1誤碼率測試仿真原理

在仿真系統(tǒng)中，信道模擬成一個高斯噪聲信道(AWGN)，輸入信號經(jīng)過AWGN信道后在輸出端進行硬判斷，當帶有噪聲的接收信號大于判決電平時，輸出判為1，此時的原參照信號如果為0，則產(chǎn)生誤碼。

為了便于對各個系統(tǒng)進行比較，通常將信噪比用每比特所攜帶的能量除以噪聲功率譜密度來表示，即Eb/N0，對基帶信號，定義信噪比為：

這里的A為信號的幅度(通常取歸一化值)，R=1/T是信號的數(shù)據(jù)率。在仿真過程中，為了能得到一個通信系統(tǒng)的RBE曲線，通常需要在信號源或噪聲源后邊加入一個增益圖符來控制信噪比的大小，System View仿真時應用此種方法(在噪聲源后面加入增益圖符)。受控的增益圖符需要在系統(tǒng)菜單中設置全局關(guān)聯(lián)變量，以便每一個測試循環(huán)完成后將系統(tǒng)參數(shù)改變到下一個信噪比值，全局關(guān)聯(lián)變量的設置方法在下述內(nèi)容中介紹。

2設置系統(tǒng)仿真時間

在進行系統(tǒng)仿真之前首先必須對定時參數(shù)進行設置，系統(tǒng)的定時設定直接影響著系統(tǒng)仿真的效果甚至仿真結(jié)果的正確性。同時，定時參數(shù)的設置也直接影響系統(tǒng)仿真的精度，因此選取定時參數(shù)必須十分的注意，這也是初學者應重點掌握的內(nèi)容，采樣速率過高增加仿真的時間，過低則有可能得不到正確的仿真結(jié)果。單擊設計窗口工具欄上的系統(tǒng)定時按鈕則彈出系統(tǒng)定時設定窗口。

在進行定時窗口設置時要注意以下幾點：

(1)起始和終止時間控制了系統(tǒng)運行的時間范圍，System View要求終止時間值應大于起始時間值。

(2)采樣速率/采樣間隔控制著時間步長，這2個值是相互關(guān)聯(lián)的2個系統(tǒng)參數(shù)

改變其中一個數(shù)值，系統(tǒng)會自動修改另一個。System View是基于數(shù)字信號處理的模型分析軟件，因此不論是模擬系統(tǒng)還是數(shù)字系統(tǒng)，System View總是要執(zhí)行數(shù)字化處理。所以采樣速率的選取必須遵循采樣定律，否則將產(chǎn)生錯誤，很多System View仿真錯誤就是由此產(chǎn)生的。對于連續(xù)時間系統(tǒng)的仿真，系統(tǒng)的采樣率必須定義為該系統(tǒng)最高頻率的3～4倍。

(3)采樣點數(shù)指定了系統(tǒng)仿真過程中總的采樣點個數(shù)，其基本運算關(guān)系為：

采樣點數(shù)=(終止時間-起始時間)×采樣速率+1

根據(jù)這個關(guān)系式，在采樣速率不變時，System View將遵循下列規(guī)則自動修改參數(shù)：

①如果用戶改變了采樣點數(shù)，則System View不改變起始時間，但會根據(jù)新的采樣間隔修改終止時間。

②如果用戶對起始時間和終止時間中的一個或全部做了修改，則采樣點數(shù)會被自動修改。

③采樣點數(shù)只能是整數(shù)，若計算值不是整數(shù)，System View將取其近似整數(shù)值。除非用戶自行修改，否則系統(tǒng)會一直保持到固定的采樣點數(shù)。

在RBE測試試驗仿真中，除了對系統(tǒng)采樣頻率要十分重視外，采樣時間的選取也要特別注意，系統(tǒng)單循環(huán)仿真時間應該比計數(shù)器一個循環(huán)總計數(shù)時間要長。也可以通過系統(tǒng)采樣點數(shù)的設置來滿足此條件(否則可能出現(xiàn)計算的RBE值都為0)。

(4)頻率分辨率是指系統(tǒng)對用戶數(shù)據(jù)進行Fourier變換時，根據(jù)時間序列所得到的頻率分辨率，其值為：

頻率分辨率=采樣速率/采樣點數(shù)

(5)系統(tǒng)的循環(huán)次數(shù)提供了用戶系統(tǒng)自動重復運行的功能。有reset system on loop和pause on loop 兩種重復運行方式。

3 RBE測試仿真實例

3.1 BCH編碼譯碼RBE測試系統(tǒng)的仿真

BCH碼是循環(huán)碼的一個重要子類，他具有糾正多個錯誤的能力，BCH碼有嚴密的代數(shù)理論，是目前研究最透徹的一類碼?？梢愿鶕?jù)所要求的糾錯能力t，很容易構(gòu)造出BCH碼。圖2是本例的仿真電路圖。

