SystemView动态仿真软件介绍动态仿真软件介绍 二、二、图符库图符库 三、系统定时三、系统定时 5 5 概述概述 SystemViewSystemView的运行环境的运行环境w 工具栏工具栏工具栏工具栏w 分析窗口分析窗口分析窗口分析窗口 6 6概 述 SystemV
2、iewSystemViewSystemViewSystemView是一个信号级的系统仿真软件，主要是一个信号级的系统仿真软件，主要是一个信号级的系统仿真软件，主要是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真。用于电路与通信系统的设计、仿真。用于电路与通信系统的设计、仿真。用于电路与通信系统的设计、仿真。SystemViewSystemViewSystemViewSystemView以模块化和交互式的界面，在以模块化和交互式的界面，在以模块化和交互式的界面，在以模块化和交互式的界面，在WindowsWindowsWindowsWindows窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分
3、窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分析引擎。用户只需使用鼠标器点击图标即可完成复析引擎。用户只需使用鼠标器点击图标即可完成复析引擎。用户只需使用鼠标器点击图标即可完成复析引擎。用户只需使用鼠标器点击图标即可完成复杂系统的建模、设计和测试。杂系统的建模、设计和测试。杂系统的建模、设计和测试。杂系统的建模、设计和测试。SystemViewSystemViewSystemViewSystemView的各种专业库特别适用于现代通信系的各种专业库特别适用于现代通信系的各种专业库特别适用于现代通信系的各种专业库特别适用于现代通信
4、系统的设计、仿真和方案论证。统的设计、仿真和方案论证。统的设计、仿真和方案论证。统的设计、仿真和方案论证。7 7 概述概述 SystemViewSystemView的运行环境的运行环境w 工具栏工具栏工具栏工具栏w 分析窗口分析窗口分析窗口分析窗口 SystemView动态仿真软件介绍 8 8工具栏系统定时系统定时分析窗口分析窗口9 9分析窗口刷新显示刷新显示1212一、一、SystemView动态仿真软件介绍动态仿真软件介绍 二、二、图符库图符库 三、系统定时三、系统定时 1313 基本库基本库w 信号源库信号源库信号源库信号源库w 算子库算子库算子库算子库w 函数库函数库函数库函数库w 信
5、号接收器库信号接收器库信号接收器库信号接收器库 扩展功能库扩展功能库w 通信图符库通信图符库通信图符库通信图符库w 逻辑库逻辑库逻辑库逻辑库图符库1414一、一、SystemView动态仿真软件介绍动态仿真软件介绍 二、二、图符库图符库 三、系统定时三、系统定时 1515系统定时 SystemViewSystemView系系统统是是一一个个离离散散时时间间系系统统，在在每每次次系统运行之前，首先需要设定一个系统频率。系统运行之前，首先需要设定一个系统频率。各种系统在仿真时各种系统在仿真时 首先对各信号以系统频率进行采样首先对各信号以系统频率进行采样首先对各信号以系统频率进行采样首先对各信号以系
6、统频率进行采样 然后按照系统对信号的处理计算各个采样点的值然后按照系统对信号的处理计算各个采样点的值然后按照系统对信号的处理计算各个采样点的值然后按照系统对信号的处理计算各个采样点的值 最最最最后后后后输输输输出出出出时时时时，在在在在观观观观察察察察窗窗窗窗内内内内按按按按要要要要求求求求画画画画出出出出各各各各点点点点的的的的位位位位置置置置或拟合曲线或拟合曲线或拟合曲线或拟合曲线161617171818191920202121系统定时 设设置置与与分分析析时时间间，采采样样点点数数等等有有关关时时间间参参数数，这些参数的设置直接影响着系统的仿真效果。这些参数的设置直接影响着系统的仿真效果
7、。系系统统采采样样频频率率过过低低，有有可可能能得得不不到到正正确确的的仿仿真真结果。结果。系统采样频率过高，会增加仿真时间。系统采样频率过高，会增加仿真时间。2222系统定时 设定系统定时窗口 采采采采样样样样速速速速率率率率在在在在仿仿仿仿真真真真过过过过程程程程中中中中控控控控制制制制着着着着时时时时间间间间步步步步长长长长。系系系系统统统统的的的的采采采采样样样样速速速速率率率率应应应应设设设设为为为为所所所所要要要要仿仿仿仿真真真真系系系系统统统统中最高信号频率的中最高信号频率的中最高信号频率的中最高信号频率的3737倍。倍。倍。倍。采样速率采样速率采样速率采样速率=1/=1/=1/
