基于System View的PCM编码以及2DPSK的调制解调

1、洛 阳 理 工 学 院课 程 设 计 报 告 课程名称 通信原理 设计题目 模拟信号PCM系统的实现与测试 专 业 通信工程 班 级 B100510 学 号 B10051001 姓 名 闫慧芳 完成日期 2013/1/1 课 程 设 计 任 务 书设计题目： 模拟信号PCM系统的实现与测试 设计内容与要求：设计内容：1.将Freq = 400 Hz的模拟信号通过A律压扩编码，并转换成8位串行数据发送；2.信道中混有高斯噪声；3.接收信号转换成7位并行数据，并A律压扩译码，再恢复成8位并行数据，生成新的模拟信号；设计要求：1.独立完成语音信号PCM系统；2.通过短时测试仿真系统；3.分析A律编码

2、前后模拟信号频谱的变化。 指导教师： 刘庆伟 2012年12月16日课 程 设 计 评 语 成绩： 指导教师：_ 年 月 日洛 阳 理 工 学 院 课 程 设 计 报 告一PCM系统原理1.1 .脉冲编码调制通常把从模拟信号抽样、量化，直到变换成二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制（Pulse Code Modulation PCM）,简称脉码调制。原理框图如图1-1所示：抽样保持量化器编码器 模拟信号输入 PCM信号 输出 冲激脉冲图1-1 PCM编码方框图1.2 .编码过程由冲激脉冲对模拟信号进行抽样，抽样信号虽然是时间轴上离散的信号，但仍是模拟信号。为了实现以数字码表示样值必须采用“四

3、舍五入”的方法将抽样值量化为整数，量化后的抽样信号与量化前的抽样信号相比较，有所失真且不再是模拟信号，这种量化失真在接收端还原成模拟信号时表现为噪声，称为量化噪声。量化噪声的大小取决于把样值分级“取整”的方式，分的级数越多，即量化级差或间隔越小，量化噪声也越小。在量化之前通常用保持电路将其作短暂保存，以便电路有时间对其进行量化。然后在图1-1中的编码器中进行二进制编码。这样，每个二进制码组就代表了一个量化后的信号抽样值，即完成了PCM编码的过程。译码过程与编码过程相反。如图1-2所示。PCM信号输入译码器低通滤波器模拟信号输出图1-2 PCM译码原理图1.3 2DPSK调制和解调1.3.1 2

4、DPSK调制2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。假设前后相邻码元的载波相位差为Dj，可定义一种数字信息与Dj之间的关系为=0 表示数字信息“0“ 表示数字信息“1”2DPSK信号调制过程波形如图1-3所示1 1 1 1 0 1 1 0 11 0 0 0 1 1 0 1 1 绝对码相对码载波2DPSK信号图 1-3 2DPSK信号调制过程波形图 可以看出，2DPSK信号的实现方法可以采用：首先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示二进制信息，然后再进行绝对调相，从而产生二进制差分相位键控信号。2DPSK信号调制器原理图如图1-4所示

5、。图1-4 2DPSK信号调制器原理图其中码变换即差分编码器如图1-5所示。在差分编码器中：an为二进制绝对码序列，dn为差分编码序列。bnan+tt图1-5 差分编码器1.3.2 2DPSK的解调 2DPSK的差分相干解调原理框图如图1-6所示：e2DPSK(t)带通滤波器相乘器延迟TS低通滤波器抽样判决器输出定时脉冲图1-6 2DPSK差分相干解调原理框图二SystemView介绍System View 是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到一般的系统数学模型建立等各个领域，System View 在友好而且功能齐全

6、的窗口环境下，为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。System View是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块(Token)描述程序。利用System View，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进行系统设计时，只需从System View配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。各种库简介如下：基本库SystemView的基本库包括信源库、算子库

7、、函数库、信号接收器库等，它为该系统仿真提供了最基本的工具。SystemView为我们提供了16种信号源，可以用它来产生任意信号功能强大的算子库多达31种算子，可以满足您所有运算的要求32种函数尽显函数库的强大库容！12种信号接收方式任你挑选，要做任何分析都难不倒它扩展功能库扩展功能库提供可选择的能够增加核心库功能的用于特殊应用的库。它允许通信、DSP、射频/模拟和逻辑应用。包含有大量的通信系统模块的通信库，是快速设计和仿真现代通信系统的有力工具。这些模块从纠错编码、调制解调、到各种信道模型一应俱全。DSP库能够在你将要运行DSP芯片上仿真DSP系统。该库支持大多DSP芯片的算法模式。例如乘法

8、器、加法器、除法器和反相器的图标代表真正的DSP算法操作符。还包括高级处理工具：混合的Radix FFT、FIR和IIR滤波器以及块传输等。 逻辑运算自然离不开逻辑库了，它包括象与非门这样的通用器件的图标、74系列器件功能图标及用户自己的图标等。射频/模拟库支持用于射频设计的关键的电子组件，例如：混合器、放大器和功率分配器等。 扩展用户库扩展的用户库包括有Elanix公司自己提供的扩展通信库2、IS95/CDMA、数字视频广播DVB。另外其合作伙伴Entegra公司也提供了自适应滤波器库(http:/www.entegra.co.uk)。有能力的读者也可自己用C/C+语言自编所需的库，后加入即

