数据传输系统误码率测试器的MATLAB实现及性能分析
课程设计任务书
学院通信工程专业
课程名称通信原理课程设计时间2014～2015学年第一学期18～19周学生姓名指导老师曹敦
题目数据传输系统误码率测试器的MATLAB实现及性能分析
主要内容：
本课程设计的目的主要是仿真数据传输系统误码率测试器。利用m序列模拟测试信号，送入含噪及延时信道，在接收端与相同m序列再进行异或运算以测试误码率，改变信道误码率或信噪比大小，测试接收信号与发送信号之间的误码率，分析该种数据传输系统误码率测试器的抗噪声性能。
要求：
（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。
应当提交的文件：
（1）课程设计学年论文。
（2）课程设计附件（主要是模型文件和源程序）。
数据传输系统误码率-
长沙理工大学 《通信原理》课程设计报告 数据传输系统误码率测试器的MATLAB 实现及性能分析 123 学院计算机与通信工程专业通信工程 班级学号 学生姓名指导教师 课程成绩完成日期201 课程设计成绩评定
学院计算机与通信工程专业通信工程 班级学号 学生姓名指导教师 课程成绩完成日期 指导教师对学生在课程设计中的评价 评分项目优良中及格不及格课程设计中的创造性成果 学生掌握课程内容的程度 课程设计完成情况 课程设计动手能力 文字表达 学习态度 规范要求 课程设计论文的质量 指导教师对课程设计的评定意见 综合成绩指导教师签字 2017年1月15日
课程设计任务书 计算机与通信工程学院通信工程专业 课程名称通信原理课程设计时间2016～2017学年第一学期18～20周学生姓名指导老师曹敦 题目数字传输系统误码率测试器的MATLAB实现及性能分析 主要内容： 本课程设计的目的主要是仿真通信加密系统。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。 要求： （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。 应当提交的文件： （1）课程设计学年论文。 （2）课程设计附件（主要是模型文件和源程序）。
数据传输误码率的MATLAB实现性能分析学生姓名：席广然指导老师：曹敦 摘要本课程设计主要运用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台设计进行数据传输系统误码率测试器的仿真。在本次课程设计中先根据9级m序列发生器的结构，从Simulink 工具箱中找所需元件，送入含噪信道，改变信道误码率大小，测试发送信号与接收信号的误码率大小，其中可以通过不断的修改优化得到需要信号，最后通过对输出波形的分析得出仿真是否成功。 关键词Simulink；数据系统；m序列；误码率 1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。实现数据传输系统的的误码率计算的过程，通过比较发送信号与接收信号之间产生的误码率大小，分析比较，改变参数设置，观察波形变化及误码率大小的变化，并对其进行分析总结。 1.1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。 本次的课程设计研究的是数据传输的误码率，通过改变噪声方差的大小，测试发送信号与接收信号的误码率大小，用来理解实际生活的数据传输之间误码率大小的决定条件，从而在实际中尽量减少误码率的大小。
无人机数据传输系统-手册
