通信原理2PSK和PCM實(shí)驗(yàn)

..通信原理大作業(yè)基于SYSTEMVIEW環(huán)境下2PSK模擬調(diào)制解調(diào)和PCM編碼解碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真學(xué)號(hào):XXXXXXXXXXX:XXX班級(jí)：XXXXXXX2015.12.31一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?〕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)選擇原那么；〔3〕掌握在SYSTEMVIEW環(huán)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)容本實(shí)驗(yàn)分為兩大局部容，分別是2PSK調(diào)制與解調(diào)、PCM編碼與解碼，具體容如下：〔一〕、2PSK模擬調(diào)制解調(diào)〔1〕使用m序列為數(shù)字系統(tǒng)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〕通過相干解調(diào)完成2PSK解調(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?！捕砅CM編碼與解碼系統(tǒng)：〔1〕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)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2PSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字頻帶傳輸；〔3〕通過PCM解碼恢復(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。實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)明原理〔一〕、2PSK模擬調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)明原理2PSK,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〞0○〞表示二進(jìn)制基帶信號(hào)的"0〞，〞180○〞表示二進(jìn)制基帶信號(hào)的"1〞，也可反過來。輸入信號(hào)的形式一般為s(t)=∑ang(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(diào)制2PSK調(diào)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：e2PSK(t)=s(t)coswct假設(shè)輸入不是雙極性不歸零波形，我們可以通過碼型變化將其轉(zhuǎn)換為雙極性不歸零波形。調(diào)制波形如下所示：通過觀察波形，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、2PSK解調(diào)2PSK解調(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：通過對(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。通過對(duì)理論的學(xué)習(xí)，我們稱之為180○相位模糊，可以通過采用2DPSK來解決這個(gè)問題〔二〕、PCM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)簡(jiǎn)明實(shí)驗(yàn)原理1.PCM(脈沖編碼調(diào)制):在發(fā)送端將低頻模擬信號(hào)根據(jù)ITU-T提出G.711建議中的規(guī)那么變換為數(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)。2.PCM編碼包括如下三個(gè)過程：⑴抽樣：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散的樣本脈沖序列。⑵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)。⑶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。3.PCM解碼包括如下三個(gè)過程：⑴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)。⑵低通：從采樣后信號(hào)恢復(fù)采樣前信號(hào)形態(tài)。⑶放大：恢復(fù)原模擬信號(hào)電平。PCM解碼實(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)一步處理的過程。PCM編碼、解碼功能框圖如下：4.PCM的編碼原理：⑴抽樣：需要滿足低通采樣定理，采樣頻率8kHz⑵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。⑶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)展壓擴(kuò)處理，再把壓擴(kuò)得到的信號(hào)y進(jìn)展均勻量化。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μ律壓擴(kuò)和A律壓擴(kuò)。⑷效果：改善了小信號(hào)時(shí)的量化信噪比。μ律壓擴(kuò)特性：A律壓擴(kuò)特性：x——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〕⑸A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0~1圍均勻分成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)連接起來構(gòu)成8段直線。其中第1、2段斜率一樣(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段斜率一樣，又可以合并為一根，因此，正、負(fù)雙向共有13段折線。13段折線在第一象限的壓擴(kuò)特性如下列圖所示：編碼：采用8位折疊二進(jìn)制碼，對(duì)應(yīng)有M=28=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：⑴譯碼：包括以下兩個(gè)動(dòng)作，⑵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)器來恢復(fù)x，即x=f-1(y)。⑶D/A變換，PCM碼變換成模擬信號(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)。⑷低通：通帶要滿足低通采樣定理的要求。系統(tǒng)模塊及圖符模塊參數(shù)設(shè)置〔一〕、2PSK調(diào)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40KHz，與基波相乘后產(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/名稱參數(shù)Token24Source:PulseTrainAmp=1vFreq=10e+3HzPulseW=50e-6secOffset=-500e-3vPhase=0degMaxRate=400e+3HzToken23m:PNGenRegLen=5Taps=[2-5]Seed=-1Threshold=0True=1False=-1MaxRate=400e+3HzToken2Multiplier:NonParametricInputsfromt23p0t15p0Outputsto417MaxRate=400e+3HzToken15Source:SinusoidAmp=1vFreq=40e+3HzPhase=0degOutput0=Sinet2Output1=CosineMaxRate(Port0)=400e+3HzToken18Source:SinusoidAmp=1vFreq=40e+3HzPhase=0degOutput0=Sinet6Output1=CosineMaxRate(Port0)=400e+3HzToken4Adder:NonParametricInputsfromt2p0t5p0Outputsto3MaxRate=400e+3HzToken3Operator:LinearSysButterworthBandpassIIR3PolesLowFc=30e+3HzHiFc=50e+3HzQuantBits=NoneInitdtn=TransientDSPModeDisabledMaxRate=400e+3HzToken6Multiplier:NonParametricInputsfromt18p0t