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基于System View的比特误码率测试的仿真
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1System View概述
Elanix的System View是一个完整的动态系统设计、仿真和分析的可视化环境，是一个适合多种操作系统的单机和网络平台。在System View环境下，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种速率的系统，可用于线性或非线性控制、通信系统的设计和仿真。System View有诸多优点：直观、简单、易用；支持多速率系统和并行系统；无限制分层结构；丰富的功能模块；广泛的滤波和线性系统设计；可扩展性。
2误码率测试仿真原理及其仿真的关键问题
2.1误码率测试仿真原理
在仿真系统中，信道模拟成一个高斯噪声信道（AWGN），输入信号经过AWGN信道后在输出端进行硬判断，当带有噪声的接收信号大于判决电平时，输出判为1，此时的原参照信号如果为0，则产生误码。
为了便于对各个系统进行比较，通常将信噪比用每比特所携带的能量除以噪声功率谱密度来表示，即Eb/N0，对基带信号，定义信噪比为：
2.2全局关联变量的设置
当一个高斯噪声信道的RBE测试模型设置基本完毕后，并不能绘出完整正确的RBE/RSN曲线，还必须将噪声增益控制与系统循环次数进行全局变量关联，使信道的信噪比（RSN）由0 dB开始逐步加大，即噪声逐步减小，噪声每次减小的步长与循环次数相关。设置的方法是：单击System View主菜单中的“Tools”选项，选择“Global Parameter Links”，这时出现如图1所示参数设置栏，在“Select System Token”中选择要关联的全局变量，图中选择了Gain图符，如果设定每次循环后将信噪比递增1 dB，即噪声减小1 dB，则应在算术运算关系定义栏“Define Algebraic Relation F［Gi,Vi］”内将F［Gi,Vi］的值设置为-c1，这里c1为系统变量“Current System Loop”的系统循环次数。
2.3设置系统仿真时间
在进行系统仿真之前首先必须对定时参数进行设置，系统的定时设定直接影响着系统仿真的效果甚至仿真结果的正确性。同时，定时参数的设置也直接影响系统仿真的精度，因此选取定时参数必须十分的注意，这也是初学者应重点掌握的内容，采样速率过高增加仿真的时间，过低则有可能得不到正确的仿真结果。单击设计窗口工具栏上的系统定时按钮则弹出系统定时设定窗口。
在进行定时窗口设置时要注意以下几点：
（1）起始和终止时间控制了系统运行的时间范围，System View要求终止时间值应大于起始时间值。
（2）采样速率/采样间隔控制着时间步长，这2个值是相互关联的2个系统参数
（3）采样点数指定了系统仿真过程中总的采样点个数，其基本运算关系为：
采样点数=(终止时间－起始时间)×采样速率＋1
根据这个关系式，在采样速率不变时，System View将遵循下列规则自动修改参数：
①如果用户改变了采样点数，则System View不改变起始时间，但会根据新的采样间隔修改终止时间。
②如果用户对起始时间和终止时间中的一个或全部做了修改，则采样点数会被自动修改。
③采样点数只能是整数，若计算值不是整数，System View将取其近似整数值。除非用户自行修改，否则系统会一直保持到固定的采样点数。
在RBE测试试验仿真中，除了对系统采样频率要十分重视外，采样时间的选取也要特别注意，系统单循环仿真时间应该比计数器一个循环总计数时间要长。也可以通过系统采样点数的设置来满足此条件（否则可能出现计算的RBE值都为0）。
（4）频率分辨率是指系统对用户数据进行Fourier变换时，根据时间序列所得到的频率分辨率，其值为：
频率分辨率=采样速率/采样点数
