通信原理2PSK和PCM實驗

1、通信原理大作業(yè)基于SYSTEMVIE環(huán)境下2PSK模擬調制解調和PCM編碼解碼系統(tǒng)的設計與仿真學號 :XXXXXXXXXXX姓名:XXX班級： XXXXXXX2015.12.31 一、實驗目的(1) 深入理解通信系統(tǒng)的工作原理、電路組成和信息傳輸特點；(2) 熟悉上述通信系統(tǒng)的設計方法與參數(shù)選擇原則；(3) 掌握在SY STEMVIEW境中使用參數(shù)化圖符模塊構建通信系統(tǒng)模 型的設計仿真方法；(4) 熟悉系統(tǒng)中各信號時域波形特點；(5) 熟悉系統(tǒng)中各信號頻域的功率譜特點。二、實驗內容本實驗分為兩大部分內容，分別是 2PSK調制與解調、PCM編碼 與解碼，具體內容如下：(一) 、2PSK模擬調制解

2、調(1) 使用m序列為數(shù)字系統(tǒng)輸入調試信號，基波速率為10KHZ(2) 采用模擬調制或數(shù)字鍵控實現(xiàn) 2PSK調制；(3) 通過相干解調完成2PSK解調，恢復初始m序列；(4) 從時域觀測各信號點波形，獲得接收端信號眼圖；( 5)觀測各信號功率譜。(二) PCM編碼與解碼系統(tǒng)：( 1 )通過不少于三個頻率正弦信號疊加而成的模擬信號作為系統(tǒng)真實輸入信號，并采用 PCM 編碼方法實現(xiàn)模數(shù)轉換；(2) 模擬輸入信號轉換形成的數(shù)字信號通過 2PSK調制解調系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字頻帶傳輸；(3) 通過PCM解碼恢復初始模擬信號；(4) 從時域重點觀測模擬信號點波形；(5) 從頻域重點觀察模擬信號功率譜。三、實驗簡明

3、原理(一)、2PSK模擬調制解調實驗簡明原理2PSK,即二進制相移鍵控，用輸入信號控制載波的相位隨之變化， 一般情況下，用載波的” 0”表示二進制基帶信號的“0”，”180” 表示二進制基帶信號的“ 1”也可反過來。輸入信號的形式一般為s (t )=Ean g (t - nTS),an以概率P取 “ 1” ,以1-P取“ 0” g (t) 一般是脈寬為Ts,高為1的方波(也 可取三角波等)。1、2PSK調制2PSK調制可采用模擬調制和數(shù)字鍵控兩種方式，本實驗以模擬調 制為主，調制原理如下：$0) 一 2PSA(O取極性不歸零yCOSe2 psk (t )= s (t )cos wct若輸入不是

4、雙極性不歸零波形，我們可以通過碼型變化將其轉換為雙極性不歸零波形。調制波形如下所示：(t):_;,: : :?VI0 : 11削訓VW血；0 180 0 0通過觀察波形，我們可以得到，當輸入為“1”時，已調載波相位為0;當輸入為“ 0”時，已調載波相位為180。2、2PSK解調2PSK解調一般采用相干解調法，原理如下：剛/)- BFFLPFd 抽利e fcos緲b解調時各點波形如下所示：1 n 111b rwwwwc fYYYSWYYV?ii io通過對以上波形的分析，我們可以看出，當 恢復載波相位差180。時，輸出波形剛好與輸入的波形相反。通過對理論的學習，我們稱之為180相位模糊，可以通過

5、采用2DPSK來解決這個問題（二）、PCM調制解調系統(tǒng)簡明實驗原理1. PCM脈沖編碼調制）:在發(fā)送端將低頻模擬信號根據(jù)ITU-T提出G.711建議中的規(guī)則變換為數(shù)字脈沖碼；在接收端從收到的數(shù)字脈沖 碼中恢復出低頻模擬信號。2. PCM編碼包括如下三個過程：抽樣：將模擬信號轉換為時間離散的樣本脈沖序列。量化：將離散時間連續(xù)幅度的抽樣信號轉換成為離散時間離散幅度的數(shù)字信號。編碼：用一定位數(shù)的脈沖碼表示量化采樣值。PCM編碼實際上是一個數(shù)模轉換過程。3. PCM解碼包括如下三個過程：譯碼：將數(shù)字PCM碼變換成模擬信號，并去除編碼過程中的變換， 恢復采樣后信號。低通：從采樣后信號恢復采樣前信號形態(tài)。

