通信原理2PSK和PCM試驗(yàn)

1、通信原理大作業(yè)基于SYSTEMVIE琉境下2PSKg|擬調(diào)制解調(diào)和PCM碼解碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真學(xué)號(hào):XXXXXXXXXXX姓名:XXX班級(jí)：XXXXXXX2015.12.31一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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(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)掌握在SYSTEMVIEW境中使用參數(shù)化圖符模塊構(gòu)建通信系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)仿真方法；(4)熟悉系統(tǒng)中各信號(hào)時(shí)域波形特點(diǎn)；(5)熟悉系統(tǒng)中各信號(hào)頻域的功率譜特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)分為兩大部分內(nèi)容，分別是 2PS頒制與解調(diào)、PCM碼與解碼，具體內(nèi)容如下：(一)、2PSK莫擬調(diào)制解調(diào)(1)使用m序列為數(shù)字系統(tǒng)

2、輸入調(diào)試信號(hào)，基波速率為10KHz(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(guò)相干解調(diào)完成2PSKB調(diào)，恢復(fù)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。(二)PCMS碼與解碼系統(tǒng)：(1)通過(guò)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)模數(shù)轉(zhuǎn)換；(2)模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換形成的數(shù)字信號(hào)通過(guò) 2PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻帶傳輸;(3)通過(guò)PCM軍碼恢復(fù)初始模擬信號(hào)；(4)從時(shí)域重點(diǎn)觀測(cè)模擬信號(hào)點(diǎn)波形；(5)從頻域重點(diǎn)觀察模擬信號(hào)功率譜。三、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)明原理(一)、2PSK莫擬調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)明原理2PSK,

3、即二進(jìn)制相移鍵控，用輸入信號(hào)控制載波的相位隨之變化， 一般情況下，用載波的“ 00”表示二進(jìn)制基帶信號(hào)的“0，“1800” 表示二進(jìn)制基帶信號(hào)的“ 1”，也可反過(guò)來(lái)。輸入信號(hào)的形式一般為s (t)=Ean g (t - nT；),an以概率P取 “1”，以1-P取“0”，g (t) 一般是脈寬為T(mén)s,高為1的方波(也 可取三角波等)。1、2PS頒制2PS頒制可采用模擬調(diào)制和數(shù)字鍵控兩種方式，本實(shí)驗(yàn)以模擬調(diào) 制為主，調(diào)制原理如下：雙極性不歸零y cose2 psk (t )= s (t )cos wt若輸入不是雙極性不歸零波形，我們可以通過(guò)碼型變化將其轉(zhuǎn)換 為雙極性不歸零波形。調(diào)制波形如下所示：

4、1 ： 0 ： 1 I 1Is ： ，r，的MAM二0 180 00通過(guò)觀察波形，我們可以得到，當(dāng)輸入為“ 1”時(shí)，已調(diào)載波相位為0;當(dāng)輸入為“ 0”時(shí)，已調(diào)載波相位為180 2、2PSKW調(diào) 2PSKB調(diào)一般采用相干解調(diào)法，原理如下:解調(diào)時(shí)各點(diǎn)波形如下所示： 11 n 1111-fWnmMJ rwwww c fYYYS m WYYV?ie ； -5I If通過(guò)對(duì)以上波形的分析，我們可以看出，當(dāng) 恢復(fù)載波相位差180時(shí)，輸出波形剛好與輸入的波形相反。通過(guò)對(duì)理論的學(xué)習(xí)，我們稱 之為180相位模糊，可以通過(guò)采用2DPS睞解決這個(gè)問(wèn)題（二）、PC幗制解調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)明實(shí)驗(yàn)原理.PCM脈沖編碼調(diào)制）:在發(fā)送