1.概论： 无人机，即无人驾驶的飞机。是指在飞机上没有驾驶员，只是由程序控制自动飞行或者由人在地面或母机上进行遥控的飞机。它装有自动驾驶仪、程序控制系统、遥控与遥测系统、自动导航系统、自动着陆系统等，通过这些系统可以实现远距离飞行并得以控制。无人机与有人驾驶的飞机相比而言，重量轻、体积小、造价低、隐蔽性好，特别宜于执行危险性大的任务，因此被广泛应用。 二、无人机的特点及技术要求 无人机没有飞行员，其飞行任务的完成是由无人飞行器、地面控制站和发射器组成的无人机系统在地面指挥小组的控制一下实现的。据此，无人机具有以下特点: （1）结构简单。没有常规驾驶舱，无人机结构尺寸比有人驾驶飞机小得多。有一种无尾无人机在结构上比常规飞机缩小40%以上。重量减轻，体积变小，有利于提高飞行性能和降低研制难度。 （2）安全性强。无人机在操纵人员培训和执行任务时对人员具有高度的安全性，保护有生力量和稀缺的人力资源。可以用来执行危险性大的任务。 （3）性能提高。无人机在设计时不用考虑飞行员的因素。许多受到人生理和心理所限的技术都可在无人机上使用，从而突破了有人在机的危险，保证了飞行的安全性。 （4）一机多用，稍作改进后发展为轻型近距离对地攻击机。
（5）采用成熟的发动机和主要机载设备，以减少研制风险与经费投入，加快研制进度。联合研制以减小投资风险、解决经费不足有利于扩大出口及扬长技术与设备优势。 （6）研制综合训练系统。技术要求有: （1）信息技术包括信息的收集和融合，信息的评估和表达，防御性的信息战、自动目标确定和识别等； （2）设备组成包括低成本结构、小型化及模块化电子设备、低可见性天线、小型精确武器、可储存的高性能发动机及电动作动器等； （3）性能实现包括先进的低可见性和维护性技术、任务管理和规划、组合模拟和训练环境等。 三、无人机系统按照功能划分，主要包括四部分: （1）飞行器系统 包括空中和地面两大部分。空中部分包括：无人机、机载电子设备和辅助设备等，主要完成飞行任务。地面部分包括：飞行器定位系统、飞行器控制系统、导航系统以及发射回收系统，主要完成对飞行器的遥控、遥测和导航任务，空中与地面系统通过数据链路建立起紧密联系。 （2）数据链系统 包括：遥控、遥测、跟踪测量设备、信息传输设备、数据中继设备等用以指挥操纵飞机飞行，并将飞机的状态参数及侦察信息数据传到控制站。 （3）任务设备系统 包括：为完成各种任务而需要在飞机上装载的任务设备。
误码率
误码率 误码率 误码率（BER：bit error ratio）是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%。如果有误码就有误码率。另外，也有将误码率定义为用来衡量误码出现的频率。IEEE802.3标准为1000Base-T网络制定的可接受的最高限度误码率为10-10。这个误码率标准是针对脉冲振幅调制(PAM-5)编码而设定的,也就是千兆以太网的编码方式。 误比特率 误比特率是指在数字传输过程中，错误的比特数与传输的总比特数之比。在采用二进进制编码的情况下，误比特率与误码率是相同的，因为误码率是指在传输过程中，发生误码的码元个数与传输的总码元数之比;而在二进制码的情况下，码元就是比特，因此误码率就是误比特率。 误码的产生 误码的产生是由于在信号传输中，衰变改变了信号的电压,致使信号在传输中遭到破坏，产生误码。噪音、交流电或闪电造成的脉冲、传输设备故障及其他因素都会导致误码误码率（比如传送的信号是1，而接收到的是0；反之亦然）。各种不同规格的设备，均有严格的误码率定义，如通常视/音频双向光端机的误码率应该在：（BER）≤10E-9。 由于种种原因,数字信号在传输过程中不可避免地会产生差错。例如在传输过程中受到外界的干扰,或在通信系统内部由于各个组成部分的质量不够理想而使传送的信号发生畸变等。当受到的干扰或信号畸变达到一定程度时,就会产生差错。 什么是差错?在数据通信中,如果发送的信号是“1”,而接收到的信号却是“0”,这就是“误码”,也就是发生了一个差错。在一定时间内收到的数字信号中发生差错的比特数与同一时间所收到的数字信号的总比特数之比,就叫做“误码率”，也可以叫做“误比特率”。误码率（BER：bit error ratio）是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。
(设备管理)微计算机中处理器与IO设备间数据传输控制方法
