通原仿真实验(2)重点

1、 通原软件仿真实验报告 姓 名 叶荣燊 学 号 01123022班 级 1301031班 组 别 第 组 日 期 2016-12-25 系统仿真 2PSK的模拟调制，PCM编码 参数：码速率12kbit/s,载波频率24kHz 1、 实验目的 （1）熟悉数字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）掌握使用参数化图符模块构建通信系统模型的设计方法； （4）熟悉各信号时域波形特点； （5）熟悉各信号频域的功率谱特点。2、 实验内容实验内容（一）（1）使用m序列为数字系统输入调试信号，采用正弦载波，码速率为12kbit/s，载波速率为码速

2、率的2倍；（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，获得初始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；（6）完成串并及并串转换模块设计；实验内容（二）（7）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编码方法实现数模转换；（8）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；（9）通过PCM解码恢复初始模拟信号；（10）从时域重点观测模拟信号点波形；（11）从频域重点观察模拟信号功率谱。3、 实验原理二进制移相键控（2PSK） 在2PSK中，通常用初始相位0

3、和分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为： 在2psk调制中，an应选择双极性，即 若g（t）是脉宽为TS，高度为1的矩形脉冲是，则有 当发送二进制符号1时，已调信号S2PSK（t）取相位，当发送二进制符号0时，已调信号S2PSK（t）取相位。若用n表示第n个符号的绝对相位，则有 这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制（绝对）相移方式。 典型信号波形如下图： 2PSK信号的调制器原理方框图： 模拟调制方法 键控法 2PSK信号的解调器（相干解调）原理方框图及波形图： PCM的基本原理 PCM（脉冲编码调制）：在发送端将低频模拟信号根据规则

4、变换成数字脉冲码；在接收端从收到的数字脉冲码中恢复出低频模拟信号。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。需要满足低通采样定理，采样频率为8kHz。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。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。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。采用8位折叠二进制码，对应有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。 在A律13折线编码中，正负方

5、向共16个段落，在每一个段落内有16个均匀分布的量化电平，因此总的量化电平数256L。编码位数8N，每个样值用8比特代码1C8C来表示，分为三部分。第一位1C为极性码，用1和0分别表示信号的正、负极性。第二到第四位码432CCC为段落码，表示信号绝对值处于那个段落，3位码可表示8个段落，代表了8个段落的起始电平值。上述编码方法是把非线性压缩、均匀量化、编码结合为一体的方法。在上述方法中，虽然各段内的16个量化级是均匀的，但因段落长度不等，故不同段落间的量化间隔是不同的。当输入信号小时，段落小，量化级间隔小；当输入信号大时，段落大，量化级间隔大。第一、二段最短，归一化长度为128/1，再将它等分

6、16段，每一小段长度为2048/1，这就是最小的量化级间隔。根据13折线的定义，以最小的量化级间隔为最小计量单位，可以计算出13折线A律每个量化段的电平范围、起始电平Isi、段内码对应电平、各段落内量化间隔。 13段折线在第一象限的压扩特性如下图所示：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。包括两个动作：解压扩和D/A变换。低通：从采样后信号恢复采样前信号形态。通带要满足低通采样定理的要求。放大：恢复原模拟信号电平。PCM解码实际上是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：实验方案通信模拟信号

7、的数字传输通信系统的组成框图如下图。系统输入的模拟随机信号m(t),经过该通信系统后要较好地得到恢复。 模拟随机信号 数字随机序列 数字随机序列 模拟随机信号推荐实验方案 推荐的模拟信号数字频带传输通信系统的组成框图如下图。通过PCM方式完成数模与模数变换，采用2/BPSK调制方式完成基本数字频带传输。 并/串4、 系统模型及图符模块参数设置实验内容（一）系统模型和图符模块参数设置：（1）系统模型： （2）图符模块参数设置： Token1：伪随机序列（PN码），参数: Amplitude=1v, Offset=1v, Rate=12kHz,Phase=0, No.of.Level=2; Tok

8、en2,6:加法器； Token3:阶跃函数，参数:Amplitude=-1v,Offset=0v; Token5,12:乘法器； Token10,20:正弦载波信号源，参数：Amplitude=1v， Frequency=24kHz,Phase=0; Token7:高斯噪声源，参数：Std Deviation=0.5v,Mean=0v; Token11:模拟带通滤波器，参数：Butterworth Bandpass IIR, Low Cuttoff=12kHz,Hi Cuttoff=36kHz; Token13:模拟低通滤波器，参数：Butterworth Lowpass IIR, Low

9、Cuttoff=13kHz; Token14:比较器，参数：Select Comparison a>b,True Output=1v,Fslae Output=0v; Token15:阶跃函数，参数:Amplitude=1v,Offset=0v,; Token16:采样器，参数：Sample Rate=24kHz; Token17：保持器，参数：Hold Value Last Sample,Gain=1; Token19：延迟器,参数:Delay Type Non-Interpolating,Delay=50e-6; Token0,4,18,21,22,23：信宿接收分析器。 实验内容（