6、放大：恢復原模擬信號電平。PCM解碼實際上一個數(shù)模轉換并對得到的模擬信號進一步處理的過程。PCM編碼、解碼功能框圖如下:4.PCM的編碼原理:抽樣：需要滿足低通采樣定理，采樣頻率 8kHz量化：均勻量化時小信號量化誤差大，因此采用不均勻選取量化間 隔的非線性量化方法，即量化特性在小信號時分層密、量化間隔小， 而在大信號時分層疏、量化間隔大。實現(xiàn)方法：實現(xiàn)非均勻量化的方法之一是把輸入量化器的信號x先進行壓擴處理，再把壓擴得到的信號y進行均勻量化。壓擴器就是 一個非線性變換電路，弱信號被擴大，強信號被壓縮。壓縮器的入出 關系表示為y=f(x)。常用壓擴器大多采用對數(shù)式壓縮，廣泛采用的 兩種對數(shù)壓擴

7、特性是律壓擴和 A律壓擴。效果：改善了小信號時的量化信噪比。卩律壓擴特性：城 1+)A律壓擴特性：Axx壓縮器歸一化輸入電壓 y壓縮器歸一化輸出電壓A壓縮器參數(shù)(A=87.6)A律壓擴特性的13段折線逼近方法:具體方法是：對x軸不均勻分成8段，分段的方法是每次以二分 之一對分；對y軸在0T范圍內均勻分成8段，每段間隔均為1/8。 然后把x, y各對應段的交點連接起來構成 8段直線。其中第1、2 段斜率相同（均為16），因此可視為一條直線段，故實際上只有 7根 斜率不同的折線。以上分析的是第一象限，對于雙極性語音信號，在第三象限也有 對稱的一組折線，也是7根，但其中靠近零點的1、2段斜率與正方

8、向的第1、2段斜率相同，又可以合并為一根，因此，正、負雙向共 有13段折線。13段折線在第一象限的壓擴特性如下圖所示：編碼：采用8位折疊二進制碼，對應有 M=2=256個量化級。這需要 將13折線中的每個折線段再均勻劃分16個量化級。5.PCM的解碼原理:譯碼：包括以下兩個動作，解壓擴：采用一個與13段折線壓擴特性相反的解壓擴器來恢復 x ,I-1即 x=f (y)。D/A變換，PCM碼變換成模擬信號，即恢復到發(fā)送端模擬信號剛完成采樣時的信號。低通：通帶要滿足低通采樣定理的要求。四、系統(tǒng)模塊及圖符模塊參數(shù)設置(一)、2PSK調制解調系統(tǒng):圖中，左邊為模擬調制系統(tǒng)，圖符 23、24構成M序列發(fā)生

9、器， 圖符2為相乘器，圖符15為正弦載波，頻率為40KHz與基波相乘 后產(chǎn)生2PSK信號，完成調制系統(tǒng)；右邊為相干解調系統(tǒng)，圖符4為相加器，圖符3為帶通濾波器，圖符5為噪聲源，圖符8為低通濾波 器，圖符10為延時器，圖11為保持器，圖符12為保持器，這三個 構成抽樣判決。圖符模塊參數(shù)設置:編號庫/名稱參數(shù)Token24Source: Pulse TrainAmp =1vFreq = 10e+3 HzPulseW =50e-6 secOffset = -500e-3 vPhase = 0 degMax Rate=400e+3 HzToken 23Comm: PN GenReg Len =5Tap

10、s = 2-5Seed = -1Threshold=0True = 1False = -1Max Rate=400e+3 HzToken 2Multiplier:NonIn putsfrom t23p0Parametrict15p0Outputs to 4 17Max Rate=400e+3 HzToken 15Source: Sinu soidAmp =1vFreq = 40e+3 HzPhase = 0 degOutput 0 = Sine t2Output 1 = Cos ineMax Rate (Port 0)=400e+3 HzToken 18Source: Sinu soidAmp

11、 =1vFreq = 40e+3 Hz Phase = 0 deg Output 0 = Sine t6 Output 1 = Cos ineMax Rate (Port 0)= 400e+3 HzToken 4Adder:NonParametricIn puts from t2p0 t5p0Outputs to 3Max Rate = 400e+3 HzToken 3Operator: Lin ear SysButterworth Ban dpassIIR3 PolesLow Fc = 30e+3 HzHi Fc = 50e+3 HzQua nt Bits = No neInitCndtn=

