通信原理2PSK和PCM实验

1、通信原理大作业基于SYSTEMVIEW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：XXXXXXX 2015.12.31一、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SYSTEMVIEW环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模拟调制解调（1）使用m

2、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

3、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。3、 实验简明原理（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 ) =an 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，

4、本实验以模拟调制为主，调制原理如下： e2 PSK (t ) = s (t ) cos wct 若输入不是双极性不归零波形，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：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： 解调时各点波形如下所示： 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.PC

5、M(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。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

6、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 。律压扩特性：A律压扩

7、特性 ：x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01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

8、下图所示：编码：采用8位折叠二进制码，对应有M=28=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 ，即 x=f -1(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。4、 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

9、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 = 1 v Freq = 10e+3 Hz PulseW = 50e-6 sec Offset = -500e-3 v Phase = 0 deg Max Rate = 400e+3 HzToken 23Comm: PN GenReg Len = 5 Taps = 2- 5 Seed = -1 Threshold = 0 True = 1 False

10、 = -1 Max Rate = 400e+3 HzToken 2Multiplier: Non ParametricInputs from t23p0 t15p0 Outputs to 4 17 Max Rate = 400e+3 HzToken 15Source: SinusoidAmp = 1 v Freq = 40e+3 Hz Phase = 0 deg Output 0 = Sine t2 Output 1 = Cosine Max Rate (Port 0) = 400e+3 HzToken 18Source: SinusoidAmp = 1 v Freq = 40e+3 Hz P

11、hase = 0 deg Output 0 = Sine t6 Output 1 = Cosine Max Rate (Port 0) = 400e+3 HzToken 4Adder: Non ParametricInputs from t2p0 t5p0 Outputs to 3 Max Rate = 400e+3 HzToken 3Operator: Linear Sys Butterworth Bandpass IIR 3 Poles Low Fc = 30e+3 Hz Hi Fc = 50e+3 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = Transient D

12、SP Mode Disabled Max Rate = 400e+3 HzToken 6Multiplier: Non ParametricInputs from t18p0 t3p0 Outputs to 8 25 Max Rate = 400e+3 HzToken 8Operator: Linear SysButterworth Lowpass IIR 3 Poles Fc = 10e+3 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = Transient DSP Mode Disabled Max Rate = 400e+3 HzToken 5Source: Gaus

13、s Noise Std Dev = 0 v Mean = 0 v Max Rate = 400e+3 HzToken 10Operator: DelayNon-Interpolating Delay = 0 sec = 0.0 smp Output 0 = Delay t9 Output 1 = Delay - dT Max Rate (Port 0) = 400e+3 HzToken 9Operator: SamplerInterpolating Rate = 400e+3 Hz Aperture = 0 sec Aperture Jitter = 0 sec Max Rate = 400e

14、+3 HzToken 11Operator: HoldLast Value Gain = 1 Out Rate = 400e+3 Hz Max Rate = 400e+3 HzToken 12Logic: BufferGate Delay = 0 sec Threshold = 0 v True Output = 1 v False Output = 0 v Rise Time = 0 sec Fall Time = 0 sec Max Rate = 400e+3 Hz（二）、PCM系统：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

15、符14为脉冲发生器，图符40、41构成数字信号的并串转换，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: SinusoidAmp = 2 v Freq = 200 Hz Phase = 0 deg Output 0 = Sine t3 Output 1 = Cosine Max Rate (Port 0) = 400e+3 HzToken 1Source: SinusoidAmp = 2 v Freq = 300

16、Hz Phase = 0 deg Output 0 = Sine t3 Output 1 = Cosine Max Rate (Port 0) = 400e+3 HzToken 2Source: SinusoidAmp = 2 v Freq = 100 Hz Phase = 0 deg Output 0 = Sine t3 Output 1 = Cosine Max Rate (Port 0) = 400e+3 HzToken 3Adder: Non ParametricInputs from t0p0 t1p0 t2p0 Outputs to 4 6 Max Rate = 400e+3 Hz