（5）系统的循环次数提供了用户系统自动重复运行的功能。有reset system on loop和pause on loop 两种重复运行方式。
2.4RBE测试中的系统同步问题
在RBE测试模型建立完之后，与计算曲线密切相关的另一个重要问题是整个系统的定时问题，因为System View是一个多速率系统，在所有系统仿真模块中可能同时存在不同采样速率的功能图符，并且经过许多滤波器、编码器时，会产生固有的处理延时。RBE计数器图符具有两个输入，原则上每个采样进行一个比特的检验判断，因此两个输入必须是严格的位同步才能判决正确。严格地讲，应该是两个输入的采样率必须完全一致且绝对同步，这就要涉及到系统的定时问题。计数器两个输入端的时间差，即系统的延时有2种方法得到：
第一种方法：对一些简单的系统，可以通过计算逐个模块的时延，最后推算出系统的总的群延时时间。如在BCH编码、译码的RBE测试仿真实例中就是用此种方法。
第二种方法：当遇到非常复杂的系统模型或不易通过理论推算时，可以用原始输入信号与输出信号（在此例中是计数器的两个输入端信号）之间的相关运算来求出其系统的群延时，卷积码的RBE的测试仿真实例中用的就是此方法。为了说明这两种定时方法，下面举出两个实例分别论述。
3 RBE测试仿真实例
3.1 BCH编码译码RBE测试系统的仿真
BCH码是循环码的一个重要子类，他具有纠正多个错误的能力，BCH码有严密的代数理论，是目前研究最透彻的一类码。可以根据所要求的纠错能力t，很容易构造出BCH码。BCH码的编译码原理理论可参考文献［1，2］，下面以一个［7,4］ BCH编码、译码的RBE测试系统来说明BCH码RBE系统的System View仿真过程。图2是本例的仿真电路图。 [p]
在此例中由于系统比较简单，系统总延时可用理论推算的方法来计算。信号经过匹配滤波器后有4/7 s的延时。对于BCH译码器而言，需要输入7位BCH才能译码4位实际数据，始终存在4 s的群延时；同理，编码器的编码延时也为4 s。因此整个系统（从数据输入到译码器的延时）的群延时为8.571 428 571 s。由于RBE计数器的采样率被设为1 Hz，即每秒两路输入信号判决一次，则整个系统的群延时应为一个整数，所以这里的群延时为9个采样。在BCH译码器和RBE计数器之间插入一个1 Hz的重采样器（图符12）后，会自动将系统群延时调整为整数。
系统电路图设计到此已完成，设置好全局关联变量和系统定时窗口后，仿真得到的RBE曲线如图3所示，系统的同步情况（接收器13和接收器15的卷积）如图4所示。从试验结果中可以看出随着信噪比的增大RBE曲线在下降，误码计数器两路输入信号的卷积峰值刚好对准0点，准确同步。
卷积码是另外一种编码方法，他也是将k个信息比特编成n个比特，但k和n通常很小，因此时延小，特别适合以串行形式进行传输。卷积码编码后的n个码元不仅与当前段的k个信息有关，还与前面的N－1段信息有关，编码过程中相互关联的码元个数为nN。卷积码的纠错性能优于分组码，但卷积码没有分组码那样严密的数学分析手段，目前大多是通过计算机进行好码的搜索。卷积码的编译码原理请参见文献［1，2］。图5是一个［2，1，7］卷积码编译码RBE测试仿真电路图，输出部分由硬判决和软判决译码器构成。
通过上述的误码率测试系统的设计和仿真结果可知，利用System View软件可以方便、快速 地进行通信系统的仿真。并且只要参数适当，可以得到符合要求和直观理想的仿真结果，为 软件算法研究者、硬件系统工程师提供了一个有效仿真工具。随着通信技术的不断发展，通 信系统越来越复杂，设计和仿真难度也随之加大，利用System View可以十分方便地完成相 应的通信系统的设计和仿真。
参考文献
［1］樊昌信.通信原理［M］.北京：国防工业出版社，1994
［2］曹志刚.现代通信原理［M］.北京：清华大学出版社，1992
［3］罗卫兵，孙桦，张捷.System View动态系统分析及通信系统仿真设计［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2001
