通信原理2PSK和PCM实验

1、通信原理大作业基于SYSTEMVIE环境下2PSK模拟调制解调和PCM编码解码系统的设计与仿真学号 :XXXXXXXXXXX姓名:XXX班级： XXXXXXX2015.12.31 一、实验目的(1) 深入理解通信系统的工作原理、电路组成和信息传输特点；(2) 熟悉上述通信系统的设计方法与参数选择原则；(3) 掌握在SY STEMVIEW境中使用参数化图符模块构建通信系统模 型的设计仿真方法；(4) 熟悉系统中各信号时域波形特点；(5) 熟悉系统中各信号频域的功率谱特点。二、实验内容本实验分为两大部分内容，分别是 2PSK调制与解调、PCM编码 与解码，具体内容如下：(一) 、2PSK模拟调制解

2、调(1) 使用m序列为数字系统输入调试信号，基波速率为10KHZ(2) 采用模拟调制或数字键控实现 2PSK调制；(3) 通过相干解调完成2PSK解调，恢复初始m序列；(4) 从时域观测各信号点波形，获得接收端信号眼图；( 5)观测各信号功率谱。(二) PCM编码与解码系统：( 1 )通过不少于三个频率正弦信号叠加而成的模拟信号作为系统真实输入信号，并采用 PCM 编码方法实现模数转换；(2) 模拟输入信号转换形成的数字信号通过 2PSK调制解调系统实现数字频带传输；(3) 通过PCM解码恢复初始模拟信号；(4) 从时域重点观测模拟信号点波形；(5) 从频域重点观察模拟信号功率谱。三、实验简明

3、原理(一)、2PSK模拟调制解调实验简明原理2PSK,即二进制相移键控，用输入信号控制载波的相位随之变化， 一般情况下，用载波的” 0”表示二进制基带信号的“0”，”180” 表示二进制基带信号的“ 1”也可反过来。输入信号的形式一般为s (t )=Ean g (t - nTS),an以概率P取 “ 1” ,以1-P取“ 0” g (t) 一般是脉宽为Ts,高为1的方波(也 可取三角波等)。1、2PSK调制2PSK调制可采用模拟调制和数字键控两种方式，本实验以模拟调 制为主，调制原理如下：$0) 一 2PSA(O取极性不归零yCOSe2 psk (t )= s (t )cos wct若输入不是

4、双极性不归零波形，我们可以通过码型变化将其转换为双极性不归零波形。调制波形如下所示：(t):_;,: : :?VI0 : 11削训VW血；0 180 0 0通过观察波形，我们可以得到，当输入为“1”时，已调载波相位为0;当输入为“ 0”时，已调载波相位为180。2、2PSK解调2PSK解调一般采用相干解调法，原理如下：刚/)- BFFLPFd 抽利e fcos缈b解调时各点波形如下所示：1 n 111b rwwwwc fYYYSWYYV?ii io通过对以上波形的分析，我们可以看出，当 恢复载波相位差180。时，输出波形刚好与输入的波形相反。通过对理论的学习，我们称之为180相位模糊，可以通过

5、采用2DPSK来解决这个问题（二）、PCM调制解调系统简明实验原理1. PCM脉冲编码调制）:在发送端将低频模拟信号根据ITU-T提出G.711建议中的规则变换为数字脉冲码；在接收端从收到的数字脉冲 码中恢复出低频模拟信号。2. PCM编码包括如下三个过程：抽样：将模拟信号转换为时间离散的样本脉冲序列。量化：将离散时间连续幅度的抽样信号转换成为离散时间离散幅度的数字信号。编码：用一定位数的脉冲码表示量化采样值。PCM编码实际上是一个数模转换过程。3. PCM解码包括如下三个过程：译码：将数字PCM码变换成模拟信号，并去除编码过程中的变换， 恢复采样后信号。低通：从采样后信号恢复采样前信号形态。

6、放大：恢复原模拟信号电平。PCM解码实际上一个数模转换并对得到的模拟信号进一步处理的过程。PCM编码、解码功能框图如下:4.PCM的编码原理:抽样：需要满足低通采样定理，采样频率 8kHz量化：均匀量化时小信号量化误差大，因此采用不均匀选取量化间 隔的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小， 而在大信号时分层疏、量化间隔大。实现方法：实现非均匀量化的方法之一是把输入量化器的信号x先进行压扩处理，再把压扩得到的信号y进行均匀量化。压扩器就是 一个非线性变换电路，弱信号被扩大，强信号被压缩。压缩器的入出 关系表示为y=f(x)。常用压扩器大多采用对数式压缩，广泛采用的 两种对数压扩

7、特性是律压扩和 A律压扩。效果：改善了小信号时的量化信噪比。卩律压扩特性：城 1+)A律压扩特性：Axx压缩器归一化输入电压 y压缩器归一化输出电压A压缩器参数(A=87.6)A律压扩特性的13段折线逼近方法:具体方法是：对x轴不均匀分成8段，分段的方法是每次以二分 之一对分；对y轴在0T范围内均匀分成8段，每段间隔均为1/8。 然后把x, y各对应段的交点连接起来构成 8段直线。其中第1、2 段斜率相同（均为16），因此可视为一条直线段，故实际上只有 7根 斜率不同的折线。以上分析的是第一象限，对于双极性语音信号，在第三象限也有 对称的一组折线，也是7根，但其中靠近零点的1、2段斜率与正方

