通原仿真實(shí)驗(yàn)

1、 通原軟件仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告 姓 名 劉慧敏 學(xué) 號(hào)班 級(jí) 1401041班 組 別 第三組 日 期 2016-12-24 系統(tǒng)仿真 2PSK的模擬調(diào)制，PCM編碼 參數(shù)：碼速率12kbit/s,載波頻率24kHz 1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）熟悉數(shù)字通信系統(tǒng)的工作原理、電路組成和信息傳輸特點(diǎn)； （2）熟悉上述通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與參數(shù)選擇原則； （3）掌握使用參數(shù)化圖符模塊構(gòu)建通信系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)方法； （4）熟悉各信號(hào)時(shí)域波形特點(diǎn)； （5）熟悉各信號(hào)頻域的功率譜特點(diǎn)。2、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）（1）使用m序列為數(shù)字系統(tǒng)輸入調(diào)試信號(hào)，采用正弦載波，碼速率為12kbit/s，載波速

2、率為碼速率的2倍；（2）采用模擬調(diào)制或數(shù)字鍵控實(shí)現(xiàn)2PSK調(diào)制；（3）通過相干解調(diào)完成2PSK解調(diào)，獲得初始m序列；（4）從時(shí)域觀測(cè)各信號(hào)點(diǎn)波形，獲得接收端信號(hào)眼圖；（5）觀測(cè)各信號(hào)功率譜；（6）完成串并及并串轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（二）（7）通過不少于三個(gè)頻率正弦信號(hào)疊加而成的模擬信號(hào)作為系統(tǒng)真實(shí)輸入信號(hào)，并采用PCM編碼方法實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換；（8）模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換形成的數(shù)字信號(hào)通過2PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻帶傳輸；（9）通過PCM解碼恢復(fù)初始模擬信號(hào)；（10）從時(shí)域重點(diǎn)觀測(cè)模擬信號(hào)點(diǎn)波形；（11）從頻域重點(diǎn)觀察模擬信號(hào)功率譜。3、 實(shí)驗(yàn)原理二進(jìn)制移相鍵控（2PSK） 在2PSK中，通常用初

3、始相位0和分別表示二進(jìn)制“1”和“0”。因此，2PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為： 在2psk調(diào)制中，an應(yīng)選擇雙極性，即 若g（t）是脈寬為TS，高度為1的矩形脈沖是，則有 當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)1時(shí)，已調(diào)信號(hào)S2PSK（t）取相位，當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)0時(shí)，已調(diào)信號(hào)S2PSK（t）取相位。若用n表示第n個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位，則有 這種以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式，稱為二進(jìn)制（絕對(duì)）相移方式。 典型信號(hào)波形如下圖： 2PSK信號(hào)的調(diào)制器原理方框圖： 模擬調(diào)制方法 鍵控法 2PSK信號(hào)的解調(diào)器（相干解調(diào)）原理方框圖及波形圖： PCM的基本原理 PCM（脈沖編碼調(diào)制）：在發(fā)送端將低頻模擬信號(hào)

4、根據(jù)規(guī)則變換成數(shù)字脈沖碼；在接收端從收到的數(shù)字脈沖碼中恢復(fù)出低頻模擬信號(hào)。PCM編碼包括如下三個(gè)過程：抽樣：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散的樣本脈沖序列。需要滿足低通采樣定理，采樣頻率為8kHz。量化：將離散時(shí)間連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成為離散時(shí)間離散幅度的數(shù)字信號(hào)。均勻量化時(shí)小信號(hào)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(hào)時(shí)分層密、量化間隔小，而在大信號(hào)時(shí)分層疏、量化間隔大。編碼：用一定位數(shù)的脈沖碼表示量化采樣值。PCM編碼實(shí)際上是一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換過程。采用8位折疊二進(jìn)制碼，對(duì)應(yīng)有256個(gè)量化級(jí)，這需要將13折線中的每個(gè)折線段再均勻劃分16個(gè)量化級(jí)。 在A律13折線編碼中

