基于System View的PCM編碼以及2DPSK的調(diào)制解調(diào)

1、洛 陽 理 工 學 院課 程 設(shè) 計 報 告 課程名稱 通信原理 設(shè)計題目 模擬信號PCM系統(tǒng)的實現(xiàn)與測試 專 業(yè) 通信工程 班 級 B100510 學 號 B10051001 姓 名 閆慧芳 完成日期 2013/1/1 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書設(shè)計題目： 模擬信號PCM系統(tǒng)的實現(xiàn)與測試 設(shè)計內(nèi)容與要求：設(shè)計內(nèi)容：1.將Freq = 400 Hz的模擬信號通過A律壓擴編碼，并轉(zhuǎn)換成8位串行數(shù)據(jù)發(fā)送；2.信道中混有高斯噪聲；3.接收信號轉(zhuǎn)換成7位并行數(shù)據(jù)，并A律壓擴譯碼，再恢復(fù)成8位并行數(shù)據(jù)，生成新的模擬信號；設(shè)計要求：1.獨立完成語音信號PCM系統(tǒng)；2.通過短時測試仿真系統(tǒng)；3.分析A律編碼

2、前后模擬信號頻譜的變化。 指導(dǎo)教師： 劉慶偉 2012年12月16日課 程 設(shè) 計 評 語 成績： 指導(dǎo)教師：_ 年 月 日洛 陽 理 工 學 院 課 程 設(shè) 計 報 告一PCM系統(tǒng)原理1.1 .脈沖編碼調(diào)制通常把從模擬信號抽樣、量化，直到變換成二進制符號的基本過程，稱為脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modulation PCM）,簡稱脈碼調(diào)制。原理框圖如圖1-1所示：抽樣保持量化器編碼器 模擬信號輸入 PCM信號 輸出 沖激脈沖圖1-1 PCM編碼方框圖1.2 .編碼過程由沖激脈沖對模擬信號進行抽樣，抽樣信號雖然是時間軸上離散的信號，但仍是模擬信號。為了實現(xiàn)以數(shù)字碼表示樣值必須采用“四

3、舍五入”的方法將抽樣值量化為整數(shù)，量化后的抽樣信號與量化前的抽樣信號相比較，有所失真且不再是模擬信號，這種量化失真在接收端還原成模擬信號時表現(xiàn)為噪聲，稱為量化噪聲。量化噪聲的大小取決于把樣值分級“取整”的方式，分的級數(shù)越多，即量化級差或間隔越小，量化噪聲也越小。在量化之前通常用保持電路將其作短暫保存，以便電路有時間對其進行量化。然后在圖1-1中的編碼器中進行二進制編碼。這樣，每個二進制碼組就代表了一個量化后的信號抽樣值，即完成了PCM編碼的過程。譯碼過程與編碼過程相反。如圖1-2所示。PCM信號輸入譯碼器低通濾波器模擬信號輸出圖1-2 PCM譯碼原理圖1.3 2DPSK調(diào)制和解調(diào)1.3.1 2

4、DPSK調(diào)制2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表示數(shù)字信息。假設(shè)前后相鄰碼元的載波相位差為Dj，可定義一種數(shù)字信息與Dj之間的關(guān)系為=0 表示數(shù)字信息“0“ 表示數(shù)字信息“1”2DPSK信號調(diào)制過程波形如圖1-3所示1 1 1 1 0 1 1 0 11 0 0 0 1 1 0 1 1 絕對碼相對碼載波2DPSK信號圖 1-3 2DPSK信號調(diào)制過程波形圖 可以看出，2DPSK信號的實現(xiàn)方法可以采用：首先對二進制數(shù)字基帶信號進行差分編碼，將絕對碼表示二進制信息變換為用相對碼表示二進制信息，然后再進行絕對調(diào)相，從而產(chǎn)生二進制差分相位鍵控信號。2DPSK信號調(diào)制器原理圖如圖1-4所示