8、=1/采样间隔采样间隔采样间隔采样间隔 采采采采样样样样点点点点数数数数=（终终终终止止止止时时时时间间间间-起始时间）起始时间）起始时间）起始时间）采样速率采样速率采样速率采样速率+1 +1 +1 +1 实验一：简单高斯噪声信道模实验一：简单高斯噪声信道模型的型的BER仿真仿真简单高斯噪声信道模型的简单高斯噪声信道模型的BER仿真仿真实验目的：目的：比特误码率是衡量一个通信系统优劣的重要指比特误码率是衡量一个通信系统优劣的重要指标之一。标之一。本实验将利用本实验将利用systemviewsystemview软件仿真测试和生成软件仿真测试和生成一个仅含高斯噪声的简单通信系统的一个仅含高斯噪声的
9、简单通信系统的BERBER曲线。曲线。实验说明明最简单的通信系统。信道为高斯噪声信道最简单的通信系统。信道为高斯噪声信道（AWGNAWGN），输入信号经），输入信号经AWGNAWGN信号后在输出端进信号后在输出端进行硬判决。带噪声的接收信号大于判决电平时行硬判决。带噪声的接收信号大于判决电平时判决为判决为1 1，反之判决为，反之判决为0.0.与原输入信号比较的结果可用于统计系统误码与原输入信号比较的结果可用于统计系统误码率。率。信号源信号源信道信道判决判决加性高斯白噪声加性高斯白噪声BER计算实验内容实验内容信号源：信号源：伪伪随机序列（随机序列（PN sequence）高斯噪声源：高斯噪声源
10、：增益模增益模块：控制噪声大小，从而控制信噪比。：控制噪声大小，从而控制信噪比。该增益模增益模块需要在系需要在系统菜菜单中中设置全局关置全局关联变量量限幅器：将接收信号幅度限制在限幅器：将接收信号幅度限制在1以内。以内。BER计计数器模数器模块块：No.TrialNo.Trial：对比实验的比特数：对比实验的比特数如果希望如果希望测出出1e-4的的BER，则至少至少进行行1e+5个比特个比特的的对比比试验，这样得到的得到的BER才比才比较可信。可信。同理，希望得到同理，希望得到1e-2的的BER，至少，至少应进行行1e+3比比较。即要即要获得尽可能低的得尽可能低的BER值，必，必须将此将此值设
11、得足得足够大。大。ThresholdThreshold：参考信号与借条信号差异的门限值，：参考信号与借条信号差异的门限值，即噪声的门限值。即噪声的门限值。当二者之差大于当二者之差大于该门限限时判判为错误，BER计数器累数器累加加1.当二者之差小于当二者之差小于该值时判判为正确。正确。OffsetOffset：时间偏移量，决定系统从什么时候开：时间偏移量，决定系统从什么时候开始进行比较试验。始进行比较试验。通常可通常可选择用系用系统采采样比特数表示，或用比特数表示，或用绝对时间表示。表示。通常没有系通常没有系统延延时的情况下可的情况下可设为零。零。输出：三种输出：三种选择0：实时BER值选择1：
12、BER累加均累加均值选择2：错误总数数终值终值接收接收计计算器：算器：连连接接BER累累计计均均值输值输出出端。在每个循端。在每个循环结环结束束时显时显示本次循示本次循环环的的BER均均值值。也用于。也用于计计算算BER曲曲线线。停止接收停止接收计算器：当算器：当输入入值超超过设定的定的门限限值时，停止本次循，停止本次循环，进入下一循入下一循环的的仿真运算。仿真运算。连接接BER计数器数器图符的符的错误总数数输出。出。全局全局变量的关量的关联：将噪声增益控制与系统循环次数进行全局变量将噪声增益控制与系统循环次数进行全局变量关联，使噪声逐步减小，即信道的信噪比由关联，使噪声逐步减小，即信道的信噪
13、比由0dB0dB开始逐步增大。开始逐步增大。每次减小的步长与循环次数相关，具体函数可每次减小的步长与循环次数相关，具体函数可设定。设定。BER曲曲线的生成：的生成：接收计算器图符接收计算器图符7 7显示的是系统累计误码率相对显示的是系统累计误码率相对于时间的关系曲线。于时间的关系曲线。必须按分析窗口中的接收计算器按钮将该曲线必须按分析窗口中的接收计算器按钮将该曲线转换为转换为BER/SNRBER/SNR关系曲线。关系曲线。将窗口的将窗口的Y Y轴设为对数坐标显示。轴设为对数坐标显示。与理与理论论BER曲曲线线比比较较：系统定时系统定时实验要求：实验要求：画出画出简单简单高斯噪声信道模型的高斯噪
14、声信道模型的BER仿真曲仿真曲线图线图。与与PSK、FSK、QPSK相关接收理相关接收理论论BER曲曲线图对线图对比。比。主要模主要模块及参数及参数设置：置：token 0:SourceNoise/PNPN Seq,token 0:SourceNoise/PNPN Seq,Amplitude=1,Rate=1,No.Levels=2Amplitude=1,Rate=1,No.Levels=2Token 2:SourceNoise/PNGauss Noise,Token 2:SourceNoise/PNGauss Noise,Constant Parameter=Density in 1 ohm