輸入信號(圖符0)為1Hz的PN碼，為了保證每個比特對應一個采樣，在信號源的后面加入了一個采樣器(圖符1)，采樣率設為1 Hz，信號源的時間偏移設為0，即數(shù)據(jù)從0時刻開始輸出。BCH編碼器每輸入4 b數(shù)據(jù)就產(chǎn)生一個7 b的編碼序列，數(shù)據(jù)輸入和編碼輸出的序列占用的時間都為4 s，則編碼信號的比特率為7/4=1.75 Hz，于是每個編碼位的時間寬度位：4/7=0.571 428 571 s。為了使加入的AWGN信號的采樣率與BCH編碼 輸出的采樣率一致，便于二者相加，因此在加法器(圖符5)之前插入一個保持器(圖符4)將信號恢復到系統(tǒng)采樣率。對任一個AWGN信道，匹配濾波器是最佳檢波器，這里用一個簡單的積分清洗算子(圖符7)來作匹配濾波器，將積分時間設置為BCH碼的碼元寬度，即4/7 s。但是，為了保證BCH譯碼器(圖符10)的輸出數(shù)據(jù)率為1 Hz，則其輸入數(shù)據(jù)率應為7/4=1.75Hz，用采樣器(圖符9)設為1.75 Hz。

在此例中由于系統(tǒng)比較簡單，系統(tǒng)總延時可用理論推算的方法來計算。信號經(jīng)過匹配濾波器后有4/7 s的延時。對于BCH譯碼器而言，需要輸入7位BCH才能譯碼4位實際數(shù)據(jù)，始終存在4 s的群延時;同理，編碼器的編碼延時也為4 s。因此整個系統(tǒng)(從數(shù)據(jù)輸入到譯碼器的延時)的群延時為8.571 428 571 s。由于RBE計數(shù)器的采樣率被設為1 Hz，即每秒兩路輸入信號判決一次，則整個系統(tǒng)的群延時應為一個整數(shù)，所以這里的群延時為9個采樣。在BCH譯碼器和RBE計數(shù)器之間插入一個1 Hz的重采樣器(圖符12)后，會自動將系統(tǒng)群延時調(diào)整為整數(shù)。

系統(tǒng)電路圖設計到此已完成，設置好全局關(guān)聯(lián)變量和系統(tǒng)定時窗口后，仿真得到的RBE曲線如圖3所示，系統(tǒng)的同步情況(接收器13和接收器15的卷積)如圖4所示。從試驗結(jié)果中可以看出隨著信噪比的增大RBE曲線在下降，誤碼計數(shù)器兩路輸入信號的卷積峰值剛好對準0點，準確同步。

3.2 卷積碼編碼譯碼RBE測試系統(tǒng)的仿真

卷積碼是另外一種編碼方法，他也是將k個信息比特編成n個比特，但k和n通常很小，因此時延小，特別適合以串行形式進行傳輸。卷積碼編碼后的n個碼元不僅與當前段的k個信息有關(guān)，還與前面的N-1段信息有關(guān)，編碼過程中相互關(guān)聯(lián)的碼元個數(shù)為nN。卷積碼的糾錯性能優(yōu)于分組碼，但卷積碼沒有分組碼那樣嚴密的數(shù)學分析手段，目前大多是通過計算機進行好碼的搜索。圖5是一個[2，1，7]卷積碼編譯碼RBE測試仿真電路圖，輸出部分由硬判決和軟判決譯碼器構(gòu)成。

設置好全局關(guān)聯(lián)變量和系統(tǒng)定時窗口后，仿真結(jié)果如圖6所示，此處略有不同的是系統(tǒng)總延時的計算方法，即將計數(shù)器的兩路輸入信號進行相關(guān)運算的分析法。計算分析窗口如圖7(顯示的是43個采樣延時)所示。由仿真結(jié)果(RBE測試曲線)可知軟判決比硬判決的誤碼性能好。

4 結(jié)語

通過上述的誤碼率測試系統(tǒng)的設計和仿真結(jié)果可知，利用System View軟件可以方便、快速 地進行通信系統(tǒng)的仿真。并且只要參數(shù)適當，可以得到符合要求和直觀理想的仿真結(jié)果，為 軟件算法研究者、硬件系統(tǒng)工程師提供了一個有效仿真工具。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通 信系統(tǒng)越來越復雜，設計和仿真難度也隨之加大，利用System View可以十分方便地完成相 應的通信系統(tǒng)的設計和仿真。