第5章微计算机中处理器与I/O设备间数据传输控制方法 1．试说明一般中断系统的组成和功能。 答：处理器内部应有中断请求信号的检测电路，输出中断响应信号，保存断点的逻辑，转向中断处理程序的逻辑，中断返回逻辑。系统中要有一中断控制器，管理多个中断源，提供处理机所需的中断处理信息。系统中请求中断处理的I/O接口电路要有提供中断请求信号及接收中断响应信号的逻辑。 2．什么是中断类型码、中断向量、中断向量表？在基于8086/8088的微机系统中，中断类型码和中断向量之间有什么关系？ 答：处理机可处理的每种中断的编号为中断类型码。中断向量是指中断处理程序的入口地址，由处理机自动寻址。中断向量表是存放所有类型中断处理程序入口地址的一个默认的内存区域。在8086系统中，中断类型码乘4得到向量表的入口，从此处读出4字节内容即为中断向量。 3．什么是硬件中断和软件中断？在PC机中两者的处理过程有什么不同？ 答：硬件中断是通过中断请求线输入电信号来请求处理机进行中断服务；软件中断是处理机内部识别并进行处理的中断过程。硬件中断一般是由中断控制器提供中断类型码，处理机自动转向中断处理程序；软件中断完全由处理机内部形成中断处理程序的入口地址并转向中断处理程序，不需外部提供信息。 4．试叙述基于8086/8088的微机系统处理硬件中断的过程。 答：以INTR请求为例。当8086收到INTR的高电平信号时，在当前指令执行完且IF=1的条件下，8086在两个总线周期中分别发出INTA#有效信号；在第二个INTA#期间，8086收到中断源发来的一字节中断类型码；8086完成保护现场的操作，CS、IP内容进入堆栈，清除IF、TF；8086将类型码乘4后得到中断向量入口地址，从此地址开始读取4字节的中断处理程序的入口地址，8086从此地址开始执行程序，完成了INTR中断请求的响应过程。5．在PC机中如何使用“用户中断”入口请求中断和进行编程？ 答：PC机中分配给用户使用的中断是IRQ9，经扩展插槽B4引出，故把用户的中断请求线连接到B4上。在应用程序中，利用25H号系统调用将中断服务程序的入口地址写入对应0AH类型中断对应的中断向量表中去。在应用程序中把主片8259A D2屏蔽位清0，把从片8259A D1屏蔽位清0，使主片的IR2、从片的IR1可以输入中断请求。中断服务程序结束前向主片8259A发中断结束命令。应用程序结束之前对主片的IR2和从片的IR1进行屏蔽，关闭用户中断请求。 6．8259A中断控制器的功能是什么？ 答：8259A中断控制器可以接受8个中断请求输入并将它们寄存。对8个请求输入进行优先级判断，裁决出最高优先级进行处理，它可以支持多种优先级处理方式。8259A可以对中断请求输入进行屏蔽，阻止对其进行处理。8259A支持多种中断结束方式。8259A与微处理器连接方便，可提供中断请求信号及发送中断类型码。8259A可以进行级连以便形成多于8级输入的中断控制系统。 7．8259A初始化编程过程完成那些功能？这些功能由那些ICW设定？ 答：初始化编程用来确定8259A的工作方式。ICW1确定8259A工作的环境：处理器类型、中断控制器是单片还是多片、请求信号的电特性。ICW2用来指定8个中断请求的类型码。ICW3在多片系统中确定主片与从片的连接关系。ICW4用来确定中断处理的控制方法：中断结束方式、嵌套方式、数据线缓冲等。 8．8259A在初始化编程时设置为非中断自动结束方式，中断服务程序编写时应注意什么？答：在中断服务程序中，在返回主程序之前按排一条一般中断结束命令指令，8259A将ISR
TCP传输过程中误码率研究