12、Tran sie ntDSP Mode DisabledMax Rate = 400e+3 HzToken 6Multiplier:NonParametricIn putsfrom t18p0t3p0Outputs to 8 25Max Rate = 400e+3 HzToken 8Operator: Lin ear SysButterworthLowpassIIR3 PolesFc = 10e+3 HzQua nt Bits = No neInitCndtn=Tran sie ntDSP Mode DisabledMax Rate = 400e+3 HzToken 5Source: Gaus

13、s NoiseStd Dev = 0 vMea n 二 0 vMax Rate = 400e+3 HzToken 10Operator: DelayNon-I nterpolati ngDelay = 0 sec=0.0 smp Output 0 = Delay t9 Output 1 = Delay - dT Max Rate (Port 0)= 400e+3 HzToken 9Operator: SamplerIn terpolat ingRate = 400e+3 HzAperture = 0 secAperture Jitter = 0 secMax Rate = 400e+3 HzT

14、oken 11Operator: HoldLast ValueGai n 二 1Out Rate = 400e+3 HzMax Rate = 400e+3 HzToken 12Logic: BufferGate Delay = 0 secThreshold = 0 vTrue Output = 1 vFalse Output = 0 vRise Time = 0 secFall Time = 0 secMax Rate = 400e+3 Hz上圖中，圖符0、1、2為三個正弦波發(fā)生器，疊加后作為模擬信號的 輸入，圖符6為擴壓器，圖符8為AD轉換器，圖符14為脈沖發(fā)生器， 圖符40、41構成數(shù)字信

15、號的并串轉換，圖符 43為保持器，圖符47 為2PSK通信子系統(tǒng)，圖符45構成數(shù)字信號的串并轉換，圖符 9是 DA轉換，圖符7為解壓擴器，圖符12為低通濾波器。2PSK調制解調模塊:并串轉換模塊:圖符參數(shù):編號庫/名稱參數(shù)Token 0Source: Sinu soidAmp = 2 vFreq = 200 HzPhase = 0 degOutput 0 = Si ne t3Output 1 = Cosi neMax Rate (Port 0)= 400e+3 HzToken 1Source: Sinu soidAmp = 2 vFreq = 300 HzPhase = 0 degOutput

16、 0 = Si ne t3Output 1 = Cosi neMax Rate (Port 0)=400e+3 HzToken 2Source: Sinu soidAmp = 2 vFreq = 100 HzPhase = 0 degOutput 0 = Si ne t3Output 1 = Cosi neMax Rate (Port 0)= 400e+3 HzToken 3Adder:NonParametricIn puts from t0p0 t1p0t2p0Outputs to 4 6Max Rate = 400e+3 HzToken 6Comm: Compa nderA-LawMax

17、In put = 士 5Max Rate = 400e+3 HzToken 14Source: Pulse TrainAmp =1vFreq = 5e+3 HzPulseW = 100e-6 secOffset = -500e-3 vPhase = 0 degMax Rate =400e+3 HzToken 8Logic: ADCTwos Compleme ntGate Delay=0 secThreshold =500e-3 vTrue Output=1 vFalse Output = 0 vNo. Bits = 8Min In put =-5 vMax In put =5 vRise Ti

18、me =0 secAn alog = t6 Output 0Clock = t14 Output 0Token 41Comm: TD MuxNo. I nputs =8Time perIn put =800e-6 secTime Slot0 = t32Output 0Time Slot1= t33Output 0Time Slot2 =t34Output 0Time Slot3 =t35Output 0Time Slot4 =t36Output 0Time Slot5 =t37Output 0Time Slot6 =t38Output 0Time Slot7 =t39Output 0Max R

19、ate =40e+3 HzToken 43Operator:HoldLast ValueGai n 二 1Out Rate = 400e+3 HzMax Rate =400e+3 HzToken 88Operator:DelayNon-I nterpolati ngDelay = 700e-6 sec=280.0smpOutput 0 = Delay t45Output 1 = Delay - dTMax Rate (Port 0)=400e+3 HzToken 45Comm: TD DeMuxNo. Outputs = 8TimeperOutput=800e-6 secOutput0=Tim

20、eSlot0t44 t9Output1=TimeSlot1t9Output2=TimeSlot2t9Output3=TimeSlot3t9Output 4 = Time Slot 4 t9Output 5 = Time Slot 5 t9Output 6 = Time Slot 6 t9Output 7 = Time Slot 7t9Max Rate (Port 0)=50e+3 HzToken 9Logic: DACTwos Compleme ntGate Delay = 0 sec Threshold = 500e-3 vNo. Bits = 8Min Output = -5 v Max