5、，正負(fù)方向共16個(gè)段落，在每一個(gè)段落內(nèi)有16個(gè)均勻分布的量化電平，因此總的量化電平數(shù)256L。編碼位數(shù)8N，每個(gè)樣值用8比特代碼1C8C來表示，分為三部分。第一位1C為極性碼，用1和0分別表示信號(hào)的正、負(fù)極性。第二到第四位碼432CCC為段落碼，表示信號(hào)絕對(duì)值處于那個(gè)段落，3位碼可表示8個(gè)段落，代表了8個(gè)段落的起始電平值。上述編碼方法是把非線性壓縮、均勻量化、編碼結(jié)合為一體的方法。在上述方法中，雖然各段內(nèi)的16個(gè)量化級(jí)是均勻的，但因段落長(zhǎng)度不等，故不同段落間的量化間隔是不同的。當(dāng)輸入信號(hào)小時(shí)，段落小，量化級(jí)間隔?。划?dāng)輸入信號(hào)大時(shí)，段落大，量化級(jí)間隔大。第一、二段最短，歸一化長(zhǎng)度為128/1，再

6、將它等分16段，每一小段長(zhǎng)度為2048/1，這就是最小的量化級(jí)間隔。根據(jù)13折線的定義，以最小的量化級(jí)間隔為最小計(jì)量單位，可以計(jì)算出13折線A律每個(gè)量化段的電平范圍、起始電平Isi、段內(nèi)碼對(duì)應(yīng)電平、各段落內(nèi)量化間隔。 13段折線在第一象限的壓擴(kuò)特性如下圖所示：PCM解碼包括如下三個(gè)過程：譯碼：將數(shù)字PCM碼變換成模擬信號(hào)，并去除編碼過程中的變換，恢復(fù)采樣后信號(hào)。包括兩個(gè)動(dòng)作：解壓擴(kuò)和D/A變換。低通：從采樣后信號(hào)恢復(fù)采樣前信號(hào)形態(tài)。通帶要滿足低通采樣定理的要求。放大：恢復(fù)原模擬信號(hào)電平。PCM解碼實(shí)際上是一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換并對(duì)得到的模擬信號(hào)進(jìn)一步處理的過程。PCM編碼、解碼功能框圖如下：實(shí)驗(yàn)方案通信

7、模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸通信系統(tǒng)的組成框圖如下圖。系統(tǒng)輸入的模擬隨機(jī)信號(hào)m(t),經(jīng)過該通信系統(tǒng)后要較好地得到恢復(fù)。 譯碼和低通濾波 模擬信息源抽樣、量化 和編碼 數(shù)字通信系統(tǒng) 模擬隨機(jī)信號(hào) 數(shù)字隨機(jī)序列 數(shù)字隨機(jī)序列 模擬隨機(jī)信號(hào)推薦實(shí)驗(yàn)方案 推薦的模擬信號(hào)數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)的組成框圖如下圖。通過PCM方式完成數(shù)模與模數(shù)變換，采用2/BPSK調(diào)制方式完成基本數(shù)字頻帶傳輸。串/并 PCM編碼數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)2/BPSKPCM解碼 并/串4、 系統(tǒng)模型及圖符模塊參數(shù)設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）系統(tǒng)模型和圖符模塊參數(shù)設(shè)置：（1）系統(tǒng)模型： （2）圖符模塊參數(shù)設(shè)置： Token1：偽隨機(jī)序列（PN碼），參數(shù): A

8、mplitude=1v, Offset=1v, Rate=12kHz,Phase=0, No.of.Level=2; Token2,6:加法器； Token3:階躍函數(shù)，參數(shù):Amplitude=-1v,Offset=0v; Token5,12:乘法器； Token10,20:正弦載波信號(hào)源，參數(shù)：Amplitude=1v， Frequency=24kHz,Phase=0; Token7:高斯噪聲源，參數(shù)：Std Deviation=0.5v,Mean=0v; Token11:模擬帶通濾波器，參數(shù)：Butterworth Bandpass IIR, Low Cuttoff=12kHz,Hi C

