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通原实验报告软件实验
通信原理软件实验
第31小组:
(基带频率:
20khz载波:
40khz)
三、实验原理
(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)=∑ang(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,本实验采用数字键控方式,调制原理如下:
e2PSK(t)=s(t)coswct
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.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:
⑴抽样:
将模拟信号转换为时间离散的样本脉冲序列。
⑵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。
⑶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:
⑴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。
⑵低通:
从采样后信号恢复采样前信号形态。
⑶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:
⑴抽样:
需要满足低通采样定理,采样频率8kHz
⑵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。
⑶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μ律压扩和A律压扩。
⑷效果:
改善了小信号时的量化信噪比。
μ律压扩特性:
A律压扩特性:
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)
⑸A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0~1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:
⑴译码:
包括以下两个动作,
⑵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)。
⑶D/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。
⑷低通:
通带要满足低通采样定理的要求。
四、仿真电路设计
1、2PSK模拟调制和相干解调系统仿真
各图符参数设置如下表所示:
编号
库/名称
参数
21
Comm:
PNGen
RegLen=5,Taps=[2-5],Seed=-1,Threshold=0,True=1,False=-1,MaxRate=560e+3Hz
22
Source:
PulseTrain
Amp=1v,Freq=20e+3Hz,PulseW=25e-6sec,Offset=-500e-3v,Phase=0deg,MaxRate=560e+3Hz
15
Source:
Sinusoid
Amp=1v,Freq=40e+3Hz,Phase=0deg,Output0=Sinet26t25,Output1=Cosine,MaxRate(Port0)=560e+3Hz
26
Operator:
Negate
MaxRate=560e+3Hz
25
Logic:
SPDT
SwitchDelay=0sec,Threshold=500e-3v,Input0=t26Output0,Input1=t15Output0,Control=t21Output0,MaxRate=560e+3Hz
5
Source:
GaussNoise
StdDev=0v,Mean=0v,MaxRate=560e+3Hz
4
Adder:
NonParametric
Inputsfromt25p0t5p0,Outputsto323,MaxRate=560e+3Hz
3
Operator:
LinearSys
ButterworthBandpassIIR,3Poles,LowFc=20e+3Hz,HiFc=60e+3Hz,QuantBits=None,InitCndtn=Transient,DSPModeDisabled,MaxRate=560e+3Hz
28
Source:
Sinusoid
Amp=1v,Freq=40e+3Hz,Phase=0deg,Output0=Sinet6,Output1=Cosine,MaxRate(Port0)=560e+3Hz
6
Multiplier:
NonParametric
Inputsfromt28p0t3p0,Outputsto824,MaxRate=560e+3Hz
8
Operator:
LinearSys
ButterworthLowpassIIR,3Poles,Fc=20e+3Hz,QuantBits=None,InitCndtn=Transient,DSPModeDisabled,MaxRate=560e+3Hz
10
Operator:
Delay
Non-Interpolating,Delay=0sec=0.0smp,Output0=Delayt9,Output1=Delay-dT,MaxRate(Port0)=560e+3Hz
9
Operator:
Sampler
Interpolating,Aperture=0sec,ApertureJitter=0sec,MaxRate=200e+3Hz
11
Operator:
Hold
LastValue,Gain=1,OutRate=560e+3Hz,MaxRate=560e+3Hz
12
Logic:
Buffer