［4］李东生，雍爱霞，左洪浩.System View系统设计及仿真入门与应用［M］. 北京：电子工业出版社，2002(end)
Elanix的System View是一个完整的动态系统设计、仿真和分析的可视化环境，是一个适合多种操作系统的单机和网络平台。在System View环境下，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种速率的系统，可用于线性或非线性控制、通信系统的设计和仿真。System View有诸多优点：直观、简单、易用；支持多速率系统和并行系统；无限制分层结构；丰富的功能模块；广泛的滤波和线性系统设计；可扩展性。
2误码率测试仿真原理及其仿真的关键问题
2.1误码率测试仿真原理
在仿真系统中，信道模拟成一个高斯噪声信道（AWGN），输入信号经过AWGN信道后在输出端进行硬判断，当带有噪声的接收信号大于判决电平时，输出判为1，此时的原参照信号如果为0，则产生误码。
为了便于对各个系统进行比较，通常将信噪比用每比特所携带的能量除以噪声功率谱密度来表示，即Eb/N0，对基带信号，定义信噪比为：
2.2全局关联变量的设置
当一个高斯噪声信道的RBE测试模型设置基本完毕后，并不能绘出完整正确的RBE/RSN曲线，还必须将噪声增益控制与系统循环次数进行全局变量关联，使信道的信噪比（RSN）由0 dB开始逐步加大，即噪声逐步减小，噪声每次减小的步长与循环次数相关。设置的方法是：单击System View主菜单中的“Tools”选项，选择“Global Parameter Links”，这时出现如图1所示参数设置栏，在“Select System Token”中选择要关联的全局变量，图中选择了Gain图符，如果设定每次循环后将信噪比递增1 dB，即噪声减小1 dB，则应在算术运算关系定义栏“Define Algebraic Relation F［Gi,Vi］”内将F［Gi,Vi］的值设置为-c1，这里c1为系统变量“Current System Loop”的系统循环次数。
2.3设置系统仿真时间
在进行系统仿真之前首先必须对定时参数进行设置，系统的定时设定直接影响着系统仿真的效果甚至仿真结果的正确性。同时，定时参数的设置也直接影响系统仿真的精度，因此选取定时参数必须十分的注意，这也是初学者应重点掌握的内容，采样速率过高增加仿真的时间，过低则有可能得不到正确的仿真结果。单击设计窗口工具栏上的系统定时按钮则弹出系统定时设定窗口。
在进行定时窗口设置时要注意以下几点：
（1）起始和终止时间控制了系统运行的时间范围，System View要求终止时间值应大于起始时间值。
（2）采样速率/采样间隔控制着时间步长，这2个值是相互关联的2个系统参数
（3）采样点数指定了系统仿真过程中总的采样点个数，其基本运算关系为：
采样点数=(终止时间－起始时间)×采样速率＋1
根据这个关系式，在采样速率不变时，System View将遵循下列规则自动修改参数：
①如果用户改变了采样点数，则System View不改变起始时间，但会根据新的采样间隔修改终止时间。
②如果用户对起始时间和终止时间中的一个或全部做了修改，则采样点数会被自动修改。
③采样点数只能是整数，若计算值不是整数，System View将取其近似整数值。除非用户自行修改，否则系统会一直保持到固定的采样点数。
在RBE测试试验仿真中，除了对系统采样频率要十分重视外，采样时间的选取也要特别注意，系统单循环仿真时间应该比计数器一个循环总计数时间要长。也可以通过系统采样点数的设置来满足此条件（否则可能出现计算的RBE值都为0）。
（4）频率分辨率是指系统对用户数据进行Fourier变换时，根据时间序列所得到的频率分辨率，其值为：
频率分辨率=采样速率/采样点数
（5）系统的循环次数提供了用户系统自动重复运行的功能。有reset system on loop和pause on loop 两种重复运行方式。
2.4RBE测试中的系统同步问题