8、向的第1、2段斜率相同，又可以合并为一根，因此，正、负双向共 有13段折线。13段折线在第一象限的压扩特性如下图所示：编码：采用8位折叠二进制码，对应有 M=2=256个量化级。这需要 将13折线中的每个折线段再均匀划分16个量化级。5.PCM的解码原理:译码：包括以下两个动作，解压扩：采用一个与13段折线压扩特性相反的解压扩器来恢复 x ,I-1即 x=f (y)。D/A变换，PCM码变换成模拟信号，即恢复到发送端模拟信号刚完成采样时的信号。低通：通带要满足低通采样定理的要求。四、系统模块及图符模块参数设置(一)、2PSK调制解调系统:图中，左边为模拟调制系统，图符 23、24构成M序列发生

9、器， 图符2为相乘器，图符15为正弦载波，频率为40KHz与基波相乘 后产生2PSK信号，完成调制系统；右边为相干解调系统，图符4为相加器，图符3为带通滤波器，图符5为噪声源，图符8为低通滤波 器，图符10为延时器，图11为保持器，图符12为保持器，这三个 构成抽样判决。图符模块参数设置:编号库/名称参数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上图中，图符0、1、2为三个正弦波发生器，叠加后作为模拟信号的 输入，图符6为扩压器，图符8为AD转换器，图符14为脉冲发生器， 图符40、41构成数字信

15、号的并串转换，图符 43为保持器，图符47 为2PSK通信子系统，图符45构成数字信号的串并转换，图符 9是 DA转换，图符7为解压扩器，图符12为低通滤波器。2PSK调制解调模块:并串转换模块:图符参数:编号库/名称参数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、仿真结果及分析（一）、2PSK调制解调系统：输入信号波形：iUu-jii jiI31p-111TJm j Euffibii这是输入波形，该波形将会经过调制系统产生的 2PSK言号输入信号的功率谱:Fover Spectra o EFSEj入信号(dBm 50 ohm吕)Mixed Ra.di&0t+37&e+3100fr+3125s .Bta r-KC-fall T1.4I e对比瀑布图，可见信号恢复良好。正弦载波功率在频率上的分布，由于载波是40KHz所以功率只在调制信号的波形:对比输入信号，未调载波，2PSK波形可以发现，输入信号的“ 1”使载波相位变化0度，“0

23、”使载波变化180度，满足2PSK的调制原理。正弦载波功率谱40KHz处有分量。调制信号功率谱:Power Spectruj of 调制皮形(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药SOt+3?Se+3100312E*J1503V75e*3F爼ueh钞 in Mz (di * 2 it乘法器输出信号功率在频率上的分量。低通滤波器幅频响应:FieqiJsricj? Resporse: Gain

24、in dB vs Fr&q in He (dF = 48.SH低通滤波器，滤除频率高于1OKHz的分量低通滤波器输出:这是经过低通滤波器后的输出信号，这个信号再经过抽样判决器后便 是输出码，即我们想要的波形。低通滤波器输出功率谱:Pow*r Sp-sctrum of 低通遽疲器输出 I心m EO ohnx) Mixed. Rd:FreauerLcy in. Hi (dF = 2 H经过低通滤波器后的输出信号功率在频率上的分量。未加噪声时的眼图:Ell.*: fljft 5-idrc K? bri. 3*+Fie* f-f 弘FirJtj加1V噪声时的眼图，眼睛张开小，扫迹不太清晰，质量差（二）

25、、PCM编码解码系统输入信号波形：这是三个频率分别为100Hz, 200Hz 300Hz的正弦载波通过相加器后的输入信号波形。输入信号功率谱：输入信号功率在各个频率的分量，因为输入信号主要有100Hz 200Hz,300Hz的频率，所以在这三个频率处有分量，与波形一致。恢复信号波形：这是经过我们设计的系统后，恢复出来的波形恢复信号功率谱:恢复信号功率在各个频率的分量。 虽然有一些不相关的分量，这可能 是信号通过系统时由噪声产生。输入输出瀑布图:对比输入输出瀑布图，输出信号虽然有些不完美，但是在大体上恢复 的很好。输入输出功率谱比较:1k)!At聲 l SIdLC F-MW庄 ft4 S 4从图

26、里可以看出，在主要的频率处，输入信号和输出信号的功率分量 基本重合，说明恢复信号良好，完成了一次成功的 pcM编码解码。六、设计过程与调试过程中的摸索及心得体会 （一）、分工以及遇到的问题在本次通信原理仿真实验中，我负责2PSK莫拟调制解调的眼图， PCM编码解码系统中通信子系统的导入，数据选择器、数据分配器的 参数调整，以及输入输出信号波形、功率谱瀑布图的调出等工作。当 然，还有一位队友也负责了很多工作，在我们的共同努力下，最终完 成了整个系统的设计和仿真。 在这个过程中我收获了许多知识， 也掌 握了不少技能。以下是实验中遇到的问题及解决方法：1. 对软件的运用不熟首当其冲的肯定是对SY STEMVIEW个软件不熟练的问题了，由 于以前从未接触过这个软件， 对这个软件最基本的操作和功能都不熟 悉。后来经过查阅资料