9、uttoff=36kHz; Token13:模擬低通濾波器，參數(shù)：Butterworth Lowpass IIR, Low Cuttoff=13kHz; Token14:比較器，參數(shù)：Select Comparison ab,True Output=1v,Fslae Output=0v; Token15:階躍函數(shù)，參數(shù):Amplitude=1v,Offset=0v,; Token16:采樣器，參數(shù)：Sample Rate=24kHz; Token17：保持器，參數(shù)：Hold Value Last Sample,Gain=1; Token19：延遲器,參數(shù):Delay Type Non-Inte

10、rpolating,Delay=50e-6; Token0,4,18,21,22,23：信宿接收分析器。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（二）系統(tǒng)模型和圖符模塊參數(shù)設(shè)置：（1）系統(tǒng)模型： （2）圖符模塊參數(shù)設(shè)置： Token0:正弦載波信號(hào)源，參數(shù)：Amplitude=2v， Frequency=500Hz,Phase=0; Token1:正弦載波信號(hào)源，參數(shù)：Amplitude=2v， Frequency=750Hz,Phase=0; Token2:正弦載波信號(hào)源，參數(shù)：Amplitude=2v， Frequency=1000Hz,Phase=0; Token6:壓擴(kuò)器，參數(shù):Compander Type A-L

11、aw,Max Input=(+-)5v; Token7:解壓擴(kuò)器，參數(shù):Compander Type A-Law,Max Input=(+-)5v; Token8:模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，參數(shù):Gate Delay=0s,False Output=0v,Max Input =5v,Threshold=500e-3v,No.Bits=8,True Output=1v,Min Input=-5v; Token9:數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC，參數(shù)：Gate Delay=0s,Min Output=-5v; Threshold=500e-3v,Max Output =5v,No.Bits=8; Token14:脈沖串

12、，參數(shù)：Amplitude=1v， Frequency = 1500Hz,Phase=0,Offset = -500e-3; Token15:實(shí)時(shí)顯示器； Token40:子系統(tǒng)，每個(gè)采樣器的采樣頻率都為45kHz; Token68:FFT變換； Token4,5,10,11,13,42,44,52,60,61,64,65,67,69,70：信宿接收分析器。5、 仿真結(jié)果及對(duì)應(yīng)的結(jié)果數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）2PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真結(jié)果如下：調(diào)制信號(hào)為PN序列，碼速率Rb=12kbit/s,正弦載波的頻率為24kHz。系統(tǒng)定時(shí)：起始時(shí)間0秒，終止時(shí)間2.49722e-3秒，采樣點(diǎn)數(shù)900，采樣頻率

13、360e+3，獲得的仿真波形如下圖所示： （1）時(shí)域波形單極性PN序列：雙極性PN序列： 載波信號(hào)：已調(diào)信號(hào)：帶通濾波器輸出：低通濾波器輸出：解調(diào)信號(hào)： 波形對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)，序列中的“1”使已調(diào)信號(hào)的相位發(fā)生0變化，序列中的“0”使已調(diào)信號(hào)的相位發(fā)生變化。（2） 頻譜圖帶通濾波器輸出的譜：低通濾波器輸出的譜：?jiǎn)螛O性PN序列的基帶譜：已調(diào)信號(hào)的功率譜： 由單極性PN序列的基帶譜可知，基帶信號(hào)的大部分能量落在第一個(gè)零點(diǎn)（12kHz）的頻率范圍之內(nèi)，即基帶帶寬為12kHz。由已調(diào)信號(hào)的功率譜可知，已調(diào)信號(hào)的頻譜為2PSK信號(hào)，因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)為雙極性不歸零脈沖，用雙極性不歸零碼對(duì)載波進(jìn)行相乘的調(diào)制，可以