在RBE测试模型建立完之后，与计算曲线密切相关的另一个重要问题是整个系统的定时问题，因为System View是一个多速率系统，在所有系统仿真模块中可能同时存在不同采样速率的功能图符，并且经过许多滤波器、编码器时，会产生固有的处理延时。RBE计数器图符具有两个输入，原则上每个采样进行一个比特的检验判断，因此两个输入必须是严格的位同步才能判决正确。严格地讲，应该是两个输入的采样率必须完全一致且绝对同步，这就要涉及到系统的定时问题。计数器两个输入端的时间差，即系统的延时有2种方法得到：
第一种方法：对一些简单的系统，可以通过计算逐个模块的时延，最后推算出系统的总的群延时时间。如在BCH编码、译码的RBE测试仿真实例中就是用此种方法。
第二种方法：当遇到非常复杂的系统模型或不易通过理论推算时，可以用原始输入信号与输出信号（在此例中是计数器的两个输入端信号）之间的相关运算来求出其系统的群延时，卷积码的RBE的测试仿真实例中用的就是此方法。为了说明这两种定时方法，下面举出两个实例分别论述。
3 RBE测试仿真实例
3.1 BCH编码译码RBE测试系统的仿真
BCH码是循环码的一个重要子类，他具有纠正多个错误的能力，BCH码有严密的代数理论，是目前研究最透彻的一类码。可以根据所要求的纠错能力t，很容易构造出BCH码。BCH码的编译码原理理论可参考文献［1，2］，下面以一个［7,4］ BCH编码、译码的RBE测试系统来说明BCH码RBE系统的System View仿真过程。图2是本例的仿真电路图。 [p]
在此例中由于系统比较简单，系统总延时可用理论推算的方法来计算。信号经过匹配滤波器后有4/7 s的延时。对于BCH译码器而言，需要输入7位BCH才能译码4位实际数据，始终存在4 s的群延时；同理，编码器的编码延时也为4 s。因此整个系统（从数据输入到译码器的延时）的群延时为8.571 428 571 s。由于RBE计数器的采样率被设为1 Hz，即每秒两路输入信号判决一次，则整个系统的群延时应为一个整数，所以这里的群延时为9个采样。在BCH译码器和RBE计数器之间插入一个1 Hz的重采样器（图符12）后，会自动将系统群延时调整为整数。
系统电路图设计到此已完成，设置好全局关联变量和系统定时窗口后，仿真得到的RBE曲线如图3所示，系统的同步情况（接收器13和接收器15的卷积）如图4所示。从试验结果中可以看出随着信噪比的增大RBE曲线在下降，误码计数器两路输入信号的卷积峰值刚好对准0点，准确同步。
卷积码是另外一种编码方法，他也是将k个信息比特编成n个比特，但k和n通常很小，因此时延小，特别适合以串行形式进行传输。卷积码编码后的n个码元不仅与当前段的k个信息有关，还与前面的N－1段信息有关，编码过程中相互关联的码元个数为nN。卷积码的纠错性能优于分组码，但卷积码没有分组码那样严密的数学分析手段，目前大多是通过计算机进行好码的搜索。卷积码的编译码原理请参见文献［1，2］。图5是一个［2，1，7］卷积码编译码RBE测试仿真电路图，输出部分由硬判决和软判决译码器构成。
通过上述的误码率测试系统的设计和仿真结果可知，利用System View软件可以方便、快速 地进行通信系统的仿真。并且只要参数适当，可以得到符合要求和直观理想的仿真结果，为 软件算法研究者、硬件系统工程师提供了一个有效仿真工具。随着通信技术的不断发展，通 信系统越来越复杂，设计和仿真难度也随之加大，利用System View可以十分方便地完成相 应的通信系统的设计和仿真。
参考文献
［1］樊昌信.通信原理［M］.北京：国防工业出版社，1994
［2］曹志刚.现代通信原理［M］.北京：清华大学出版社，1992
［3］罗卫兵，孙桦，张捷.System View动态系统分析及通信系统仿真设计［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2001
［4］李东生，雍爱霞，左洪浩.System View系统设计及仿真入门与应用［M］. 北京：电子工业出版社，2002(end)
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