17、Token 6Comm: CompanderA-Law Max Input = ±5 Max Rate = 400e+3 HzToken 14Source: Pulse TrainAmp = 1 v Freq = 5e+3 Hz PulseW = 100e-6 sec Offset = -500e-3 v Phase = 0 deg Max Rate = 400e+3 HzToken 8Logic: ADCTwo's Complement Gate Delay = 0 sec Threshold = 500e-3 v True Output = 1 v False Outpu

18、t = 0 v No. Bits = 8 Min Input = -5 v Max Input = 5 v Rise Time = 0 sec Analog = t6 Output 0 Clock = t14 Output 0Token 41Comm: TD MuxNo. Inputs = 8 Time per Input = 800e-6 sec Time Slot 0 = t32 Output 0 Time Slot 1 = t33 Output 0 Time Slot 2 = t34 Output 0 Time Slot 3 = t35 Output 0 Time Slot 4 = t3

19、6 Output 0 Time Slot 5 = t37 Output 0 Time Slot 6 = t38 Output 0 Time Slot 7 = t39 Output 0 Max Rate = 40e+3 HzToken 43Operator: HoldLast Value Gain = 1 Out Rate = 400e+3 Hz Max Rate = 400e+3 HzToken 88Operator: DelayNon-Interpolating Delay = 700e-6 sec = 280.0 smp Output 0 = Delay t45 Output 1 = De

20、lay - dT Max Rate (Port 0) = 400e+3 HzToken 45Comm: TD DeMuxNo. Outputs = 8 Time per Output = 800e-6 sec Output 0 = Time Slot 0 t44 t9 Output 1 = Time Slot 1 t9 Output 2 = Time Slot 2 t9 Output 3 = Time Slot 3 t9 Output 4 = Time Slot 4 t9 Output 5 = Time Slot 5 t9 Output 6 = Time Slot 6 t9 Output 7

21、= Time Slot 7 t9 Max Rate (Port 0) = 50e+3 HzToken 9Logic: DACTwo's Complement Gate Delay = 0 sec Threshold = 500e-3 v No. Bits = 8 Min Output = -5 v Max Output = 5 v D-0 = t45 Output 0 D-1 = t45 Output 1 D-2 = t45 Output 2 D-3 = t45 Output 3 D-4 = t45 Output 4Token 7Comm: DeCompandA-Law Max Inp

22、ut = ±5 Max Rate = 50e+3 HzToken 12Operator: Linear SysButterworth Lowpass IIR 3 Poles Fc = 400 Hz Quant Bits = None Init Cndtn = Transient DSP Mode Disabled Max Rate = 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：这是输入波形，该波形将会经过调制系统产生的2PSK信号。输入信号的功率谱：这是输入信号的功率在各个频率上的分量。恢复信号波形：对比发现，输入的信号最终在一定的延时后完成了恢复

23、，即完成了一次数字信号的传输。恢复信号的功率谱：这是恢复信号的功率在各个频率上的分量。输入输出信号的瀑布图：对比瀑布图，可见信号恢复良好。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”使载波变化180度，满足2PSK的调制原理。正弦载波功率谱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40KHz处有分量。调制信号功率谱：调制信号功率在各个频率上的分量。带通滤波器幅频响应：带通滤波器，滤除频率在30KHz和50KHz以外的成分。带通滤波器输出：带通滤波器输出波形，输出的是经过带通滤波器滤除频率在30KHz和50KHz后的

24、波形。带通滤波器输出的功率谱：经过带通滤波器后的信号功率在频率上的分量。乘法器输出：2PSK经过带通滤波器后和载波相乘，输出的波形即为通过抽样判决器之前的波形，符合预期。乘法器输出功率谱：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：低通滤波器，滤除频率高于10KHz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：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：未加噪声时的眼图，眼睛张开较大，质量较好。加0.5V噪声时的眼图：加0.5V噪声时的眼图，眼睛张开较小，质量较差。加1V噪声时

25、的眼图：加1V噪声时的眼图，眼睛张开小，扫迹不太清晰，质量差。（二）、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：

26、从图里可以看出，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。6、 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模拟调制解调的眼图，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SYSTEMVIEW这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