10、二）系统模型和图符模块参数设置：（1）系统模型： （2）图符模块参数设置： Token0:正弦载波信号源，参数：Amplitude=2v， Frequency=500Hz,Phase=0; Token1:正弦载波信号源，参数：Amplitude=2v， Frequency=750Hz,Phase=0; Token2:正弦载波信号源，参数：Amplitude=2v， Frequency=1000Hz,Phase=0; Token6:压扩器，参数:Compander Type A-Law,Max Input=(+-)5v; Token7:解压扩器，参数:Compander Type A-Law,M

11、ax Input=(+-)5v; Token8:模数转换器ADC，参数:Gate Delay=0s,False Output=0v,Max Input =5v,Threshold=500e-3v,No.Bits=8,True Output=1v,Min Input=-5v; Token9:数模转换器DAC，参数：Gate Delay=0s,Min Output=-5v; Threshold=500e-3v,Max Output =5v,No.Bits=8; Token14:脉冲串，参数：Amplitude=1v， Frequency = 1500Hz,Phase=0,Offset = -500

12、e-3; Token15:实时显示器； Token40:子系统，每个采样器的采样频率都为45kHz; Token68:FFT变换； Token4,5,10,11,13,42,44,52,60,61,64,65,67,69,70：信宿接收分析器。5、 仿真结果及对应的结果数据分析实验内容（一）2PSK调制解调系统仿真结果如下：调制信号为PN序列，码速率Rb=12kbit/s,正弦载波的频率为24kHz。系统定时：起始时间0秒，终止时间2.49722e-3秒，采样点数900，采样频率360e+3，获得的仿真波形如下图所示： （1）时域波形单极性PN序列：双极性PN序列： 载波信号：已调信号：带通滤

13、波器输出：低通滤波器输出：解调信号： 波形对比中可以发现，序列中的“1”使已调信号的相位发生0变化，序列中的“0”使已调信号的相位发生变化。（2） 频谱图带通滤波器输出的谱：低通滤波器输出的谱：单极性PN序列的基带谱：已调信号的功率谱： 由单极性PN序列的基带谱可知，基带信号的大部分能量落在第一个零点（12kHz）的频率范围之内，即基带带宽为12kHz。由已调信号的功率谱可知，已调信号的频谱为2PSK信号，因为调制信号为双极性不归零脉冲，用双极性不归零码对载波进行相乘的调制，可以达到抑制载波的目的，即已调信号的频谱中，只有载波位置，没有载波分量，频带宽度为24kHz。（3）对比图（4） 眼图

14、由不同信噪比下的眼图可以看到，随着信噪比的增加，眼图质量越来越好。（5） 滤波器的幅频特性曲线 带通滤波器的幅频特性曲线 带通滤波器的单位冲激响应 低通滤波器的幅频特性曲线低通滤波器的单位冲激响应 实验内容（二）PCM编码 模拟信号是由三个频率分别为500Hz,750Hz,1000Hz的正弦信号相加而成。系统定时：起始时间0秒，终止时间2.49722e-3秒，采样点数900，采样频率360e+3，获得的仿真波形如下图所示：（1）时域波形 三个正弦信号相加而成的模拟信号 经压扩器后的输出 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。 串/并转换后经低通

15、滤波器的输出 PCM解码后输出（2）对比图 经2PSK后与PCM解码后的波形对比 由以上图可以发现，PCM编码的过程中，译码输出的波形具有一定的延时，其波形基本上不失真的在接收端得到恢复。 （3）频谱图 模拟信号的频谱图经PCM解码后的频谱图（4）眼图 2PSK调制后的眼图6、 设计过程与调试过程中的摸索及心得体会 实验一开始的时候，无从下手，根本弄不懂实验目的是什么，经过几次答疑，基本上弄明白了实验的目的，实验过程中遇到了各种问题，比如说各种图符参数的设置，瀑布图、眼图、功率谱各种图形的分析、研究在理论知识2PSK的基础上，慢慢的弄懂各种图符的作用。最后借助老师提供的系统模型，在运用模拟调制

16、的条件下，弄明白了2PSK的调制解调系统。 对照老师提供的系统模型，最终把这个实验分为两大模块：将一个模拟信号经过A律压扩转换成数字信号进行传输并在接收端进行A律扩压恢复成模拟信号，将量化后的数字信号进行2PSK调制在有噪声中的信道中传输。对照老师提供的实验结果案例，把各种图符的参数设置正确，比如模拟带通滤波器的参数。调试过程中出现的很多问题，往往都是参数的设置问题。图符连接正确后，运行，一开始出现的点波形非常的少，于是增大采样点数或增大终止时间，得出的图形与原理图形相符。对怎么使用眼图和瀑布图摸索了很久，不得其法，最后还是通过询问他人才解决的。而眼图的观察参数一定要设置正确，要不然无法观测到清晰的眼图。通过此次实验深刻的明白，我所学的理论知识掌握得并不好，很多知识了解得不够深入，而且理论与实际并不能很好的结合在一起，遇到实际上的问题，不会运用理论知识去解答，自己的实验动手能力也有待加强。对于实验，更多的是通过自己的课余时间去学习掌握更多的知识，而不能拘泥于