基于System View的比特誤碼率測試的仿真研究

1誤碼率測試仿真原理

在仿真系統中，信道模擬成一個高斯噪聲信道(AWGN)，輸入信號經過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，則產生誤碼。

為了便于對各個系統進行比較，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是信號的數據率。在仿真過程中，為了能得到一個通信系統的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菜單中設置全局關聯變量，以便每一個測試循環完成后將系統參數改變到下一個信噪比值，全局關聯變量的設置方法在下述內容中介紹。

2設置系統仿真時間

在進行系統仿真之前首先必須對定時參數進行設置，系統的定時設定直接影響著系統仿真的效果甚至仿真結果的正確性。同時，定時參數的設置也直接影響系統仿真的精度，因此選取定時參數必須十分的注意，這也是初學者應重點掌握的內容，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果。單擊設計窗口工具欄上的系統定時按鈕則彈出系統定時設定窗口。

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個值是相互關聯的2個系統參數

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

(3)采樣點數指定了系統仿真過程中總的采樣點個數，其基本運算關系為：

采樣點數=(終止時間-起始時間)×采樣速率+1

根據這個關系式，在采樣速率不變時，System View將遵循下列規則自動修改參數：

①如果用戶改變了采樣點數，則System View不改變起始時間，但會根據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，則采樣點數會被自動修改。

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

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

(4)頻率分辨率是指系統對用戶數據進行Fourier變換時，根據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

(5)系統的循環次數提供了用戶系統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測試系統的仿真

BCH碼是循環碼的一個重要子類，他具有糾正多個錯誤的能力，BCH碼有嚴密的代數理論，是目前研究最透徹的一類碼。可以根據所要求的糾錯能力t，很容易構造出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，即數據從0時刻開始輸出。BCH編碼器每輸入4 b數據就產生一個7 b的編碼序列，數據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)的輸出數據率為1 Hz，則其輸入數據率應為7/4=1.75Hz，用采樣器(圖符9)設為1.75 Hz。

在此例中由于系統比較簡單，系統總延時可用理論推算的方法來計算。信號經過匹配濾波器后有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位實際數據，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(從數據輸入到譯碼器的延時)的群延時為8.571 428 571 s。由于RBE計數器的采樣率被設為1 Hz，即每秒兩路輸入信號判決一次，則整個系統的群延時應為一個整數，所以這里的群延時為9個采樣。在BCH譯碼器和RBE計數器之間插入一個1 Hz的重采樣器(圖符12)后，會自動將系統群延時調整為整數。

系統電路圖設計到此已完成，設置好全局關聯變量和系統定時窗口后，仿真得到的RBE曲線如圖3所示，系統的同步情況(接收器13和接收器15的卷積)如圖4所示。從試驗結果中可以看出隨著信噪比的增大RBE曲線在下降，誤碼計數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，還與前面的N-1段信息有關，編碼過程中相互關聯的碼元個數為nN。卷積碼的糾錯性能優于分組碼，但卷積碼沒有分組碼那樣嚴密的數學分析手段，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成。

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

4 結語

通過上述的誤碼率測試系統的設計和仿真結果可知，利用System View軟件可以方便、快速 地進行通信系統的仿真。并且只要參數適當，可以得到符合要求和直觀理想的仿真結果，為 軟件算法研究者、硬件系統工程師提供了一個有效仿真工具。隨著通信技術的不斷發展，通 信系統越來越復雜，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 應的通信系統的設計和仿真。