巴克码识别器

任务书
一、课程设计的目的
1．熟悉SystemView 仿真环境并能在其环境下了解并掌握通信系统的一般设
计方法，具备初步的独立设计能力；
2．提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力。

二、课程设计的原理
使用一个8位移位寄存器的前7位和3个非门构成检测电路，加法器的输
出经过判决器检测出大于6的单峰脉冲。

数据流简单地用了一个100Hz 的PN 序
列代替，时钟信号的频率与PN 数据流的速率一样也为100Hz 。

SystemView 是美国Elanix 公司推出的基于个人计算机WindoWS 环境的动
态通信系统仿真工具，它可用于DSP 信号处理、滤波器设计以及复杂的通信系统
数学模型的建立和仿真分析．它的用户界面友好，分析窗口功能强大，用户只需
用鼠标点击图符库中的相应图符就能完成各种系统的搭建、设计和仿真分析。

（1）巴克码
巴克码是一种具有特殊规律的二进制码字，是一种非周期序列，它的特殊
规律是：若一个n 位的巴克码，每个码元只可能取值+1或-1，它的局部自相关
函数为
)
(0)0(1)0)(1n j n j j n x x j R j
i j n i i >=<<±===+-=∑（ (1) 从式（1）中可以看到巴克码计算的局部自相关函数R （j ）具有尖锐单峰特性，
从后面的分析同样可以看出，它的识别器结构非常简单。

目前只搜索到10组巴
克码，其码组最大长度为13，全部列在下表中。

表中+表示+1，–表示–1。

表2.1巴克码对应表
巴克码识别器的电路框图如图1所示，它由7级移位寄存器、相加电路和判决
电路等组成[9]。

移位寄存器输出联线与巴克码组l 1 l一1—1 1—1相对应，可从“1”端输出，也可从⋯0端输出．它实现对输入的巴克码的相关运算．
当输入的码字1存人移位寄存器时，“1”端的输出为高电平，设其为+1，而“0”端的输出为低电平，设其为0(或一1)；反之，当输入的码字一1存人移位寄存器时，“0”端的输出为高电平+1，⋯1端的输出为低电平0(或一1)．由于各移位寄存器输出端的接法和巴克码的规律一致，这样，如果输人移位寄存器的数字有一位或多位与对应的巴克码位不同，则该位就输出低电平0(或一1)，所以将移位寄存器的各位相加时其和就一定会小于7I而只有输入为巴克码时，7级移位寄存器的输出端都为+1，相加器才可能输出7．若将判决器的判决电平设置为6．5，那么就只有与巴克码组完全相同的序列输入时，判决器才有输出，从而可以识别出巴克码组．
三、各具体模块实现及调试过程
(1)巴克码发生器
SystemView在通信图符库中给出了一个PN码发生器的图符。

只需在该图符的输入端加入一定频率的时钟信号，给出相应的移位寄存器长度、反馈系数（或抽头）和起始种子（Seed）便可得到所需的PN序列。

下面具体介绍伪随机(PN)序列生成原理。

伪随机(PN)序列:可预先确定的，且可以重复地生产和复制的又具有某种随机序列的随机特性（即统计特性）的确定的序列。

伪随机序列系列具有良好的随机性和自相关性，并且有预先的可确定性和可重复性。

最常见的二进制PN 序列是最大长度线性移位寄存器序列，简称x 序列[3]，它是由一个线性反馈的m 级移位寄存器生成的。

所谓线性反馈，是指反馈函数中仅包含模2 加运算而不含非线性运算。

m 级移位寄存器共有2m 个状态，除去全0状态外有2m-1 种状态，因此它能产生的最大长度的码序列为2m-1位。

这样生成的x 序列是一个以H=2m-1为周期的循环序列。

(2)检测模块原理
在数字通信中，一般使用伪随机序列信号作为训练序列，用来模拟带有巴克码的数据流。

伪随机序列信号：产生一个按设定速率，由不同电平幅度脉冲组成的伪随机序列（PN）信号。

伪随机序列信号源参数设置：频率一般定义为100Hz.
(3)调试过程
A.起始和终止时间决定了系统运行的时间，终止时间值要大于起始时间值；
B.采样点数即系统仿真过程中采样总点数，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，采样速率不变时，系统将遵循以下规则：
a.如果改变采样点数，系统不改变起始时间，但会根据新的采样间隔修改终止时间。

b.如果对起始时间和终止时间中的一个或全部修改，采样点数会自动修改。

c.采样点数只能是整数，若不是整数，系统将取近似整数值。

如果不修改，系统会一直保持固定的采样点数。

C.采样速率/采样间隔控制着时间步长，这2个值相互关联，改变其中一个，系统会自动修改另一个。

因为SystemView是基于数字信号处理的模型分析软件，所以不论是模拟系统还是数字系统，SystemView都要执行数字化处理。

采样率必须定义为该系统最高频率的3～4倍。

D.频率分辨率是对数据进行Fourier变换时，根据时间序列得到的频率分辨率，运算关系为：频率分辨率=采样率/采样点数
从信号源图符库、通信图符库、逻辑图符库和信号接受器图符库中选取满足需要的功能模块，并将它们拖到设计窗口中，然后进行正确的连线，就完成了系统的组建．按设计要求组建的巴克码识别器仿真电路模型如图1所示。