15、,Constant Parameter=Density in 1 ohm,Density=1Density=1Token 3:OperatorGain/ScaleGain,Gain Token 3:OperatorGain/ScaleGain,Gain units=dB Powerunits=dB PowerToken 4:CommunicationsProcessorsBER,Token 4:CommunicationsProcessorsBER,No.Trials=10000,Threshold=0.5,offset=0No.Trials=10000,Threshold=0.5,offse
16、t=0Token 5:FunctionNon LinearLimit,Input Token 5:FunctionNon LinearLimit,Input Max=0,Output Max=1Max=0,Output Max=1Token 6:SinkAnalysisStop Sink,Select Token 6:SinkAnalysisStop Sink,Select Action=Go to Next Loop,Threshold=100Action=Go to Next Loop,Threshold=100Token 7:SinkNumericFinal ValueToken 7:S
17、inkNumericFinal Value实验二：实验二：BCH编码的编码的BER仿真仿真BCH编码的编码的BER仿真仿真实验目的：目的：比特误码率是衡量一个通信系统优劣的重要指比特误码率是衡量一个通信系统优劣的重要指标之一。标之一。本实验将利用本实验将利用systemviewsystemview软件仿真测试和生成软件仿真测试和生成一个一个BCHBCH编解码系统的编解码系统的BERBER曲线。熟悉对于系统曲线。熟悉对于系统延时的处理。延时的处理。实验说明明BCHBCH编解码电路。信道为高斯噪声信道（编解码电路。信道为高斯噪声信道（AWGNAWGN），输入信），输入信号经号经BCHBCH编码后在
18、编码后在AWGNAWGN信道中传输。在输出端对接收信号信道中传输。在输出端对接收信号进行进行BCHBCH解码。解码。解码结果与原输入信号比较的结果可用于统计系统误码解码结果与原输入信号比较的结果可用于统计系统误码率。率。信号源信号源信道信道判决判决加性高斯白噪声加性高斯白噪声BER计算BCH编码编码解码解码Systemview系系统统是一个多速率系是一个多速率系统统，在所，在所有系有系统统仿真模仿真模块块中可能同中可能同时时存在不同采存在不同采样样速率的功能速率的功能图图符。符。信号信号经过许经过许多多滤滤波器、波器、编码编码器器时时会会产产生固生固有的有的处处理理时时延。延。BER计计数器数
19、器图图符有两个符有两个输输入，两个入，两个输输入必入必须须是是严严格的格的为为同步才能正确判决，即两个同步才能正确判决，即两个输输入的采入的采样样率必率必须须完全一致且完全一致且绝对绝对同步。同步。实验内容实验内容伪伪随机序列随机序列发发生器：生器：产产生生1HzPN码码采采样样模模块块1：保：保证证每个比特每个比特对应对应一个采一个采样样，采采样样率率为为1Hz。BCH编码编码器：器：选择选择7,4BCH码码BCH编码器：器：7,4BCH7,4BCH每输入每输入4 4比特数据就产生一个比特数据就产生一个7 7比特的比特的编码序列。编码序列。占用的时间间隔仍与占用的时间间隔仍与4 4比特的输入
20、信号间隔一样比特的输入信号间隔一样是是4 4秒。秒。则编码后信号的比特率为则编码后信号的比特率为7/4=1.757/4=1.75，每个编码，每个编码位的时间宽度为位的时间宽度为4/7=0.5714285714/7=0.571428571秒。秒。此模块的时延为此模块的时延为4 4秒。秒。5阶阶多多项项式模式模块块（函数（函数库库）：将）：将单单极性信号极性信号变为变为双极性双极性保持模保持模块：即将加入的即将加入的AWGN信号的采信号的采样率与率与系系统的采的采样率一致，而率一致，而BCH编码输出采出采样率率较低，低，为使二者相加，必使二者相加，必须使用相同的采使用相同的采样率。插入一率。插入一
21、个保持器个保持器图符将信号恢复符将信号恢复为系系统采用率采用率。高斯噪声源：高斯噪声源：增益模增益模块：控制噪声大小，从而控制信噪比。：控制噪声大小，从而控制信噪比。该增益模增益模块需要在系需要在系统菜菜单中中设置全局关置全局关联变量量积积分清算子（通信分清算子（通信库库）:积积分分时间设时间设置置为为BCH码码的的码码元元宽宽度，即度，即4/7秒。用于最佳接秒。用于最佳接收。收。该该模模块块有有4/7秒延秒延时时。采采样样模模块块6：为为保保证证BCH译码译码器器图图符的符的输输出出数据率数据率为为1Hz，其，其输输入数据率入数据率应为应为1.75Hz。采采样样模模块块6用于将采用于将采样样
