通信原理课程设计报告 数字传输系统误码率测试器的matlab实现及性能分析

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的MATLAB 实现及性能分析 学生姓名：肖晓慧 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 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 Simulink；误码率；加密；解密；m 序列 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。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 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。 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 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 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 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 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、 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 3页 共 22页 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 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 2-1 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，如图 2-2 所示： 图 2-2 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 [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