21、Output = 5 vD-0 = t45 Output 0D-1 = t45 Output 1D-2 = t45 Output 2D-3 = t45 Output 3D-4 = t45 Output 4Token 7Comm: DeCompa ndA-LawMax In put = 士 5Max Rate = 50e+3 HzToken 12Operator: Lin ear SysButterworthLowpassIIR3 PolesFc = 400 HzQua nt Bits = No neIn itCn dtn=Tran sie ntDSP Mode DisabledMax Rate

22、 = 50e+3 Hz五、仿真結果及分析（一）、2PSK調制解調系統(tǒng)：輸入信號波形：iUu-jii jiI31p-111TJm j Euffibii這是輸入波形，該波形將會經(jīng)過調制系統(tǒng)產(chǎn)生的 2PSK言號輸入信號的功率譜:Fover Spectra o EFSEj入信號(dBm 50 ohm呂)Mixed Ra.di&0t+37&e+3100fr+3125s .Bta r-KC-fall T1.4I e對比瀑布圖，可見信號恢復良好。正弦載波功率在頻率上的分布，由于載波是40KHz所以功率只在調制信號的波形:對比輸入信號，未調載波，2PSK波形可以發(fā)現(xiàn)，輸入信號的“ 1”使載波相位變化0度，“0

23、”使載波變化180度，滿足2PSK的調制原理。正弦載波功率譜40KHz處有分量。調制信號功率譜:Power Spectruj of 調制皮形(dB 50 ohms) Mixed Rai1Q0&+3125e*3-i70e*3l I I i ii I 14ddlili h h b i I I I I I I I i i-14011111r111111111111fRIIf111II10藥SOt+3?Se+3100312E*J1503V75e*3F爼ueh鈔 in Mz (di * 2 it乘法器輸出信號功率在頻率上的分量。低通濾波器幅頻響應:FieqiJsricj? Resporse: Gain

24、in dB vs Fr&q in He (dF = 48.SH低通濾波器，濾除頻率高于1OKHz的分量低通濾波器輸出:這是經(jīng)過低通濾波器后的輸出信號，這個信號再經(jīng)過抽樣判決器后便 是輸出碼，即我們想要的波形。低通濾波器輸出功率譜:Pow*r Sp-sctrum of 低通遽疲器輸出 I心m EO ohnx) Mixed. Rd:FreauerLcy in. Hi (dF = 2 H經(jīng)過低通濾波器后的輸出信號功率在頻率上的分量。未加噪聲時的眼圖:Ell.*: fljft 5-idrc K? bri. 3*+Fie* f-f 弘FirJtj加1V噪聲時的眼圖，眼睛張開小，掃跡不太清晰，質量差（二）

25、、PCM編碼解碼系統(tǒng)輸入信號波形：這是三個頻率分別為100Hz, 200Hz 300Hz的正弦載波通過相加器后的輸入信號波形。輸入信號功率譜：輸入信號功率在各個頻率的分量，因為輸入信號主要有100Hz 200Hz,300Hz的頻率，所以在這三個頻率處有分量，與波形一致?；謴托盘柌ㄐ危哼@是經(jīng)過我們設計的系統(tǒng)后，恢復出來的波形恢復信號功率譜:恢復信號功率在各個頻率的分量。 雖然有一些不相關的分量，這可能 是信號通過系統(tǒng)時由噪聲產(chǎn)生。輸入輸出瀑布圖:對比輸入輸出瀑布圖，輸出信號雖然有些不完美，但是在大體上恢復 的很好。輸入輸出功率譜比較:1k)!At聲 l SIdLC F-MW莊 ft4 S 4從圖

26、里可以看出，在主要的頻率處，輸入信號和輸出信號的功率分量 基本重合，說明恢復信號良好，完成了一次成功的 pcM編碼解碼。六、設計過程與調試過程中的摸索及心得體會 （一）、分工以及遇到的問題在本次通信原理仿真實驗中，我負責2PSK莫擬調制解調的眼圖， PCM編碼解碼系統(tǒng)中通信子系統(tǒng)的導入，數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)分配器的 參數(shù)調整，以及輸入輸出信號波形、功率譜瀑布圖的調出等工作。當 然，還有一位隊友也負責了很多工作，在我們的共同努力下，最終完 成了整個系統(tǒng)的設計和仿真。 在這個過程中我收獲了許多知識， 也掌 握了不少技能。以下是實驗中遇到的問題及解決方法：1. 對軟件的運用不熟首當其沖的肯定是對SY STEMVIEW個軟件不熟練的問題了，由 于以前從未接觸過這個軟件， 對這個軟件最基本的操作和功能都不熟 悉。后來經(jīng)過查閱資料