9、可。三PCM系统的设计与仿真3.1整个系统分析.本设计完成一次模拟信号传输的过程，主要分为三个模块：将模拟信号通过A律扩压进行PCM编码，并转换成8位串行数据进行发送；对PCM信号进行2DPSK调制解调并在有噪声的信道中传输；在接收方将接收到的信号转换成7位并行数据并通过A律扩压恢复成8位并行数据生成新的模拟信号。系统框图如图3-1所示：图3-1 传输系统原理框图3.2 PCM编码器模块3.2.1 模块说明PCM编码器模块主要由信号源（图符36）、瞬时压缩器（图符20）、AD转换器(图符21)、并串转换器（图符23）、输出端子（图符26）构成，实现模型如图3-2所示：图3-2 PCM编码仿真图

10、瞬时压缩器（图符20）采用A律压缩，是非均匀压缩，经过AD转换器（图符21）完成采样和量化，经过并串转换器（图符23）将8位并行数据准换成串行数据通过图符26输出PCM编码信号。图符22是AD转换器（图符21）的采样脉冲，图符24、25、38分别是并串转换器（图符23）的选择控制端，使其将8位数据依次输出。图3-2中图符参数如表3-1所示：表3-1 PCM编码器模块仿真模型图符参数表图符号库：图符名称改变的参数设置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 编码组件实现功能（1）瞬时压缩器：瞬时压缩器（图符20）使用了我国现采用的A律压缩，在扩压是也要用A律扩压，对比压缩前后时域信号可以明显看出小信号被放大，大信号被压缩，从而提高了小信号的信噪比。效果如图3-3和3-4所示：图3-3 压缩前图3-4 压缩后 （2）AD转换器：

12、完成经过瞬时压缩后的信号再在这里再次均匀量化经逐次比较将每个量化值编成8位并行输出的数据代码，形成PCM编码。（3）数据选择器： 图符23是带使能端的8路数据选择器，功能和74151相同。用图符24、25、38表示的脉冲信号进行数据选择，这三个脉冲频率分别是量化频率的1、2、4倍，形成8个脉冲组合，将8位并行数据转换成串行数据输出，完成PCM编码的输出，进入调制阶段。输出的PCM编码如图3-5所示：图3-5 PCM编码3.3 PCM译码器模块3.3.1 模块说明 本模块由串并转换器（图符27）、数据锁存器（图符28）、DA转换器（图符33）、瞬时扩压器（图符32）、低通滤波器（图符35）、脉冲

13、控制（图符29、30、31）、输出端子（图符34）构成，如图3-6所示：图3-6 PCM译码仿真图从信道接收端解调出来的数字信号经过串并转换器（图符27）转换成8位并行数据输出，经过数据锁存器（图符28）将数据送入DA转换器（图符33）完成数模转换在经A律扩压，从低通滤波器输入新的模拟信号。图3-6中图符参数如表3-2所示：表3-2 PCM译码器模块仿真模型图符参数表图符号库：图符名称改变的参数设置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 编码组件实现功能 （1）串并转换器：功能和74164相同，是一个移位寄存器将串行数据转换成8位并行数据输出。有两个通道进行相与输入，本设计采用A通道输入，B通道设为1，用图符30的脉冲信号控制移位速度，Freq = 400 Hz。 （2）数据锁存器：功能和74LS37

15、3、74LS573相同，是一个数据锁存器，将8位数据锁存起来，在需要的时候输出，以至输出不会混乱。用图符31所示脉冲信号控制输出允许信号，Freq = 3200 Hz。（3）DA转换器：将数字信号转换成模拟信号。（4）瞬时扩压器：由于编码采用A律压缩，所以在译码是也采用A律扩压。（5）低通滤波器：采用3阶切比雪夫滤波器，具有在通带内等波纹、阻带内单调的特性，Fc = 100 Hz，原始输入信号频率也是100Hz.3.4 2DPSK的调制和解调模块3.4.1 2DPSK调制模块本模块由异或运算符（图符1）、延时器（图符2）、载波（图符0）、单刀双掷开关（图符4）、相反器（图符5）构成，如图3-7

16、所示。图中各图符参数如表3-3所示。图3-7 2DPSK调制仿真图表3-3 2DPSK调制仿真模型图符参数表图符号库：图符名称改变的参数设置0Source: SinusoidFreq = 400 Hz1Logic: XORFreq=20Hz2Operator: DelayDelay = 250e-6 sec3Sink：Analysis4Logic: SPDT5Operator: Negate6Sink：Analysis3.4.2 2DPSK调制组件实现功能（1）异或运算符（图符1）和延时器（图符2）共同完成由绝对码到相对码的转换过程。（2）载波（图符0）、单刀双掷开关（图符4）、相反器（图符5

17、）完成2DPSK的调制。3.4.3 2DPSK解调模块本模块由经过信道出来的信号、相乘器（图符7）、延时器（图符8）、低通滤波器（图符11）、采样器（图符14）、保持器（图符15）、定时脉冲（图符16）、判决器（图符17）以及输出端子（图符9、10、12、13、43）构成，仿真图形如图3-8所示，各种图符参数如表3-4所示。图3-8 2DPSK差分相干解调仿真图表3-4 2DPSK差分相干解调仿真模型图符参数表图符号库：图符名称改变的参数设置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解调调制波形图 （a）绝对码（b）相对码（c） 调制信号（d）解调调制瀑布图（e）原始信号（f）输出信号四仿真结果与分析 A律压缩前后时域和频谱瀑布图分别如图4-1、4-2所示：图4-1 时域瀑布图图4-2 频谱瀑布图五设计心得刚拿到设计题目感到毫无头绪，无从下手，之前也没接触过Systm View这个软件，深刻感到课设任务的艰巨，尽管这样但还是得做完这个课设。我们在第一天做了几个简单的传输系统慢慢熟悉了这个软件，在第二天就开始着手分析本次课设要求，