5、。圖1-4 2DPSK信號調(diào)制器原理圖其中碼變換即差分編碼器如圖1-5所示。在差分編碼器中：an為二進制絕對碼序列，dn為差分編碼序列。bnan+tt圖1-5 差分編碼器1.3.2 2DPSK的解調(diào) 2DPSK的差分相干解調(diào)原理框圖如圖1-6所示：e2DPSK(t)帶通濾波器相乘器延遲TS低通濾波器抽樣判決器輸出定時脈沖圖1-6 2DPSK差分相干解調(diào)原理框圖二SystemView介紹System View 是一個用于現(xiàn)代工程與科學系統(tǒng)設(shè)計及仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設(shè)計、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，直到一般的系統(tǒng)數(shù)學模型建立等各個領(lǐng)域，System View 在友好而且功能齊全

6、的窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個精密的嵌入式分析工具。System View是美國ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(Token)描述程序。利用System View，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)模混合系統(tǒng)和各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)設(shè)計時，只需從System View配置的圖標庫中調(diào)出有關(guān)圖標并進行參數(shù)設(shè)置，完成圖標間的連線，然后運行仿真操作，最終以時域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。各種庫簡介如下：基本庫SystemView的基本庫包括信源庫、算子庫

7、、函數(shù)庫、信號接收器庫等，它為該系統(tǒng)仿真提供了最基本的工具。SystemView為我們提供了16種信號源，可以用它來產(chǎn)生任意信號功能強大的算子庫多達31種算子，可以滿足您所有運算的要求32種函數(shù)盡顯函數(shù)庫的強大庫容！12種信號接收方式任你挑選，要做任何分析都難不倒它擴展功能庫擴展功能庫提供可選擇的能夠增加核心庫功能的用于特殊應(yīng)用的庫。它允許通信、DSP、射頻/模擬和邏輯應(yīng)用。包含有大量的通信系統(tǒng)模塊的通信庫，是快速設(shè)計和仿真現(xiàn)代通信系統(tǒng)的有力工具。這些模塊從糾錯編碼、調(diào)制解調(diào)、到各種信道模型一應(yīng)俱全。DSP庫能夠在你將要運行DSP芯片上仿真DSP系統(tǒng)。該庫支持大多DSP芯片的算法模式。例如乘法

8、器、加法器、除法器和反相器的圖標代表真正的DSP算法操作符。還包括高級處理工具：混合的Radix FFT、FIR和IIR濾波器以及塊傳輸?shù)取?邏輯運算自然離不開邏輯庫了，它包括象與非門這樣的通用器件的圖標、74系列器件功能圖標及用戶自己的圖標等。射頻/模擬庫支持用于射頻設(shè)計的關(guān)鍵的電子組件，例如：混合器、放大器和功率分配器等。 擴展用戶庫擴展的用戶庫包括有Elanix公司自己提供的擴展通信庫2、IS95/CDMA、數(shù)字視頻廣播DVB。另外其合作伙伴Entegra公司也提供了自適應(yīng)濾波器庫(http:/www.entegra.co.uk)。有能力的讀者也可自己用C/C+語言自編所需的庫，后加入即

9、可。三PCM系統(tǒng)的設(shè)計與仿真3.1整個系統(tǒng)分析.本設(shè)計完成一次模擬信號傳輸?shù)倪^程，主要分為三個模塊：將模擬信號通過A律擴壓進行PCM編碼，并轉(zhuǎn)換成8位串行數(shù)據(jù)進行發(fā)送；對PCM信號進行2DPSK調(diào)制解調(diào)并在有噪聲的信道中傳輸；在接收方將接收到的信號轉(zhuǎn)換成7位并行數(shù)據(jù)并通過A律擴壓恢復(fù)成8位并行數(shù)據(jù)生成新的模擬信號。系統(tǒng)框圖如圖3-1所示：圖3-1 傳輸系統(tǒng)原理框圖3.2 PCM編碼器模塊3.2.1 模塊說明PCM編碼器模塊主要由信號源（圖符36）、瞬時壓縮器（圖符20）、AD轉(zhuǎn)換器(圖符21)、并串轉(zhuǎn)換器（圖符23）、輸出端子（圖符26）構(gòu)成，實現(xiàn)模型如圖3-2所示：圖3-2 PCM編碼仿真圖

