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

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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

指导教师对课程设计的评定意见

课程设计任务书

计算机与通信工程学院通信工程专业

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。

1.2课程设计的基本任务和要求

本次课程设计的基本任务：

（1）使学生通过专业课程设计掌握通信中常用的信号处理方法，能够分析简单通信系统的性能。

（2）使学生掌握通信电路的设计方法，能够进行设计简单的通信电路系统。

（3）了解通信工程专业的发展现状及发展方向。

（4）与运用学过的MATLAB基本知识，熟悉MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台的使用

课程设计中必须遵循下列要求：

（1）9级m序列发生器，送入含噪信道，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，分析该种系统的抗噪声性能

（2）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

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设计原理

2.1 Simulink工作环境

（1）模型库

在MATLAB命令窗口输入“simulink”并回车，就可进入Simulink模型库

单击工具栏上的按钮也可进入

Simulik模块库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。

S imulink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。

图2.1-1 Simulink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型窗口

图2.1-2 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。

2.2m序列产生器

（1）m 序列产生器的结构

m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，m序列是带线性反馈的移位寄存器产生的。

由n级串联的移位寄存器和反馈逻辑线路可组成动态移位寄存器，如果反馈逻辑电路只由模2和构成，则称为线性反馈移位寄存器。带线性反馈逻辑的移位寄存器设定初始状态后，在时钟触发下，每次移位后各级寄存器会发生变化，其中任何一级寄存器的输出，随着时钟节拍的推移都会产生一个序列，该序列称为移位寄存器序列。

n级线性移位寄存器如图所示：

图2.2 n级线性移位寄存器

（2）m序列产生器的性质

○1均衡性：在m序列中一个周期内“1”的数目比“0”的数目多1，这表明，序列平均值很小。

○2m序列和其移位后的序列逐位模2相加，所得的序列还是m序列，只是相移不同而已。

○3m序列发生器中移位寄存器的各种状态，除全0状态外，其他状态只在m序列中出现1次。

○4m序列发生器中，并不是任何抽头组合都能产生m序列。

○5m序列具有良好的自相关特性，其自相关系数：当j等于0时，p(j)=1;当j 不等于0时，p(j)=1/N,从m序列的自相关系数可以看出m序列是一个狭义

伪随机码。

2.3误码率测量

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，一般来说，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是随机序列发生器，在实际通信中一般都是单程传输信息的，在测量单程数字通信的误码率时，就不能用随机序列，而是用性能相近的伪随机序列代替它，如下图所示：

图2.3 单程测试法

3 设计步骤

3.1 噪声信号

加入噪声信号模块为：

3.1-1 噪声信号模块

其参数设置为：

3.1-2 噪声信号参数设置

示波器产生的图形为：

3.1-2噪声信号波形图

改变参数设置Variance为0.01，其噪声波形变为

3.1-4 改变噪声信号参数后波形图（1）

改变参数设置Variance为1，其噪声波形变为

3.1-5 改变噪声信号参数后波形图（2）

3.2 m 序列产生器

m序列产生器模块图形：

3.2-1 m序列产生器模型图

其参数设置为：

Unit Delay4 和Unit Delay8设置相同：

3.2-2 参数设置（1）

其余Unit Delay单元设置相同，为：

3.2-3 参数设置（2）

示波器产生的图形为：

3.2-4 m序列产生器波形图3.3抽样判决器

3.3-1 抽样判决器

其参数设置为：

3.3-2 抽样判决器参数设置

3.4 误码率计算比较

实现误码计算比较所需要的模块有：

3.4-1 误码率计算所需要的模块

参数设置为：

3.4-2 各模块参数设置

将之前的模块连线之后，检查线路连接，整个模块框图为：

3.6-3 误码率测试器整体框图

运行该模块，Display 显示为：

3.6-4第一次运行Display显示

说明：Display1显示的是误码率的大小；

示波器显示为：

3.6-5示波器显示

说明：第一幅图表示的是经过抽样判决之后的信号波形图；

第二幅图表示的是伪随机序列的波形图；

第三幅图表示的是伪随机序列加入噪声信道的波形；

改变噪声参数设置，设置Variance为0.2，再次运行，结果为：

3.6-6改变噪声设置后运行结果Display显示说明：Display1显示的是误码率的大小，为0.1881；

示波器显示为：

3.6-7 改变噪声参数设置后运行结果示波器显示说明：第一幅图表示的是经过抽样判决之后的信号波形图；

第二幅图表示的是伪随机序列的波形图；

第三幅图表示的是伪随机序列加入噪声信道的波形；3.7 误码率曲线生成

（1）在MATLAB界面下新建窗口：

图3.7-1 新建Editor窗口输入以下程序：

for i=1:100

power=0.001*i;

sim(' untitledkeyi.mdl');

error(i)=ErrorVec(1);

end

k=[1:100].*0.001;

plot(k,error);

xlabel('噪声功率'),ylabel('误码率');

title('误码率变化曲线图');

grid;

此时相应的在整体框图中作以下改变：

○1输入噪声信号模块，Variance设置为power

3.7-2 噪声信号模块参数改变设置

○2误码率计算Error Rata Calulation1中Output Data 设置为Workspace:

3.7-3 Error Rata Calulation1模块参数改变设置（2）运行文件，生成的图：

3.7-4 MATLAB运行程序后显示的误码率曲线示意图

说明：当噪声功率小于等于0.01时，发送信号与接收信号之间的误码率大小为0；当噪声功率大于0.01时，发送信号与接收信号之间的误码率大小随着噪声功率的增大而增大，呈阶梯形改变。

（3）上述图形只显示了100个数据，为了更明显的表示其变化曲线，取600个数据，相应的进行修改：

○1程序的修改：

for i=1:600

power=0.001*i;

sim(' untitledkeyi.mdl');

error(i)=ErrorVec(1);

end

k=[1:600].*0.001;

plot(k,error);

xlabel('噪声功率'),ylabel('误码率');

title('误码率变化曲线图');

grid;

○2Simulation Stop Time 修改

3.7-5 Simulation Stop Time修改为600.0 运行文件，得到的图形为：

3.7-6 改变取值范围后得出的误码率变化曲线图