22、率率设为设为1.75Hz。BCH译码器：器：选择7,4BCH码。OffsetOffset时间偏移应设为时间偏移应设为4/74/7秒或一个采样。这是秒或一个采样。这是由于积分清算子的时延。由于积分清算子的时延。此模块的时延为此模块的时延为4 4秒。秒。重采重采样样器：保器：保证证BCH译码译码器器输输出信号采出信号采样样率率为为1Hz，并且将，并且将时时延延调调整整为为整数个采整数个采样样。系系统时延：延：BCHBCH编码器编码器,4,4秒（或秒（或4 4个采样）个采样）积分清算子，积分清算子，4/74/7秒秒BCHBCH译码器，译码器，4 4秒（或秒（或4 4个采样）个采样）整个系统总时延：整
23、个系统总时延：8.5714285718.571428571秒秒BER计数器的采数器的采样率率为1Hz，即每秒，即每秒对输入入数据判决一次，系数据判决一次，系统总时延延应该为整数个整数个采采样时间。此。此时总时延延为9个采个采样周期。周期。延延时图时图符：将符：将输输入信号延入信号延时时9个采个采样样以便与以便与输输出信号出信号对对比比计计算算BER曲曲线线。BER计数器模数器模块：设置方法与置方法与实验1一致。一致。OffsetOffset：由于存在时延的原因，系统忽略前：由于存在时延的原因，系统忽略前9 9个个采样再开始进行比较试验。采样再开始进行比较试验。终值终值接收接收计计算器：算器：连
24、连接接BER累累计计均均值输值输出出端。在每个循端。在每个循环结环结束束时显时显示本次循示本次循环环的的BER均均值值。也用于。也用于计计算算BER曲曲线线。停止接收停止接收计算器：当算器：当输入入值超超过设定的定的门限限值时，停止本次循，停止本次循环，进入下一循入下一循环的的仿真运算。仿真运算。连接接BER计数器数器图符的符的错误总数数输出。出。全局全局变量的关量的关联：将噪声增益控制与系统循环次数进行全局变量将噪声增益控制与系统循环次数进行全局变量关联，使噪声逐步减小，即信道的信噪比由关联，使噪声逐步减小，即信道的信噪比由0dB0dB开始逐步增大。开始逐步增大。每次减小的步长与循环次数相关
25、，具体函数可每次减小的步长与循环次数相关，具体函数可设定。设定。BER曲曲线的生成：的生成：接收计算器图符接收计算器图符7 7显示的是系统累计误码率相对显示的是系统累计误码率相对于时间的关系曲线。于时间的关系曲线。必须按分析窗口中的接收计算器按钮将该曲线必须按分析窗口中的接收计算器按钮将该曲线转换为转换为BER/SNRBER/SNR关系曲线。关系曲线。将窗口的将窗口的Y Y轴设为对数坐标显示。轴设为对数坐标显示。确定确定时延方法二：延方法二：对于复杂的系统模型，不可能通过推导来计算时延。对于复杂的系统模型，不可能通过推导来计算时延。此时可利用原始信号与输出信号的互相关运算来求此时可利用原始信号
26、与输出信号的互相关运算来求出其系统时延。出其系统时延。确定步确定步骤：将延时图符（图符将延时图符（图符1212）时延设置为）时延设置为0 0，关闭噪声。，关闭噪声。设定一个相对较小的系统采样周期，并运行系统。设定一个相对较小的系统采样周期，并运行系统。进入分析窗口，按接收计算器按钮。进入分析窗口，按接收计算器按钮。选择交叉相关功能。确认后生成互相关曲线图。选择交叉相关功能。确认后生成互相关曲线图。互相关曲互相关曲线图线图按工具栏上统计按钮，会出现统计表窗口。按工具栏上统计按钮，会出现统计表窗口。激活该窗口激活该窗口sample Nosample No选选项。其中互相关曲线图中最项。其中互相关曲
27、线图中最大相关值位置显示为大相关值位置显示为s9s9，表示在第，表示在第9 9个采样点有最大个采样点有最大互相关值。互相关值。因此可确定系统的总时延为因此可确定系统的总时延为9 9个采样。个采样。将图符将图符1212延时值设为延时值设为9 9个采样，个采样，恢复噪声幅度，将系统采样恢复噪声幅度，将系统采样周期恢复，即完成了系统延周期恢复，即完成了系统延时的设置。时的设置。实验要求：实验要求：画出画出BCH编解解码电路的路的BER仿真曲仿真曲线图。主要模主要模块及参数及参数设置：置：Token 0:SourceNoise/PNPN Seq,Token 0:SourceNoise/PNPN Seq
28、,Amplitude=1,Rate=1,No.Levels=2Amplitude=1,Rate=1,No.Levels=2Token 1:OperatorSample/HoldSampler,Token 1:OperatorSample/HoldSampler,Sample arte=1Sample arte=1Token 2:CommunicationsEncode/DecodeBlk Token 2:CommunicationsEncode/DecodeBlk Coder,Block code=BCH,Code length n=7,Coder,Block code=BCH,Code le