(4)图形分析
3.2. PN模块产生的随机信号
系统数据波形，时钟信号波形，巴克码波形已在前些节叙述，为了便于对照观察，以下介绍不同时刻仿真的巴克码检测器检测单峰脉冲、数据与时钟的波形覆盖图。

如图3.6所示，此刻在含有巴克码的数据码中恰好只出现一个单峰脉冲，
达到正确同步检测单峰脉冲要求。

图3..3 用于移位寄存器的时钟信号
而有时仿真得到如图3.2和3.5所示输出信号图，可以看到在同步脉冲前面出现了一组应数据代码与巴克码相同产生的伪同步信号。

这是因为无论选用何种巴克码始终存在与同步码组码元序列相同的数据码组。

所以使用巴克码组作为帧同步信号，和后面群同步保护讲到的同步码的保护，以实现正确的帧同步，避免伪同步的发生。

一般通过判断前后多个同步脉冲的出现周期来剔除伪同步信号。

这问题在后面群同步保护时再进一步论述。

图3.4 抽样求和得到的波形
如果仿真输出的波形如图3.5所示，看不到单峰脉冲，属于漏同步现象，可以重复仿真或加大仿真的采样点数，直到观察到单峰脉冲为止。

重复仿真可达到如上图3.5所示的效果，即达到正确同步检测单峰脉冲要求。

而加大仿真的采样点数，生成波形也可以达到要求。

图3.5判决后得到的最终结果
通过以上不同时刻仿真的巴克码检测器检测单峰脉冲、数据与时钟的波形覆盖图的分析，证实了应用SystemView系统仿真出巴克码识别器，检测识别同步单峰脉冲是可行的。

重复仿真后巴克码识别输出波形图变成如3.5所示
图3.2,图3.3,图3.4 图3.5检测器检测巴克码、时钟与求和的波形及检测输出的波形图其中检测器检测单峰脉冲波形频谱为如图所示的巴克码识别输出波形频谱。

其中检测器检测单峰脉冲波形频谱为重复仿真后，如图D所示的巴克码识别输出波形频谱。

通过以上不同时刻仿真的巴克码检测器检测单峰脉冲、数据与时钟的波形覆盖图的对照观察，看出频谱平稳有规律，失真极小，这也正是数字通信的优点之一。

通过运用SystemView系统成功地仿真出巴克码识别器，检测识别出同步单峰脉冲，为帧同步的实现提供了必要条件，这就证明了基于SystemView的巴克
码识别器的仿真的可行性和有效性。

四、结果分析及比较。

在这次课程设计中，使用仿真和设计软件SystemView对巴克码识别器进行了仿真和原理图设计，仿真的波形结果也证明了利用该软件实现巴克码识别器的可行性和有效性，给最终的硬件实现提供了良好的理论基础。

通过本次课程设计可以了解到，SystemView这款软件确实可以对硬件仿真具有很好的软件实现作用，通过它的硬件仿真波形可以对硬件的理论实现具有很好的借鉴和技术支持的作用，而在此次课程设计中这款软件对巴克码波形的仿真也十分的接近示波器的理想波形，可见它确实具有良好的硬件仿真能力。

五、总结及体会。

通过本次课程设计，我的实践动手能力有所增强，对专业软件SystemView 的使用技巧和熟练度有很大的提升。

在软件使用过程中我不断的熟练这款以前并不熟练的软件，慢慢的掌握它的主要功能，发现它使用起来很简单，主要难点在于器件参数的设置。

很多时候都是参数的设定不对，而波形便改变很大。

前后的差异相当明显，器件的参数设定才是最关键的影响波形结果的因素。

六、参考文献
[1]樊昌信，曹丽娜，《通信原理》，北京:国防工业出版, 2007.1
[2]杨建华，《通信原理实验指导》，北京:国防工业出版社,2007.5
[3]青松，程岱松，武建华，《数字通信系统的System View仿真与分析》，北京航空航天大学出版社, 2003。