《通信原理课程设计报告数字传输系统误码率测试器matlab实现与性能分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理课程设计报告数字传输系统误码率测试器matlab实现与性能分析（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、肖晓慧数字传输系统误码率测试器的 MATLAB 实现及性能分析第1页 共22页 数字传输系统误码率测试器数字传输系统误码率测试器的的MATLAMATLAB B实实 现及性能分析现及性能分析 学生姓名：学生姓名：肖晓慧肖晓慧指导老师：指导老师：曹敦曹敦 摘摘 要要 本课程设计主要运用 MATLAB 集成环境下的 Simulink 仿真平台设计进数字传输 系统误码率测试器的实现及性能分析。其主要目的是仿真通信加密系统。从 Simulink 工 具箱中找所各元件， 对输入随机数字信号与 m 序列异或运算以实现信号加密， 送入含噪 信道，在接收端与相同序列再进行异或运算以解密，改变信道误码率大小，测试
2、接收信 号与发送信号之间的误码率，合理设置好参数可改变误码率与系统的抗噪声性能，分析 该种加密传输系统的抗噪声性能。 关键词关键词 Simulink；误码率；加密；解密；m 序列 1 引言引言 本次课程设计主要运用 MATLAB 软件，在 Simulink 平台下建立仿真模型。通过 m 序列进行加解密过程，改变信道抗噪声性能，测试收信号与发送信号之间的误码率，从 而分析加密传输系统的抗噪声性能和对误码率有影响的因素。 观察输入与输出的数字信 号波形并对其进行分析总结。 1.1 课程设计的目的课程设计的目的 通信原理是通信工程专业的一门骨干的专业课，是通信工程专业后续专业课的基 础。掌握通信原理
3、课程的知识可使学生打下一个坚实的专业基础，可提高处理通信系统 问题能力和素质。由于通信工程专业理论深、实践性强，做好课程设计，对学生掌握本 专业的知识、提高其基本能力是非常重要的。 通信课程设计的目的是为了学生加深对所学的通信原理知识理解，培养学生专业素 质，提高利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后的专业课程的学习、毕业 肖晓慧数字传输系统误码率测试器的 MATLAB 实现及性能分析第2页 共22页 设计和工作打下良好的基础。使学生能比较扎实地掌握本专业的基础知识和基本理论， 掌握数字通信系统及有关设备的分析、开发等基本技能，受到必要工程训练和初步的科 学研究方法和实践训练，增强分析
4、和解决问题的能力，了解本通信专业的新发展。 1.2 课程设计的基本任务和要求课程设计的基本任务和要求 本次课程设计的基本任务： （1）本设计开发平台为 MATLAB 中的 Simulink。 （2）模型设计应该符合工程实际，模块参数设置必须与原理相符合。 （3）处理结果和分析结论应该一致，而且应符合理论。 （4）独立完成课程设计并按要求编写课程设计报告书。 课程设计中必须遵循下列要求： （1）利用通信原理中学习的理论知识，在 Simulik 仿真平台中设计出 15 级 m 序列，并 实现加密、解密、送入含噪信道、误码率测试，并按题目要求运行、检测系统仿真结果。 （2）通过对各个模块参数的设置来
5、改变信道的抗噪声性能，从而改变误码率。 （3）通过调节噪声的幅度来控制噪声对数字信号的影响，从而改变信道误码率的大小。 （4）要求编写课程设计论文，正确阐述和分析设计和实验结果。 1.3 设计平台设计平台 Simulink 是 MATLAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分 析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作， 就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实 际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点 Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信 号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件
6、和硬件可应用于或被要求应用于 Simulink。 Simulink 是 MATLAB 中的一种可视化仿真工具， 是一种基于 MATLAB 的框图设 计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非 线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink 可以用连续采样时间、 离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的 不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink 提供了一个建立模型 方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提 肖晓慧数字传输系统误码率测试器的 M
7、ATLAB 实现及性能分析第3页 共22页 供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 Simulik 是 MATLAB 软件的扩展，它与 MATLAB 语言的主要区别在于，其与用户交 互接口是基于 Windows 的模型化图形输入， 其结果是使得用户可以把更多的精力投入到 系统模型的构建，而非语言的编程上。 所谓模型化图形输入是指 Simulik 提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户 只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通 过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行 仿真与分析。 2 设计