5、端將低頻模擬信號(hào)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(fù)出低頻模擬信號(hào)。.PC網(wǎng)碼包括如下三個(gè)過(guò)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。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)。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(guò)程。.PCMM碼包括如下三個(gè)過(guò)程：譯碼：將數(shù)字PC涮變換成模擬信號(hào)，并去除編碼過(guò)程中的變換， 恢復(fù)采樣后信號(hào)。低通：從采樣后信號(hào)恢復(fù)采樣前信號(hào)形態(tài)。放大：恢復(fù)原模擬信號(hào)電平。PCM軍碼實(shí)際上一個(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(guò)程。PCM碼、解碼功能框

6、圖如下：.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(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。實(shí)現(xiàn)方法：實(shí)現(xiàn)非均勻量化的方法之一是把輸入量化器的信號(hào)x先進(jìn)行壓擴(kuò)處理，再把壓擴(kuò)得到的信號(hào)y進(jìn)行均勻量化。壓擴(kuò)器就是 一個(gè)非線性變換電路，弱信號(hào)被擴(kuò)大，強(qiáng)信號(hào)被壓縮。壓縮器的入出 關(guān)系表示為y=f(x)。常用壓擴(kuò)器大多采用對(duì)數(shù)式壓縮，廣泛采用的 兩種對(duì)數(shù)壓擴(kuò)特性是w律壓擴(kuò)和A律壓擴(kuò)。效果：改善了小信號(hào)時(shí)的量化信噪比。w律壓擴(kuò)特性：蚣坦 A律壓擴(kuò)特性：廿二41+ln兌1+

7、二幻 VAxA、1 + h Ax 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(kuò)特性的13段折線逼近方法:具體方法是：對(duì)x軸不均勻分成8段，分段的方法是每次以二分 之一對(duì)分；對(duì)y軸在01范圍內(nèi)均勻分成8段，每段間隔均為1/8。 然后把x, y各對(duì)應(yīng)段的交點(diǎn)連接起來(lái)構(gòu)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(shí)際上只有 7根 斜率不同的折線。以上分析的是第一象限，對(duì)于雙極性語(yǔ)音信號(hào)，在第三象限也有 對(duì)稱的一組折線，也是7根，但其中靠近零點(diǎn)的1、2段斜率與正方 向的第1、2段斜率相同，又可以合并為一根，因此，正、負(fù)雙向共 有13

8、段折線。13段折線在第一象限的壓擴(kuò)特性如下圖所示：編碼：采用8位折疊二進(jìn)制碼，對(duì)應(yīng)有 M=2=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)。5.PCM的解碼原理：譯碼：包括以下兩個(gè)動(dòng)作，解壓擴(kuò)：采用一個(gè)與13段折線壓擴(kuò)特性相反的解壓擴(kuò)器來(lái)恢復(fù) x , 即 x=f -1(y)。D/A變換，PCMK變換成模擬信號(hào)，即恢復(fù)到發(fā)送端模擬信號(hào)剛完 成采樣時(shí)的信號(hào)。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(shè)置(一)、2PS頹制解調(diào)系統(tǒng)：圖中，左邊為模擬調(diào)制系統(tǒng)，圖符 23、24構(gòu)成M序列發(fā)生器， 圖符2為相乘器，圖符15為正弦載波，頻率為40KH2；與基波相乘

9、 后產(chǎn)生2PSK信號(hào)，完成調(diào)制系統(tǒng)；右邊為相干解調(diào)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(shí)器，圖11為保持器，圖符12為保持器，這三個(gè) 構(gòu)成抽樣判決。圖符模塊參數(shù)設(shè)置:編號(hào)庫(kù)/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 = 5Taps = 2- 5Seed = -1Threshold =

10、 0True = 1False = -1Max Rate = 400e+3 HzToken 2Multiplier:NonParametricInputs from t23p0t15p0Outputs to 4 17Max Rate = 400e+3 HzToken 15Source: SinusoidAmp =1vFreq = 40e+3 HzPhase = 0 degOutput 0 = Sine t2Output 1 = CosineMax Rate (Port 0)=400e+3 HzToken 18Source: SinusoidAmp =1vFreq = 40e+3 HzPhase