10、瞬時壓縮器（圖符20）采用A律壓縮，是非均勻壓縮，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器（圖符21）完成采樣和量化，經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換器（圖符23）將8位并行數(shù)據(jù)準換成串行數(shù)據(jù)通過圖符26輸出PCM編碼信號。圖符22是AD轉(zhuǎn)換器（圖符21）的采樣脈沖，圖符24、25、38分別是并串轉(zhuǎn)換器（圖符23）的選擇控制端，使其將8位數(shù)據(jù)依次輸出。圖3-2中圖符參數(shù)如表3-1所示：表3-1 PCM編碼器模塊仿真模型圖符參數(shù)表圖符號庫：圖符名稱改變的參數(shù)設(shè)置36Source：SinusoidFreq=100Hz20Comm: CompanderA-Law21Logic: ADCNo. Bits = 822Source: Pulse Tr

11、ainFreq = 400 Hz23Logic: Mux-D-824Source: Pulse TrainFreq = 800 Hz 25Source: Pulse TrainFreq = 1.6e+3 Hz26Sink：Analysis38Source: Pulse TrainFreq = 400 Hz3.2.2 PCM 編碼組件實現(xiàn)功能（1）瞬時壓縮器：瞬時壓縮器（圖符20）使用了我國現(xiàn)采用的A律壓縮，在擴壓是也要用A律擴壓，對比壓縮前后時域信號可以明顯看出小信號被放大，大信號被壓縮，從而提高了小信號的信噪比。效果如圖3-3和3-4所示：圖3-3 壓縮前圖3-4 壓縮后 （2）AD轉(zhuǎn)換器：

12、完成經(jīng)過瞬時壓縮后的信號再在這里再次均勻量化經(jīng)逐次比較將每個量化值編成8位并行輸出的數(shù)據(jù)代碼，形成PCM編碼。（3）數(shù)據(jù)選擇器： 圖符23是帶使能端的8路數(shù)據(jù)選擇器，功能和74151相同。用圖符24、25、38表示的脈沖信號進行數(shù)據(jù)選擇，這三個脈沖頻率分別是量化頻率的1、2、4倍，形成8個脈沖組合，將8位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)輸出，完成PCM編碼的輸出，進入調(diào)制階段。輸出的PCM編碼如圖3-5所示：圖3-5 PCM編碼3.3 PCM譯碼器模塊3.3.1 模塊說明 本模塊由串并轉(zhuǎn)換器（圖符27）、數(shù)據(jù)鎖存器（圖符28）、DA轉(zhuǎn)換器（圖符33）、瞬時擴壓器（圖符32）、低通濾波器（圖符35）、脈沖

13、控制（圖符29、30、31）、輸出端子（圖符34）構(gòu)成，如圖3-6所示：圖3-6 PCM譯碼仿真圖從信道接收端解調(diào)出來的數(shù)字信號經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換器（圖符27）轉(zhuǎn)換成8位并行數(shù)據(jù)輸出，經(jīng)過數(shù)據(jù)鎖存器（圖符28）將數(shù)據(jù)送入DA轉(zhuǎn)換器（圖符33）完成數(shù)模轉(zhuǎn)換在經(jīng)A律擴壓，從低通濾波器輸入新的模擬信號。圖3-6中圖符參數(shù)如表3-2所示：表3-2 PCM譯碼器模塊仿真模型圖符參數(shù)表圖符號庫：圖符名稱改變的參數(shù)設(shè)置27Logic: Shft-8in28Logic: Latch-8T29Source: Step Fct30Source: Pulse TrainFreq = 400 Hz31Source: Pul

14、se TrainFreq = 3200 Hz32Comm: DeCompandA-Law33Logic: DAC34Sink: SystemView35Operator: Linear SysButterworth Lowpass IIR3 Poles Fc = 100 Hz44Sink: SystemView3.3.2 PCM 編碼組件實現(xiàn)功能 （1）串并轉(zhuǎn)換器：功能和74164相同，是一個移位寄存器將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成8位并行數(shù)據(jù)輸出。有兩個通道進行相與輸入，本設(shè)計采用A通道輸入，B通道設(shè)為1，用圖符30的脈沖信號控制移位速度，F(xiàn)req = 400 Hz。 （2）數(shù)據(jù)鎖存器：功能和74LS37

