基于System View的比特誤碼率測試的仿真
Elanix的System View是一個完整的動態(tài)系統(tǒng)設計、仿真和分析的可視化環(huán)境,是一個適合多種操作系統(tǒng)的單機和網(wǎng)絡平臺。在System View環(huán)境下,可以構造各種復雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?;旌舷到y(tǒng)和各種速率的系統(tǒng),可用于線性或非線性控制、通信系統(tǒng)的設計和仿真。System View有諸多優(yōu)點:直觀、簡單、易用;支持多速率系統(tǒng)和并行系統(tǒng);無限制分層結構;豐富的功能模塊;廣泛的濾波和線性系統(tǒng)設計;可擴展性。
2誤碼率測試仿真原理及其仿真的關鍵問題
2.1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,全局關聯(lián)變量的設置方法在下述內容中介紹。
2.2全局關聯(lián)變量的設置
當一個高斯噪聲信道的RBE測試模型設置基本完畢后,并不能繪出完整正確的RBE/RSN曲線,還必須將噪聲增益控制與系統(tǒng)循環(huán)次數(shù)進行全局變量關聯(lián),使信道的信噪比(RSN)由0 dB開始逐步加大,即噪聲逐步減小,噪聲每次減小的步長與循環(huán)次數(shù)相關。設置的方法是:單擊System View主菜單中的“Tools”選項,選擇“Global Parameter Links”,這時出現(xiàn)如圖1所示參數(shù)設置欄,在“Select System Token”中選擇要關聯(lián)的全局變量,圖中選擇了Gain圖符,如果設定每次循環(huán)后將信噪比遞增1 dB,即噪聲減小1 dB,則應在算術運算關系定義欄“Define Algebraic Relation F[Gi,Vi]”內將F[Gi,Vi]的值設置為-c1,這里c1為系統(tǒng)變量“Current System Loop”的系統(tǒng)循環(huán)次數(shù)。
2.3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(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。
2.4RBE測試中的系統(tǒng)同步問題
在RBE測試模型建立完之后,與計算曲線密切相關的另一個重要問題是整個系統(tǒng)的定時問題,因為System View是一個多速率系統(tǒng),在所有系統(tǒng)仿真模塊中可能同時存在不同采樣速率的功能圖符,并且經(jīng)過許多濾波器、編碼器時,會產(chǎn)生固有的處理延時。RBE計數(shù)器圖符具有兩個輸入,原則上每個采樣進行一個比特的檢驗判斷,因此兩個輸入必須是嚴格的位同步才能判決正確。嚴格地講,應該是兩個輸入的采樣率必須完全一致且絕對同步,這就要涉及到系統(tǒng)的定時問題。計數(shù)器兩個輸入端的時間差,即系統(tǒng)的延時有2種方法得到:
第一種方法:對一些簡單的系統(tǒng),可以通過計算逐個模塊的時延,最后推算出系統(tǒng)的總的群延時時間。如在BCH編碼、譯碼的RBE測試仿真實例中就是用此種方法。
第二種方法:當遇到非常復雜的系統(tǒng)模型或不易通過理論推算時,可以用原始輸入信號與輸出信號(在此例中是計數(shù)器的兩個輸入端信號)之間的相關運算來求出其系統(tǒng)的群延時,卷積碼的RBE的測試仿真實例中用的就是此方法。為了說明這兩種定時方法,下面舉出兩個實例分別論述。
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。可以根據(jù)所要求的糾錯能力t,很容易構造出BCH碼。BCH碼的編譯碼原理理論可參考文獻[1,2],下面以一個[7,4] BCH編碼、譯碼的RBE測試系統(tǒng)來說明BCH碼RBE系統(tǒng)的System View仿真過程。圖2是本例的仿真電路圖。
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