TCP 传输过程中误码率研究 假设TCP 传输过程中比特误码发生的概率为m E 。 假设一个IP 数据包包含的码元个数为N 。 可以计算出数据包正确传输的概率为 ()() m m m NE N E E m N m ok e E E P -?≈-=-=1 11，错误传输的概率则为m NE c e E --=1。 TCP 传输机制 TCP 发送方传输多个数据块，在一定时间ack wait T _内等待ACK ；如果收到后面数据块的ACK 则认为前面的数据块接收方已经收到。 假设发送方在ack wait T _时间内发送M 个数据块，码元个数为i N ，i 从1到M ；ACK 码元个数为ack N 。 接收方收到第i 个数据块正确的概率为i ok P ，在正确接收后发送ACK 给发送方；发送方收到ACK 正确的概率为ack ok i ok P P ?。 注：考虑到传输时延，如果第i 个数据块的发送时刻+时延超过ack wait T _，该数据块的ACK 接收概率为0；后续包不再考虑，M 实际取i-1。 因此第一个数据块确认收到的概率为：接收方收到第一个数据块后发送方收到其中正确ACK 的个数概率P 。 )...1()...(2121M ok ok ack ok ok ack ok M ok ack ok ok ack ok ok P P P P P P P P P P P +++?=?++?+= 若避免重传，要求1≥P 。 为简化计算，假设M 个数据块大小一样，是ACK 码元个数的2倍；则
2)(ack ok M ok i ok P P P ==。便于表示，ack ok P X =。 1 ))1(1() ...1()...(2 32121≥-+=+++?=?++?+=X M X P P P P P P P P P P P P M ok ok ack ok ok ack ok M ok ack ok ok ack ok ok M = 1, X = 1.000000, NE = 0.000000 M = 2, X = 0.837620, NE = 0.177191 M = 3, X = 0.770398, NE = 0.260848 M = 4, X = 0.728125, NE = 0.317283 M = 5, X = 0.697549, NE = 0.360183 M = 6, X = 0.673749, NE = 0.394898 M = 7, X = 0.654356, NE = 0.424104 M = 8, X = 0.638051, NE = 0.449337 M = 9, X = 0.624024, NE = 0.471566 M = 10, X = 0.611744, NE = 0.491441 结合实际，ACK 包为40字节，基于蓝色部分，则要求 93750.000991508 *40317283.0= 结构：控制器、执行器、被控对象、传感器。2定义：通过网络形成闭环的反馈控制系统，称为网络控制系统（NCS:Networked Control System），即控制系统中的控制器、传感器和执行器通过网络来交换控制及传感等信息。3特点：(1) 结构网络化：NCS最显著的特点体现在网络体系结构上，它支持如总线型、星型、树型等拓扑结构，与传统分层控制系统的递阶结构相比显得更加扁平和稳定；2) 节点智能化：带有CPU的智能化节点之间通过网络实现信息传输和功能协调，每个节点都是组成网络的一个细胞，且具有各自相对独立的功能；(3) 控制现场化和功能分散化：网络化结构使原先由中央控制器实现的任务下放到智能化现场设备上执行，使危险得到了分散，从而提高了系统的可靠性和安全性；(4) 系统开放化和产品集成化：NCS的开发遵循一定标准进行，是一个开放的系统。只要不同厂家根据统一标准来开发自己的产品，这些产品之间便能实现互操作和集成。4与传统点对点结构系统比较；可以实现资源共享，实现远程操作与控制，具有高的诊断能力，安装与维护方便，能有效减少系统的重量与体积，增加系统的灵活性与可靠性，使用无线网络技术，可以实现使用大量广泛分布的廉价传感器与远距离的控制器、执行器构成某些特殊用途的NCS，这是传统的点对点结构的控制系统所无法实现的。5 网络控制系统评价标准；(1) 网络服务质量（QoS, Quality of Service）：包括网络吞吐量，传输效率，误码率，时延可预测性和任务的可调度性。