11、 = 0 degOutput 0 = Sine t6Output 1 = CosineMax Rate (Port 0)=400e+3 HzToken 4Adder:NonParametricInputs from 12P0 t5p0Outputs to 3Max Rate = 400e+3 HzToken 3Operator: Linear SysButterworth BandpassIIR3 PolesLow Fc = 30e+3 HzHi Fc = 50e+3 HzQuant Bits = NoneInitCndtn=TransientDSP Mode DisabledMax Rate

12、 = 400e+3 HzToken 6Multiplier:NonParametricInputs from t18p0t3p0Outputs to 8 25Max Rate = 400e+3 HzToken 8Operator: Linear SysButterworth LowpassIIR3 PolesFc = 10e+3 HzQuant Bits = NoneInitCndtn=TransientDSP Mode DisabledMax Rate = 400e+3 HzToken 5Source: Gauss NoiseStd Dev = 0 vMean = 0 vMax Rate =

13、 400e+3 HzToken 10Operator:DelayNon-InterpolatingDelay = 0 sec=0.0 smpOutput 0 = Delay t9Output 1 = Delay - dTMax Rate (Port 0)=400e+3 HzToken 9Operator:SamplerInterpolatingRate = 400e+3 HzAperture = 0 secAperture Jitter = 0secMax Rate = 400e+3 HzToken 11Operator:HoldLast ValueGain = 1Out Rate = 400

14、e+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（二）、PC陳統(tǒng):上圖中，圖符0、1、2為三個(gè)正弦波發(fā)生器，疊加后作為模擬信號(hào)的 輸入，圖符6為擴(kuò)壓器，圖符8為AD轉(zhuǎn)換器，圖符14為脈沖發(fā)生器， 圖符40、41構(gòu)成數(shù)字信號(hào)的并串轉(zhuǎn)換，圖符 43為保持器，圖符47為2PSK通信子系統(tǒng)，圖符45構(gòu)成數(shù)字信號(hào)的串并

15、轉(zhuǎn)換，圖符 9是 DA轉(zhuǎn)換，圖符7為解壓擴(kuò)器，圖符12為低通濾波器。2PSK?制解調(diào)模塊:并串轉(zhuǎn)換模塊:編號(hào)庫(kù)/名稱參數(shù)Token 0Source: SinusoidAmp = 2 vFreq = 200 HzPhase = 0 degOutput 0 = Sine t3Output 1 = CosineMax Rate (Port 0)=400e+3 HzToken 1Source: SinusoidAmp = 2 vFreq = 300 HzPhase = 0 degOutput 0 = Sine t3Output 1 = CosineMax Rate (Port 0)=400e+3 Hz

16、Token 2Source: SinusoidAmp = 2 vFreq = 100 HzPhase = 0 degOutput 0 = Sine t3Output 1 = CosineMax Rate (Port 0)=400e+3 HzToken 3Adder:NonParametricInputs from t0p0 t1p012P0Outputs to 4 6Max Rate = 400e+3 HzToken 6Comm: CompanderA-LawMax Input = 5Max Rate = 400e+3 HzToken 14Source: Pulse TrainAmp =1vF

17、req = 5e+3 HzPulseW = 100e-6 secOffset = -500e-3 vPhase = 0 degMax Rate = 400e+3 HzToken 8Logic: ADCTwos ComplementGate Delay = 0 secThreshold = 500e-3 vTrue Output = 1 vFalse Output = 0 vNo. Bits = 8Min Input = -5 vMax Input = 5 vRise Time = 0 secAnalog = t6 Output 0Clock = t14 Output 0Token 41Comm

18、: TD MuxNo. Inputs = 8Time per Input =800e-6 secTime Slot0 = t32Output 0Time Slot1 = t33Output 0TimeSlot2 = t34Output 0TimeSlot3 = t35Output 0TimeSlot 4 = t36Output 0TimeSlot5 = t37Output 0TimeSlot6 = t38Output 0TimeSlot7 = t39Output 0Max Rate = 40e+3 HzToken 43Operator: HoldLast ValueGain = 1Out Ra

