基于SystemView的PCM编码以及2DPSK的调制解调.docx
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基于SystemView的PCM编码以及2DPSK的调制解调
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=400Hz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
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(PulseCodeModulationPCM),简称脉码调制。
原理框图如图1-1所示:
模拟信号输入PCM信号输出
冲激脉冲
图1-1PCM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。
图1-2PCM译码原理图
1.32DPSK调制和解调
1.3.12DPSK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,可定义一种数字信息与之间的关系为
2DPSK信号调制过程波形如图1-3所示
绝对码
相对码
载波
2DPSK信号
图1-32DPSK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。
图1-42DPSK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。
bn
an
图1-5差分编码器
1.3.22DPSK的解调
2DPSK的差分相干解调原理框图如图1-6所示:
图1-62DPSK差分相干解调原理框图
二.SystemView介绍
SystemView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,SystemView在友好而且功能齐全的窗口环境下,为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。
SystemView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SystemView,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SystemView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、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RadixFFT、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
3.2PCM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)、A\D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3-2PCM编码仿真图
瞬时压缩器(图符20)采用A律压缩,是非均匀压缩,经过A\D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A\D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3-1PCM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
36
Source:
Sinusoid
Freq=100Hz
20
Comm:
Compander
A-Law
21
Logic:
ADC
No.Bits=8
22
Source:
PulseTrain
Freq=400Hz
23
Logic:
Mux-D-8
24
Source:
PulseTrain
Freq=800Hz
25
Source:
PulseTrain
Freq=1.6e+3Hz
26
Sink:
Analysis
38
Source:
PulseTrain
Freq=400Hz
3.2.2PCM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)A\D转换器:
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3-5PCM编码
3.3PCM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)、D\A转换器(图符33)、瞬时扩压器(图符32)、低通滤波器(图符35)、脉冲控制(图符29、30、31)、输出端子(图符34)构成,如图3-6所示:
图3-6PCM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D\A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3-2PCM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
27
Logic:
Shft-8in
28
Logic:
Latch-8T
29
Source:
StepFct
30
Source:
PulseTrain
Freq=400Hz
31
Source:
PulseTrain
Freq=3200Hz
32
Comm:
DeCompand
A-Law
33
Logic:
DAC
34
Sink:
SystemView
35
Operator:
LinearSys
ButterworthLowpassIIR3Poles
Fc=100Hz
44
Sink:
SystemView
3.3.2PCM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=400Hz。
(2)数据锁存器:
功能和74LS373、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=3200Hz。
(3)D\A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=100Hz,原始输入信号频率也是100Hz.
3.42DPSK的调制和解调模块
3.4.12DPSK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所示。
图中各图符参数如表3-3所示。
图3-72DPSK调制仿真图
表3-32DPSK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
0
Source:
Sinusoid
Freq=400Hz
1
Logic:
XOR
Freq=20Hz
2
Operator:
Delay
Delay=250e-6sec
3
Sink:
Analysis
4
Logic:
SPDT
5
Operator:
Negate
6
Sink:
Analysis
3.4.22DPSK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)完成2DPSK的调制。
3.4.32DPSK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3-82DPSK差分相干解调仿真图
表3-42DPSK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
7
Multiplier:
Nonarametric
8
Operator:
Delay
Delay=2.5e-3sec
9
Sink:
Analysis
10
Sink:
Analysis
11
Operator:
LinearSys
ButterworthLowpassIIR3Poles
Fc=400Hz
12
Sink:
Analysis
13
Sink:
Analysis
14
Operator:
Sampler
Rate=2e+3Hz
15
Operator:
Hold
16
Source:
StepFct
17
Operator:
Compare
Comparison='>='
TrueOutput=-1v
FalseOutput=1v
41
Adder:
NonParametric
42
Source:
GaussNoise
StdDev=1e-3v
Mean=0v
43
Sink:
Analysis
3.52DPSK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SystmView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,最终将它分成两大模块:
将一个模拟信号经过A律压缩装换成数字信号进行传输并在接受端进行A律扩压恢复成模拟信号,将量化后的数字信号进行2DPSK调制在有噪声中的信道中传输。
确定思路后就开始着手一块一块做,和同学们经过四天的探讨终于将这个课设做好了,最终进行了课设答辩。
经过这次课程设计,我对A律压缩,串并转换以及二进制的差分相移调制及解调有了更深刻的认识,课本上的理论知识它知识理论在实际做系统过程中每个细节都要考虑到,包括抽样频率、延时时间、抽样判决以及低通带通滤波器的频率设置都需要综合考虑系统的各个参数,包括系统时钟设置。
经过这次课设让我明白了,做任何事都不要怕,每件事在开始的时候都会出现各种问题,但只要我们坐下来认真分析静下心做就一定会解决的。
在这次课设里,真的非常感谢刘老师对我的帮助,在我无法解决时刘老师总是那么耐心的帮我分析问题引导我解决,还有亲爱的同学们,我们互相讨论疑难点共同进步,这次课设真的让我学到了很多东西。
六.参考资料
[1]樊昌信,曹丽娜.通信原理(第六版)[M].北京:
国防工业出版社,2006.
[2]张辉,曹丽娜.通信原理学习指导[M].西安电子科技大学大学出版社,2001
[3]南利平.通信原理简明教程[M].清华大学出版社,2007
[4]XX文库.基于Systemview的PCM编码[EB/OL].
[5]汪英,杨喜,张勇.低通信号的采样与重建及其SystemView仿真[J].现代电子技术,2006,29(14),130-133.
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- 关 键 词:
- 基于 SystemView PCM 编码 以及 DPSK 调制 解调