GateDelay=0sec,Threshold=0v,TrueOutput=1v,FalseOutput=0v,RiseTime=0sec,FallTime=0sec,MaxRate=560e+3Hz
2、PCM编码和解码系统仿真
其中图符39为并串转换系统:
各图符参数设置如下表所示:
编号
库/名称
参数
0
Source:
Sinusoid
Amp=2v,Freq=200Hz,Phase=0deg,Output0=Sinet3,Output1=Cosine,MaxRate(Port0)=600e+3Hz
1
Source:
Sinusoid
Amp=2v,Freq=100Hz,Phase=0deg,Output0=Sinet3,Output1=Cosine,MaxRate(Port0)=600e+3Hz
2
Source:
Sinusoid
Amp=2v,Freq=300Hz,Phase=0deg,Output0=Sinet3,Output1=Cosine,MaxRate(Port0)=600e+3Hz
3
Adder:
NonParametric
Inputsfromt0p0t1p0t2p0,Outputsto46,MaxRate=600e+3Hz
6
Comm:
Compander
A-Law,MaxInput=±5,MaxRate=600e+3Hz
8
Logic:
ADC
Two'sComplement,GateDelay=0sec,Threshold=500e-3v,TrueOutput=1v,FalseOutput=0v,No.Bits=8,MinInput=-5v,MaxInput=5v,RiseTime=0sec,Analog=t6Output0,Clock=t14Output0
14
Source:
PulseTrain
Amp=1v,Freq=2.5e+3Hz,PulseW=62.5e-6sec,Offset=-500e-3v,Phase=0deg,MaxRate=600e+3Hz
39
MetaSystem:
Untitled1
NotAuto-Linked
40
Comm:
TDMux
No.Inputs=8,TimeperInput=400e-6sec,TimeSlot0=t31Output0,TimeSlot1=t32Output0,TimeSlot2=t33Output0,TimeSlot3=t34Output0,TimeSlot4=t35Output0,TimeSlot5=t36Output0,TimeSlot6=t37Output0,TimeSlot7=t38Output0,MaxRate=600e+3Hz
42
Operator:
Hold
LastValue,Gain=1,OutRate=600e+3Hz,MaxRate=600e+3Hz
68
Operator:
Delay
Non-Interpolating,Delay=350e-6sec,=210.0smp,Output0=Delayt44,Output1=Delay-dT,MaxRate(Port0)=600e+3Hz
44
Comm:
TDDeMux
No.Outputs=8,TimeperOutput=400e-6sec,Output0=TimeSlot0t43t9,Output1=TimeSlot1t9,Output2=TimeSlot2t9,Output3=TimeSlot3t9,Output4=TimeSlot4t9,Output5=TimeSlot5t9,Output6=TimeSlot6t9,Output7=TimeSlot7t9,MaxRate(Port0)=75e+3Hz
9
Logic:
DAC
Two'sComplement,GateDelay=0sec,Threshold=500e-3v,No.Bits=8,MinOutput=-5v,MaxOutput=5v,D-0=t44Output0,D-1=t44Output1,D-2=t44Output2,D-3=t44Output3,D-4=t44Output4
7
Comm:
DeCompand
A-Law,MaxInput=±5,MaxRate=75e+3Hz
12
Operator:
LinearSys
ButterworthLowpassIIR,3Poles,Fc=300Hz,QuantBits=None,InitCndtn=Transient,DSPModeDisabled,MaxRate=75e+3Hz
五、仿真结果及对应的结果数据分析
(一)2PSK系统仿真结果
1、各点时域波形
(1)输入m序列波形
(2)未调载波波形
3)模拟调制波形
(4)带通滤波器输出波形
(5)解调端乘法器输出波形
(6)低通滤波器输出波形
(7)解调输出波形
2、加入不同噪声的接收端眼图
(1)无噪时的眼图
(2)低噪时的眼图
(3)高噪声时的眼图
3、输入m序列和解调输出的瀑布图
4、各信号的功率谱图
(1)输入m序列的功率谱
(2)未调载波的功率谱
(3)2PSK信号的功率谱
(4)带通滤波器输出功率谱
(5)乘法器输出功率谱
(6)低通滤波输出功率谱
(7)解调输出信号的功率谱
5、滤波器的幅频特性曲线
(1)带通滤波器的幅频特性曲线
(2)低通滤波器的幅频特性曲线
(二)PCM编码与译码仿真结果
1、各点时域波形:
(1)输入模拟信号波形
(2)A律压扩后波形
(3)AD转换后波形
(4)2PSK调制后波形
(5)2PSK解调后波形
(6)DA转换后波形
(7)A律解压扩后波形
(8)低通滤波器输出波形
2、各信号的功率谱图
(1)输入模拟信号功率谱图
(2)输出信号功率谱
3、瀑布图:
(1)输入信号和输出信号功率谱瀑布图
(2)输入信号和输出信号瀑布图
4.滤波器的幅频特性曲线
(1)低通滤波器的幅频特性曲线
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