19、te = 400e+3 HzMax Rate = 400e+3 HzToken 88Operator: DelayNon-InterpolatingDelay = 700e-6 sec=280.0 smpOutput 0 = Delay t45Output 1 = Delay - dTMax Rate (Port 0)=400e+3 HzToken 45Comm: TD DeMuxNo. Outputs = 8TimeperOutput=800e-6 secOutput0=TimeSlot0t44 t9Output1=TimeSlot1t9Output2=TimeSlot2t9Output3=

20、TimeSlot3t9Output 4 = Time Slot 4t9Output 5 = Time Slot 5t9Output 6 = Time Slot 6t9Output 7 = Time Slot 7t9Max Rate (Port 0)=50e+3 HzToken 9Logic: DACTwos ComplementGate Delay = 0 secThreshold = 500e-3 vNo. Bits = 8Min Output = -5 vMax Output = 5 vD-0 = t45 Output 0D-1 = t45 Output 1D-2 = t45 Output

21、 2D-3 = t45 Output 3D-4 = t45 Output 4Token 7Comm: DeCompandA-LawMax Input = 5Max Rate = 50e+3 HzToken 12Operator: Linear SysButterworth LowpassIIR3 PolesFc = 400 HzQuant Bits = NoneInit CndtnTransientDSP Mode DisabledMax Rate = 50e+3 Hz五、仿真結(jié)果及分析（一）、2PS頹制解調(diào)系統(tǒng):輸入信號(hào)波形：這是輸入波形，該波形將會(huì)經(jīng)過(guò)調(diào)制系統(tǒng)產(chǎn)生的2PSK言號(hào)輸入信號(hào)的功

22、率譜：-MDFewer Spectra of 2網(wǎng)漏人信號(hào)(dB. 50 ohms) Mixed R理di0若*350t+37&+31Q0fr+3125s-3150 Mm175*375e+31Q0e+3125e+3Frequency in Hz (dF = Z M150e+3175e+3這是輸入信號(hào)的功率在各個(gè)頻率上的分量?；謴?fù)信號(hào)波形:對(duì)比發(fā)現(xiàn)，輸入的信號(hào)最終在一定的延時(shí)后完成了恢復(fù)， 即完成了一次數(shù)字信號(hào)的傳輸?；謴?fù)信號(hào)的功率譜:C口 Eg?1 cot-aPovst Sjiactir-un 2PSE悵復(fù)信號(hào) . dBr 53 hn = ) Mle4J. H&di這是恢復(fù)信號(hào)的功率在各個(gè)頻率

23、上的分量。輸入輸出信號(hào)的瀑布圖:對(duì)比瀑布圖，可見(jiàn)信號(hào)恢復(fù)良好。調(diào)制信號(hào)的波形:對(duì)比輸入信號(hào)，未調(diào)載波，2PS儂形可以發(fā)現(xiàn)，輸入信號(hào)的“ 1”使載波相位變化0度，“0”使載波變化180度，滿足2PSK的調(diào)制原理。正弦載波功率譜正弦載波功率在頻率上的分布，由于載波是40KH4所以功率只在40KHz處有分量調(diào)制信號(hào)功率譜:Power Spectruj of 調(diào)制皮形(dln 50 ohms) Mixed RaiFrequen(Ty in He (dF = 2 M調(diào)制信號(hào)功率在各個(gè)頻率上的分量。帶通濾波器幅頻響應(yīng)：Frequency Response; G ain in dB v? Freq in H