29、ngth n=7,Information Bits k=4Information Bits k=4Token 7:FunctionAlgebraicPolynomial,Token 7:FunctionAlgebraicPolynomial,x1 Coeff=2,X0 Coeff=-1,x1 Coeff=2,X0 Coeff=-1,其它其它0 0Token 4:OperatorSample/HoldHold,Hold Token 4:OperatorSample/HoldHold,Hold Value=Last Sample,Gain=1Value=Last Sample,Gain=1Toke
30、n 11:SourceNoise/PNGauss Noise,Token 11:SourceNoise/PNGauss Noise,Constant Parameter=Density in 1 ohm,Constant Parameter=Density in 1 ohm,Density=1Density=1Token 13:OperatorGain/ScaleGain,Gain Token 13:OperatorGain/ScaleGain,Gain units=dB Powerunits=dB PowerToken 5:CommunicationsFilter/DataInt-Token
31、 5:CommunicationsFilter/DataInt-Dmp,Output=Continuous,Intg Dmp,Output=Continuous,Intg Time=0.5714286,Offset=0Time=0.5714286,Offset=0Token 6:OperatorSample/HoldSampler,Token 6:OperatorSample/HoldSampler,Sample arte=1.75Sample arte=1.75Token 9:CommunicationsEncode/DecodeBlk Token 9:CommunicationsEncod
32、e/DecodeBlk dCode,Block code=BCH,Code length n=7,dCode,Block code=BCH,Code length n=7,Information Bits k=4Information Bits k=4Token 15:OperatorSample/HoldReSample,Token 15:OperatorSample/HoldReSample,Sample Rate=1Sample Rate=1Token 8:CommunicationsProcessorsBER,Token 8:CommunicationsProcessorsBER,No
33、.Trials=1000,Threshold=0.5,offset=9,No.Trials=1000,Threshold=0.5,offset=9,Offset Options=Bits or SymbolsOffset Options=Bits or SymbolsToken 14:SinkAnalysisStop Sink,Select Token 14:SinkAnalysisStop Sink,Select Action=Go to Next Loop,Threshold=25Action=Go to Next Loop,Threshold=25Token 3:SinkNumericF
34、inal ValueToken 3:SinkNumericFinal Value实验三：实验三：频分复用的数字调制频分复用的数字调制系统设计系统设计系统要求：系统要求：三个用三个用户户采用采用频频分复用的方式复用信道。分复用的方式复用信道。三个用三个用户户分分别别采用采用2ASK、2DPSK及及2FSK系系统统。三个用三个用户户数据均数据均为为数据率数据率为为10Hz的数字信的数字信号（采用号（采用伪伪随机系列随机系列发发生器生器产产生）。生）。信道信道为为AWGN信道信道其它参数自行其它参数自行设设置置系统要求：系统要求：能正确接收三个用能正确接收三个用户发送的数据。送的数据。观察并比较基带信号、调制信号波形。观察并比较基带信号、调制信号波形。观察并比较基带信号、解调恢复信号波形。观察并比较基带信号、解调恢复信号波形。改变噪声大小，并重复上述实验。改变噪声大小，并重复上述实验。确定各用确定各用户的系的系统时延。延。选做：做：在系统中加入载波同步。在系统中加入载波同步。试用其它的信道模型。试用其它的信道模型。信号源为模拟信号时，加入模数变换和数模变信号源为模拟信号时，加入模数变换和数模变换的步骤。换的步骤。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理