15、3、74LS573相同，是一個數(shù)據(jù)鎖存器，將8位數(shù)據(jù)鎖存起來，在需要的時候輸出，以至輸出不會混亂。用圖符31所示脈沖信號控制輸出允許信號，F(xiàn)req = 3200 Hz。（3）DA轉(zhuǎn)換器：將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。（4）瞬時擴壓器：由于編碼采用A律壓縮，所以在譯碼是也采用A律擴壓。（5）低通濾波器：采用3階切比雪夫濾波器，具有在通帶內(nèi)等波紋、阻帶內(nèi)單調(diào)的特性，F(xiàn)c = 100 Hz，原始輸入信號頻率也是100Hz.3.4 2DPSK的調(diào)制和解調(diào)模塊3.4.1 2DPSK調(diào)制模塊本模塊由異或運算符（圖符1）、延時器（圖符2）、載波（圖符0）、單刀雙擲開關(guān)（圖符4）、相反器（圖符5）構(gòu)成，如圖3-7

16、所示。圖中各圖符參數(shù)如表3-3所示。圖3-7 2DPSK調(diào)制仿真圖表3-3 2DPSK調(diào)制仿真模型圖符參數(shù)表圖符號庫：圖符名稱改變的參數(shù)設(shè)置0Source: SinusoidFreq = 400 Hz1Logic: XORFreq=20Hz2Operator: DelayDelay = 250e-6 sec3Sink：Analysis4Logic: SPDT5Operator: Negate6Sink：Analysis3.4.2 2DPSK調(diào)制組件實現(xiàn)功能（1）異或運算符（圖符1）和延時器（圖符2）共同完成由絕對碼到相對碼的轉(zhuǎn)換過程。（2）載波（圖符0）、單刀雙擲開關(guān)（圖符4）、相反器（圖符5

17、）完成2DPSK的調(diào)制。3.4.3 2DPSK解調(diào)模塊本模塊由經(jīng)過信道出來的信號、相乘器（圖符7）、延時器（圖符8）、低通濾波器（圖符11）、采樣器（圖符14）、保持器（圖符15）、定時脈沖（圖符16）、判決器（圖符17）以及輸出端子（圖符9、10、12、13、43）構(gòu)成，仿真圖形如圖3-8所示，各種圖符參數(shù)如表3-4所示。圖3-8 2DPSK差分相干解調(diào)仿真圖表3-4 2DPSK差分相干解調(diào)仿真模型圖符參數(shù)表圖符號庫：圖符名稱改變的參數(shù)設(shè)置7Multiplier:Non arametric8Operator: DelayDelay = 2.5e-3 sec9Sink：Analysis10Si

18、nk：Analysis11Operator: Linear SysButterworth Lowpass IIR 3 Poles Fc = 400 Hz 12Sink：Analysis 13Sink：Analysis 14Operator: SamplerRate = 2e+3 Hz 15Operator: Hold 16Source: Step Fct 17Operator: CompareComparison = '>=' True Output = -1 v False Output = 1 v41Adder: Non Parametric42Source: Gauss NoiseStd Dev = 1e-3 v Mean = 0 v43Sink：Analysis3.5 2DPSK解調(diào)調(diào)制波形圖 （a）絕對碼（b）相對碼（c） 調(diào)制信號（d）解調(diào)調(diào)制瀑布圖（e）原始信號（f）輸出信號四仿真結(jié)果與分析 A律壓縮前后時域和頻譜瀑布圖分別如圖4-1、4-2所示：圖4-1 時域瀑布圖圖4-2 頻譜瀑布圖五設(shè)計心得剛拿到設(shè)計題目感到毫無頭緒，無從下手，之前也沒接觸過Systm View這個軟件，深刻感到課設(shè)任務(wù)的艱巨，盡管這樣但還是得做完這個課設(shè)。我們在第一天做了幾個簡單的傳輸系統(tǒng)慢慢熟悉了這個軟件，在第二天就開始著手分析本次課設(shè)要求，