3p0Outputsto825MaxRate=400e+3HzToken8Operator:LinearSysButterworthLowpassIIR3PolesFc=10e+3HzQuantBits=NoneInitdtn=TransientDSPModeDisabledMaxRate=400e+3HzToken5Source:GaussNoiseStdDev=0vMean=0vMaxRate=400e+3HzToken10Operator:DelayNon-InterpolatingDelay=0sec=0.0smpOutput0=Delayt9Output1=Delay-dTMaxRate(Port0)=400e+3HzToken9Operator:SamplerInterpolatingRate=400e+3HzAperture=0secApertureJitter=0secMaxRate=400e+3HzToken11Operator:HoldLastValueGain=1OutRate=400e+3HzMaxRate=400e+3HzToken12Logic:BufferGateDelay=0secThreshold=0vTrueOutput=1vFalseOutput=0vRiseTime=0secFallTime=0secMaxRate=400e+3Hz〔二〕、PCM系統(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調(diào)制解調(diào)模塊：并串轉(zhuǎn)換模塊：圖符參數(shù)：編號(hào)庫/名稱參數(shù)Token0Source:SinusoidAmp=2vFreq=200HzPhase=0degOutput0=Sinet3Output1=CosineMaxRate(Port0)=400e+3HzToken1Source:SinusoidAmp=2vFreq=300HzPhase=0degOutput0=Sinet3Output1=CosineMaxRate(Port0)=400e+3HzToken2Source:SinusoidAmp=2vFreq=100HzPhase=0degOutput0=Sinet3Output1=CosineMaxRate(Port0)=400e+3HzToken3Adder:NonParametricInputsfromt0p0t1p0t2p0Outputsto46MaxRate=400e+3HzToken6m:panderA-LawMaxInput=±5MaxRate=400e+3HzToken14Source:PulseTrainAmp=1vFreq=5e+3HzPulseW=100e-6secOffset=-500e-3vPhase=0degMaxRate=400e+3HzToken8Logic:ADCTwo'splementGateDelay=0secThreshold=500e-3vTrueOutput=1vFalseOutput=0vNo.Bits=8MinInput=-5vMaxInput=5vRiseTime=0secAnalog=t6Output0Clock=t14Output0Token41m:TDMuxNo.Inputs=8TimeperInput=800e-6secTimeSlot0=t32Output0TimeSlot1=t33Output0TimeSlot2=t34Output0TimeSlot3=t35Output0TimeSlot4=t36Output0TimeSlot5=t37Output0TimeSlot6=t38Output0TimeSlot7=t39Output0MaxRate=40e+3HzToken43Operator:HoldLastValueGain=1OutRate=400e+3HzMaxRate=400e+3HzToken88Operator:DelayNon-InterpolatingDelay=700e-6sec=280.0smpOutput0=Delayt45Output1=Delay-dTMaxRate(Port0)=400e+3HzToken45m:TDDeMuxNo.Outputs=8TimeperOutput=800e-6secOutput0=TimeSlot0t44t9Output1=TimeSlot1t9Output2=TimeSlot2t9Output3=TimeSlot3t9Output4=TimeSlot4t9Output5=TimeSlot5t9Output6=TimeSlot6t9Output7=TimeSlot7t9MaxRate(Port0)=50e+3HzToken9Logic:DACTwo'splementGateDelay=0secThreshold=500e-3vNo.Bits=8MinOutput=-5vMaxOutput=5vD-0=t45Output0D-1=t45Output1D-2=t45Output2D-3=t45Output3D-4=t45Output4Token7m:DepandA-LawMaxInput=±5MaxRate=50e+3HzToken12Operator:LinearSysButterworthLowpassIIR3PolesFc=400HzQuantBits=NoneInitdtn=TransientDSPModeDisabledMaxRate=50e+3Hz五、仿真結(jié)果及分析〔一〕、2PSK調(diào)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)過調(diào)制系統(tǒng)產(chǎn)生的2PSK信號(hào)。輸入信號(hào)的功率譜：這是輸入信號(hào)的功率在各個(gè)頻率上的分量。恢復(fù)信號(hào)波形：比照發(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。恢復(fù)信號(hào)的功率譜：這是恢復(fù)信號(hào)的功率在各個(gè)頻率上的分量。輸入輸出信號(hào)的瀑布圖：比照瀑布圖，可見信號(hào)恢復(fù)良好。調(diào)制信號(hào)的波形：比照輸入信號(hào)，未調(diào)載波，2PSK波形可以發(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40KHz，所以功率只在40KHz處有分量。調(diào)制信號(hào)功率譜：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)：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：經(jīng)過帶通濾波器后的信號(hào)功率在頻率上的分量。乘法器輸出：2PSK經(jīng)過帶通濾波器后和載波相乘，輸出的波形即為通過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)過低通濾波器后的輸出信號(hào)，這個(gè)信號(hào)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：經(jīng)過低通濾波器后的輸出信號(hào)功率在頻率上的分量。未加噪聲時(shí)的眼圖：未加噪聲時(shí)的眼圖，眼睛開較大，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，眼睛開較小，質(zhì)量較差。加1V噪聲時(shí)的眼圖：加1V噪聲時(shí)的眼圖，眼睛開小，掃跡不太清晰，質(zhì)量差?！捕场CM編碼解碼系統(tǒng)輸入信號(hào)波形：這是三個(gè)頻率分別為100Hz，200Hz，300Hz的正弦載波通過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。恢復(fù)信號(hào)波形：這是經(jīng)過我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)后，恢復(fù)出來的波形?；謴?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)通過系統(tǒng)時(shí)由噪聲產(chǎn)生。輸入輸出瀑布圖：比照輸入輸出瀑布圖，輸出信號(hào)雖然有些不完美，但是在大體上恢復(fù)的很好。輸入輸出功率譜比擬：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)的功率分量根本重合，說明恢復(fù)信號(hào)良好，完成了一次成功的PCM編碼解碼。設(shè)計(jì)過程與調(diào)試過程中的摸索及心得體會(huì)〔一〕、分工以及遇到的問題在本次通信原理仿真實(shí)驗(yàn)中，我負(fù)責(zé)2PSK模擬調(diào)制解調(diào)的眼圖，PCM編碼解碼系統(tǒng)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)中遇到的問題及解決方法：1.對(duì)軟件的運(yùn)用不熟首當(dāng)其沖的肯定是對(duì)SYSTEMVIEW這個(gè)軟件不熟練的問題了，