数字传输系统误码率测试器的matlab实现及性能分析通信原理课程设计报告(编辑修改稿)

数字传输系统误码率测试器的matlab实现及性能分析通信原理课程设计报告(编辑修改稿)内容摘要：

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。 《 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 30 页 图 23 线性移位寄存器 图 24 15 级的 m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 25 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，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。 图 25 数字 信号 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 《 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 30 页 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 26 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。 图 26 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 2151=32767，其特征多项式建议采用 x15+x14+1。 因此，本课程设计采用 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 熟悉 MATLAB 系统中 Simulink 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。 用同样信源 发送 信道 接收 记录 伪随机序列 比较 同步信号 《 数字传输系统误码率测试器的 MATLAB 实现及性能分析 》 第 8 页 共 30 页 的方法熟悉 munication 模块库中的常用模块。 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） ， 通过抽样判决， 在接收端 输出的信号 与 加入的 相同 15 级 m 序列再进行异或运算以解密， 把解密后的数字信号与原来输入的数字信号进行波形比较，并且送入误码率测试模块计算信道的误码率（注意延时问题 ）。 设置各模块参数， 改变信道误码率大小，测试接收信号与发送信号之间的误码率，分析该种加密传输系统的抗噪声性能。 绘制电路级框图 （ 1） 15 级 m序列的绘制 打开 MATLAB 软件， 单击工具栏上的 按钮 ， 打开 simulink 工具箱，点击 file图标，选择新建中的 model，新建一个仿真空白模型， 将 m 序列 所需要的模块 ：延时 模块和异或模块 拖入空白模型中，也可点击鼠标左键单击 “add to untitled” 分别对每一级的 m序列首尾相连。 由于 15 级 m序列的 特征多项式为 x15+x14+1，因此把第 14 和第 15 个延时单元的输出端进行模二和，然后送入第一个延时单元。 如图 31所示。 图 31 15 级 m序列的绘制 （ 2）在含噪信道中传输过程的绘制 选出此过程称所要用到的模块，包括：异或运算模块、二进制随机数字信号、高斯噪声模 块、抽样判决器、示波器。 如图 32 所示。 《 数字传输系统误码率测试器的 MATLAB 实现及性能分析 》 第 9 页 共 30 页 图 32 信号在含噪信道传输过 程中需要用到的模块 首先，对 随机数字 信号进行加密 ，如图 33 所示。 把输入的随机数字信号与 15 级 m序列的输出端进行模二和 （即异或运算），得到加密后的信号。 然后 ， 把加密后的信号与高斯噪声相加，表示送入含噪信道。 从加法器输出的信号由于加入了噪声，因此会存在一定程度的干扰，这时为了最大程度的减小噪声的干扰，应在加法器后加一个抽样判决器 ，用中间电平值代替实际电平。 图 33 信号加密 在含噪信道中传输 接着，对输出的 信号进行解密 如图 34 所示 ，与加密类似，把抽样判决后的信号与同样的 15 级 m 序列（与加密所用的 m序列 初值应相同）进行模二和运算，所输出的即是解密后的数字信号。 图 34 绘制解密 模块 （ 3）误码率测量和控制部分的绘制 选出此过程称所要用到的模块，包括：数据类型转换器、误码率测试器模块、显示 《 数字传输系统误码率测试器的 MATLAB 实现及性能分析 》 第 10 页 共 30 页 器 、 时延 测量模块 ，如图 35 所示。 其中，数据类型转换模块是把数据类型由 boolean转换成 double 型 ； find delay 模块是用来计算两个输入端之间的延时，从而防止误码率计算出错；显示模块是用来显示延时个数和误码率大小；误码率计算模块即是计算出输入两端的数字信号的误码率。 图 35 误码率测试部分用到的模块 误码率计算部分的模型图如图 36 所示。 首先，进行数据类型转换。 由于原输入的随机数字信号和解密后输出的数字信号的数据类型都是 boolean，而误码率计算模块的输入应是 double 型的，所以需要加入一个数据类型转换器，通过它输出的数据类型就是double 型的。 然后便把转换过数据类型的两路数字信号分别与误码率计算器模块的两个输入端相连，再把计算出的误码率输出到一个显示器上。 最后，由于信号在经过传输以后有可能出现延时现象，而误码率计算器是一对对码元分别输入进行比较的， 那么若有延时，则误码率增大很多，因此查看系统是否有延时必不可少。 在经过 find delay 模块后同样接一个显示模块，把延时个数显示出来 ，再作为依据设置误码率计算模块的延时接收参数。 图 36 误码率测量部分绘制 （ 4）电路级框图总体整合 把三个部分的电路级框图按顺序连好 ，在需要观察数字信号波形的地方加上示波器以观察波形变化和误码变化，得到图 37。 《 数字传输系统误码率测试器的 MATLAB 实现及性能分析 》 第 11 页 共 30 页 图 37 总电路级框图 模块参数设置 电路级框图完成后，需要对每个模块的参数进行合理的设置 ，这样仿真出的结果才更加正确、合理。 （ 1） m序列参数设置 延时单元的设置如图 38 所示， 所有延时单元的 sample time 都取“ 1”，表示延时一个时间间隔，而 instial conditions 表示所给的初值，此项设置为：从第一到第十三个延时单元初值都为“ 0”。 而第十。