2) 系统控制性能（QoP, Quality of Performance）：包括稳定性，快速性，准确性，超调和震荡等。6 NCS中的基本问题；1、时变传输周期2、网络调度（（1）指一个节点多久可以传输一次信息，以及以多高的优先级传递信息，发生在用户层或传输层以上;（2）调度控制环的采样周期和采样时刻，以尽量避免网络中冲突现象的发生；（3）至于数据如何更有效地从出发点到达目的地以及当线路堵塞时应采取何种措施，这些问题在网络层由线路优化和堵塞算法考虑。）3、网络时延4、单包传输和多包传输5、数据包时序错乱6、数据包丢失。 7、节点驱动方式（NCS的节点有两种驱动方式：时钟驱动和事件驱动。时钟驱动：网络节点在一个事先确定的时间到时开始动作，事先确定的时间为节点动作的依据，如节点的采样时刻。事件驱动：网络节点在一个特定的事件发生时开始动作，如网络节点通过数据网络从另外一个节点接受数据。NCS中的传感器一般采用时钟驱动，而控制器和执行器可以是时钟驱动，也可以是事件驱动）8、时钟同步。7 NCS研究内容1、对网络的控制：围绕网络的服务质量，从拓扑结构、任务调度算法和介质访问控制层协议等不同的角度提出解决方案，满足系统对实时性的要求，减小网络时延、时序错乱、数据包丢失等一系列问题。可以运用运筹学和控制理论的方法来实现。2、通过网络的控制：指在现有的网络条件下，设计相适应的NCS控制器，保证NCS良好的控制性能和稳定性。可以通过建立NCS数学模型用控制理论的方法进行研究。3、NCS整体性能的优化与提高（综合控制）：综合考虑提高网络性能和控制性能的基础上，优化和提高整个NCS的性能. 基于网络的智能控制 1.通信的含义：所谓通信，就是指采用某种特定的方法，通过某种介质（如传输线）或渠道将信息从一处传送到另一处的过程。2通信的类型存在两大类通信方式：非电通信和电通信。其中电通信可分为三种类型：1．模拟通信2．数字通信：3．数据通信：数据通信与数字通信的不同之处是：数字通信的信息源发出的是模拟信号；数据通信的信息源发出的是数字信息。3 数据通信系统的组成：一个最基本的通信系统，是由信息源、发送装置/接收装置、信道、通信控制部件、信息宿等部分组成。4 数据通信方式的分类；（一）按数据位的传送方式分，有：1．并行通信方式：将一个二进制数据的所有位同时传送的方式，特点：传送速度快，线路成本高。2．串行通信方式：将一个二进制数据逐位顺序传送的方式，特点：线路投资省，传输速度比并行通信的速度慢。适用于长距离传送。（二）按信息的传送方向分，有：1．单工（Simplex）通信方式：只允许信息沿一个方向（而不能作反向）传输。2．半双工通信方式：允许信息在两个方向上传输，但在同一时刻只限于一个方向的传输，3．全双工通信方式。允许信息同时在两个方向上进行传输，（三）按连接方式分：1．总线连接的通信方式：将两台计算机的总线通过缓冲转换器直接相连。2．调制/解调连接的通信方式：将计算机输出数据经并/串转换后进行调制，然后在双芯传送线上发送；而接收端对收到的信息进行解调，然后经串/并转换使数据 数据通信的主要技术指标 数据通信的任务是传输数据信息，希望达到传输速度快、信息量大、可靠性高，涉及的技术指标有数据传输速率、误码率和信道容量。 1. 数据传输速率 数据传输速率是指传输线路上传输信息的速度，有数据传输速率和信号传输速率两种表示方法。 (1) 数据传输速率 数据传输速率又称比特率，指单位时间内所传送的二进制位的个数，单位为比特每秒，表示为bps或b/s。数据传输速率可用如下公式表示： 其中， S —表示比特率 T —表示脉冲宽度 N —表示一个脉冲所表示的有效状态数，即调制电平数，通常为2的整数倍。 例如，一连续信号f = 1200Hz，每个信号可表示4个不同的状态，则数据传输速率（比特率）为2400bps： (2) 信号传输速率 信号传输速率又称波特率或调制速率，指单位时间内所传送的信号的个数，单位为baud（波特），可用如下公式表示： B = 1 / T 其中，B —波特率，T —信号周期。 