24、w (cf = 46.8 Hg)帶通濾波器，濾除頻率在30KHz和50KHz以外的成分。帶通濾波器輸出:帶通濾波器輸出波形，輸出的是經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾除頻率在 30KHz和50KHz后的波形帶通濾波器輸出的功率譜:Frequexicy in Hz (dJ - 2 H經(jīng)過(guò)帶通濾波器后的信號(hào)功率在頻率上的分量。乘法器輸出:K-9tKt t-s2PSK經(jīng)過(guò)帶通濾波器后和載波相乘，輸出的波形即為通過(guò)抽樣判決 器之前的波形，符合預(yù)期。乘法器輸出功率譜:乘法器輸出信號(hào)功率在頻率上的分量。低通濾波器幅頻響應(yīng):低通濾波器，濾除頻率高于10KHz的分量低通濾波器輸出:這是經(jīng)過(guò)低通濾波器后的輸出信號(hào)，這個(gè)信號(hào)再經(jīng)過(guò)

25、抽樣判決器后便是輸出碼，即我們想要的波形IHMVXHi-JFiequencj? Resporse: Gain in dB vs Fr&q in Hi (dF = 48.&H蝠七9+3.二12am低通濾波器輸出功率譜:Pcwtr Spectrum of 低通遮波器輸出(心m 50 ohni) Mixd R*d:經(jīng)過(guò)低通濾波器后的輸出信號(hào)功率在頻率上的分量O未加噪聲時(shí)的眼圖:未加噪聲時(shí)的眼圖，眼睛張開(kāi)較大，質(zhì)量較好。加0.5V噪聲時(shí)的眼圖:加0.5V噪聲時(shí)的眼圖，眼睛張開(kāi)較小，質(zhì)量較差加1V噪聲時(shí)的眼圖:加1V噪聲時(shí)的眼圖，眼睛張開(kāi)小，掃跡不太清晰，質(zhì)量差（二）、PC既碼解碼系統(tǒng)輸入信號(hào)波形：這是

26、三個(gè)頻率分別為100Hz, 200Hz 300Hz的正弦載波通過(guò)相加器后 的輸入信號(hào)波形。輸入信號(hào)功率譜:輸入信號(hào)功率在各個(gè)頻率的分量，因?yàn)檩斎胄盘?hào)主要有100Hz, 200Hz,300Hz的頻率，所以在這三個(gè)頻率處有分量，與波形一致?；謴?fù)信號(hào)波形:這是經(jīng)過(guò)我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)后，恢復(fù)出來(lái)的波形恢復(fù)信號(hào)功率譜:恢復(fù)信號(hào)功率在各個(gè)頻率的分量。 雖然有一些不相關(guān)的分量，這可能 是信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)時(shí)由噪聲產(chǎn)生。輸入輸出瀑布圖:對(duì)比輸入輸出瀑布圖，輸出信號(hào)雖然有些不完美，但是在大體上恢復(fù)的很好輸入輸出功率譜比較:從圖里可以看出，在主要的頻率處，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的功率分量基本重合，說(shuō)明恢復(fù)信號(hào)良好，完成了一次成功的PC隨碼解碼。六、設(shè)計(jì)過(guò)程與調(diào)試過(guò)程中的摸索及心得體會(huì)（一）、分工以及遇到的問(wèn)題在本次通信原理仿真實(shí)驗(yàn)中，我負(fù)責(zé)2PSKJI擬調(diào)制解調(diào)的眼圖， PC既碼解碼系統(tǒng)中通信子系統(tǒng)的導(dǎo)入，數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)分配器的 參數(shù)調(diào)整，以及輸入輸出信號(hào)波形、功率譜瀑布圖的調(diào)出等工作。當(dāng) 然，還有一位隊(duì)友也負(fù)責(zé)了很多工作，在我們的共同努力下，最終完 成了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。在這個(gè)過(guò)程中我收獲了許多知識(shí)， 也掌 握了不少技能。以下是實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及解決方法：.對(duì)軟件的運(yùn)用不熟首當(dāng)其沖的肯定是對(duì)SYSTEMVIEW個(gè)軟件不熟練