8、原理设计原理 2.1 Simulink 工作环境工作环境 （1）模型库 打开 MATLAB 软件，单击工具栏上的按钮，就可进入 Simulink 模型库，或者 在 MATLAB 命令窗口输入“simulink”并回车，也可进入。 Simulik 模块库如图 2-1 所示，它按功能进行分为以下 8 类子库：Continuous（连续 模块） Discrete （离散模块） Function&Tables （函数和平台模块） Math （数学模块） Nonlinear （非线性模块）Signals&Systems（信号和系统模块）Sinks（接收器模块）Sources（输 入源模块）用户可以根据需
9、要混合使用歌库中的模块来组合系统，也可以封装自己的模 块，自定义模块库、从而实现全图形化仿真。 Simulink 模型库中的仿真模块组织成三级树结构 Simulink 子模型库中包含了 Continous、Discontinus 等下一级模型库 Continous 模型库中又包含了若干模块，可直接 加入仿真模型。 肖晓慧数字传输系统误码率测试器的 MATLAB 实现及性能分析第4页 共22页 图图 2-1 Simulink 工具箱工具箱 （2）设计仿真模型 在 MATLAB 子窗口或 Simulink 模型库的菜单栏依次选择“File” | “New” | “Model”， 即可生成空白仿真模
10、型窗口，如图 2-2 所示： 图图 2-2 新建仿真模型窗口新建仿真模型窗口 （3）运行仿真 两种方式分别是菜单方式和命令行方式，菜单方式：在菜单栏中依次选择 “Simulation“ | “Start“ 或在工具栏上单击。命令行方式：输入“sim”启动仿真进程 比较这两种不同的运行方式：菜单方式的优点在于交互性，通过设置示波器或显示 模块即可在仿真过程中观察输出信号。命令行方式启动模型后，不能观察仿真进程，但 仍可通过显示模块观察输出，适用于批处理方式3。 肖晓慧数字传输系统误码率测试器的 MATLAB 实现及性能分析第5页 共22页 2.2 数字传输系统误码率测试器原数字传输系统误码率测试
11、器原理理 （1）m 序列产生原理 伪随机序列可由线性移位寄存器网络产生，如图 2-3 所示。该网络由 r 级串联的双 态器件，移位脉冲产生器和模 2 加法器组成，下面以 4 级移位寄存器为例，说明伪随机 序列的产生。规定移位寄存器的状态是各级从右至左的顺序排列而成的序列，这样的状 态叫正状态或简称状态。反之，称移位寄存器状态是各级从左至右的次序排列而成的序 列叫反状态。例如，初始状态是 0001，那么 an-4=0，an-3=0，an-2=0，an-1=1。如果 反馈逻辑为 an= an-3an-4，对于初始状态为 0001，经过一个时钟节拍后，各级状态 自左向右移到下一级，未级输出一位数，与
12、此同时模 2 加法器输出值加到移位寄存器第 一级，从而形成移位寄存器的新状态，下一个时钟节拍到来又继续上述过程。未级输出 序列就是伪随机序列。 其产生的伪随机序列为 an=100110101111000100110101111000， 这是一个周期为 15 的周期序列，如图 2-4 所示。改变反馈逻辑的位置及数量还可以得 到更多不同的序列输出。 从上述例子可以得到下列结论： 1、线性移位寄存器的输出序列是一个周期序列。 2、当初始状态是 0 状态时，线性移位寄存器的输出全 0 序列。 3、级数相同的线性移位寄存器的输出序列和反馈逻辑有关。 4、同一个线性移位寄存器的输出序列还和起始状态有关。
13、5、对于级数为 r 的线性移位寄存器，当周期 p2r1 时，改变移位寄存器初始状态只 改变序列的初相。这样的序列称为最大长度序列或 m 序列。 图图 2-3 线性移位寄存器线性移位寄存器 肖晓慧数字传输系统误码率测试器的 MATLAB 实现及性能分析第6页 共22页 图图 2-4 15 级的级的 m 序列序列 （2）加密、解密原理 数字通信的一个重要优点是容易做到高度保密性的加密。在这方面伪随机序列起 到了很大的作用。数字信号的加解密原理可用图 2-5 表示。将信源产生的二进制数字消 息和一个周期很长的伪随机序列模2相加， 这样就将原消息变成不可理解的另一个序列。 将这种加密序列在信道中传输，
14、被他人窃听后也不可理解其内容。在接收端必须再加上 一同样的伪随机序列，就能恢复为原发送消息。 信源发送信道接收用户 伪随机序列发生器伪随机序列发生器 图图 2-5 数字数字信号信号加解密原理加解密原理 （3）数字信号误码率测量原理 在数字通信中误码率是一项主要的质量指标。在实际测量数字通信系统的误码率 时，一般说来，测量结果与信源送出信号的统计特性有关。通常认为二进制信号中“0” 和“1”是以等概率随机出现的。所以测量误码率时最理想的信源应是随机序列产生器。 用真正随机序列产生器进行测量时，只适用于闭环线路测试。但是闭环测试法所用 的信道不符合情况。因此，在实际过程中采用单程测试法。在测量单程
15、数字通信误码率 时，就不能利用随机序列，而只好利用相近的伪随机序列代替它。图 2-6 示出这种情况。 这时，发送设备和接收设备分出两地。由于发送端用的是伪随机序列，而且通常是 m 序 列，接收端可以用同样的 m 序列产生器，由同步信号控制，产生出相同的本地序列。本 地序列和接收序列相比较，就可检测误码。 肖晓慧数字传输系统误码率测试器的 MATLAB 实现及性能分析第7页 共22页 信源发送信道接收记录 伪随机序列 比较 同步信号 图图 2-6 单程测试法单程测试法 ITU 建议用于数字传输系统测量的 m 序列周期是 215-1=32767，其特征多项式建议 采用 x15+x14+1。因此，本
16、课程设计采用 15 级的 m 序列。 （4）时延测量原理 有时我们需要测量信号经过某一传输路径所受到的时间延迟。由于模型框图的最 后，需要接一个误码率测试模块，而送入其中的是通过信道加解密出来的信号和原输入 信号，它们是一个个码元进行比较检测出误码率的。如果有信号经过此路径产生了延迟 则会使误码率大大增加，因此要在误码率测试模块输入端加一个延时测量模块，改变参 数使其延时为零后再读出误码率。 3 设计步骤设计步骤 3.1 熟悉熟悉 MATLABMATLAB 系统中系统中 SimulinkSimulink 模型库模型库 打开 MATLAB 软件，单击工具栏上的按钮，即可进入斯 simulink 工具箱，查 看 simulink 模块库中的每个模块，通过查阅资料弄清楚每个模块的功能和用法。用同样 的方法熟悉 communication 模块库中的常用模块。 3.2 基本设计思路基本设计思路 首先产生一个 15 级的 m 序列，输入一个随机数字信号，令它与 15 级 m 序列进行异 或运算以实现信号加密，然后送入含噪信道（可通过加上一个噪声来实现） ，