14、達(dá)到抑制載波的目的，即已調(diào)信號(hào)的頻譜中，只有載波位置，沒有載波分量，頻帶寬度為24kHz。（3）對(duì)比圖（4） 眼圖 由不同信噪比下的眼圖可以看到，隨著信噪比的增加，眼圖質(zhì)量越來越好。（5） 濾波器的幅頻特性曲線 帶通濾波器的幅頻特性曲線 帶通濾波器的單位沖激響應(yīng) 低通濾波器的幅頻特性曲線低通濾波器的單位沖激響應(yīng) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（二）PCM編碼 模擬信號(hào)是由三個(gè)頻率分別為500Hz,750Hz,1000Hz的正弦信號(hào)相加而成。系統(tǒng)定時(shí)：起始時(shí)間0秒，終止時(shí)間2.49722e-3秒，采樣點(diǎn)數(shù)900，采樣頻率360e+3，獲得的仿真波形如下圖所示：（1）時(shí)域波形 三個(gè)正弦信號(hào)相加而成的模擬信號(hào) 經(jīng)壓擴(kuò)器后

15、的輸出 對(duì)比壓縮前后時(shí)域信號(hào)可以明顯看出，小信號(hào)被放大，大信號(hào)被壓縮，從而提高了小信號(hào)的信噪比。 串/并轉(zhuǎn)換后經(jīng)低通濾波器的輸出 PCM解碼后輸出（2）對(duì)比圖 經(jīng)2PSK后與PCM解碼后的波形對(duì)比 由以上圖可以發(fā)現(xiàn)，PCM編碼的過程中，譯碼輸出的波形具有一定的延時(shí)，其波形基本上不失真的在接收端得到恢復(fù)。 （3）頻譜圖 模擬信號(hào)的頻譜圖經(jīng)PCM解碼后的頻譜圖（4）眼圖 2PSK調(diào)制后的眼圖6、 設(shè)計(jì)過程與調(diào)試過程中的摸索及心得體會(huì) 實(shí)驗(yàn)一開始的時(shí)候，無從下手，根本弄不懂實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁?，?jīng)過幾次答疑，基本上弄明白了實(shí)驗(yàn)的目的，在理論知識(shí)2PSK的基礎(chǔ)上，慢慢的弄懂各種圖符的作用。最后借助老師提供的

16、系統(tǒng)模型，在運(yùn)用模擬調(diào)制的條件下，弄明白了2PSK的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)。但在實(shí)驗(yàn)過程中遇到了各種問題，比如說各種圖符參數(shù)的設(shè)置，瀑布圖、眼圖、功率譜各種圖形的分析、研究。 對(duì)照老師提供的系統(tǒng)模型，最終把這個(gè)實(shí)驗(yàn)分為兩大模塊：將一個(gè)模擬信號(hào)經(jīng)過A律壓擴(kuò)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸并在接收端進(jìn)行A律擴(kuò)壓恢復(fù)成模擬信號(hào)，將量化后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行2PSK調(diào)制在有噪聲中的信道中傳輸。對(duì)照老師提供的實(shí)驗(yàn)結(jié)果案例，把各種圖符的參數(shù)設(shè)置正確，比如模擬帶通濾波器的參數(shù)，最高頻率為12kHz+24kHz=36kHz,最低頻率為基帶頻率12kHz。調(diào)試過程中出現(xiàn)的很多問題，往往都是參數(shù)的設(shè)置問題。圖符連接正確后，運(yùn)行，一開始出現(xiàn)的點(diǎn)波形非常的少，于是增大采樣點(diǎn)數(shù)或增大終止時(shí)間，得出的圖形與原理圖形相符。對(duì)怎么使用眼圖和瀑布圖摸索了很久，不得其法，最后還是通過詢問他人才解決的。而眼圖的觀察參數(shù)一定要設(shè)置正確，要不然無法觀測(cè)到清晰的眼圖。通過此次實(shí)驗(yàn)深刻的明白，我所學(xué)的理論知識(shí)掌握得并不好，沒有深入的了解，而且理論與實(shí)際并不能很好的結(jié)合在一起，遇到實(shí)際上的問題，不會(huì)運(yùn)用理論知識(shí)去解答，自己的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力也有待加強(qiáng)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)，更多的是通過自己的課余時(shí)間去學(xué)習(xí)掌握更多的知識(shí)，而