例如，若一连续信号f = 1200Hz，则B = 1/T = 1200（波特） (3) 比特率与波特率的关系 比特率与波特率都是衡量信息在传输线路上传输快慢的指标，但两者针对的对象有所不同，比特率针对的是二进制位数传输，波特率针对信号波形的传输，两者之间存在如下关系： 其中，N为一个脉冲所表示的有效状态数，即调制电平数。 比特率与波特率在应用中的相互关系见如图2-1-12所示。 图2-1-12 波特率和比特率之间关系 2. 误码率 误码率表示二进制数据位在传输中出错的概率，可用如下公式表 示： Pe = Ne / N 其中，Pe —误码率，Ne —出错的位数，N —传输的总位数。 例如，若数据传输10000个bit，接收经检查发现有一个bit错了，则误码率 Pe = 10-5 误码率主要用于衡量数据传输的质量，其他衡量数据传输质量的指标还有误字率和误组率等，原理类似，这里不作详细解释。 3. 信道容量 信道容量指信道所能承受的最大数据传输速率，单位为bps或 b/s。信道容量受信道的带宽限制，信道带宽越宽，一定时间内信道上传输的信息就越多。 带宽指物理信道的频带宽度，即信道允许的最高频率和最低频率之差。按信道频率范围的不同，通常可将信道分为窄带信道（0～300Hz）、音频信道（300～3400Hz）和宽带信道（3400Hz以上）三类。 信道容量有两种衡量的方法：奈奎斯特公式和香农公式。 (1) 奈奎斯特公式（Nyquist） 对有限带宽无噪声信道，信道容量可用如下公式计算： 其中， C —最大数据速率（信道容量） H —信道的带宽（Hz） 误码率测定 误码率定义 误码率是指二进制比特在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于：Pe = Ne/N 其中，N为传输的二进制比特总数，Ne为被传错的比特数 注： 1.误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数； 2.对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求； 3.对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制比特，要折合成二进制比特来计算； 4.差错的出现具有随机性，在实际测量一个数据传输系统时，只有被测量的传输二进制比特数越大，才会越接近于真正的误码率值。 误码率的测定 测定分为两种：统计学方法与实际测量。在实际测量中，最常用的是循环冗余检查方式。 检错码与纠错码 纠错码：每个传输的分组带上足够的冗余信息，使得接收端能发现并自动纠正传输差错。 检错码：分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息，接收端能发现出错，但不能确定哪一比特是错的，并且自己不能纠正传输差错。 常用的检错码 奇偶校验码: 垂直奇(偶)校验 水平奇(偶)校验水平 垂直奇(偶)校验(方阵码) 循环冗余编码CRC:这是目前应用最广的检错码编码方法之一,它具有建检错能力强和实现容易的特点，因此主要介绍循环冗余编码方式。 循环冗余编码工作原理循环冗余编码工作原理 标准CRC生成多项式G（x） CRC-12：G(x) = x12 + x11 + x3 + x2 + x + 1 CRC-16：G(x) = x16 + x15 + x2 + 1 CRC-CCITT：G(x) = x16 + x12 + x5 + 1 CRC-32：G(x) = x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1 差错控制机制 差错控制通常采用反馈重发纠错实现机制，如下图所示： 反馈重发机制的分类 反馈重发机制分为停止等待方式和连续工作方式；而连续工作方式又可分为拉回方式和选择重发方式 停止等待方式的工作过程网络控制系统复习
数据通信的主要技术指标课后习题与答案
误码率是指二进制比特在数据传输系统中被传错的概率