PCM+2PSK系统systemview仿真

1、PCM 和 2PSK系统设计综合实验 、实验目的 （1） 利用 PCM、2PSK 技术构建一个通信系统， 深入理解系统的工作原理、 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 （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； （2） 采用 PCM 编码方法实现模数转换，模拟输入信号转换形成数字信号； （3） 通过 2PSK 调制； （4） 叠

2、加上高斯白噪声，通过信道实现数字频带传输； （5） 通过相干解调完成 2PSK 解调； （6） 通过 PCM 解码恢复初始模拟信号； 从时域观测各信号点波形； 获得接收端信号眼图；从频域观察各信号功率谱；绘制误码率曲线。 三、 实验原理 （一） PCM 调制解调原理 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。 图 1 PCM 系统原理图 1、PCM 编码 实际上是一个数模转换过程。包括如下三个过程： （1） 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，

3、采样频率 8kHz。 （2） 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。效果：改善了小信号时的量化信噪比 。 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。 A 律压扩特性：

4、 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： 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

5、一根，因此，正、负双向共有 13 段折线。 （ 3）编码：用一定位数的脉冲码表示量化采样值。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。 2、 PCM 译码 （ 1）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。 （2）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。

6、（ 3）放大：恢复原模拟信号电平。 （二） 2PSK 调制解调原理 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 ） =Ean 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，调制原理如下： e2 PSK （t ） = s （t ） cos w ct 若输入

7、不是双极性不归零波形，可以通过码型变化将其转换为双极性不归零波形。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。 当恢复载波相位差 180时，输出波形刚好与输入的波形相反，称之为 180相位模糊，可以通过采用 2DPSK 来解决这个问题。 四、系统模块及图符模块参数设置 （一） PCM ： 信源（子系统 12）三个正弦波发生器，叠加后作为模拟信号的输入； 7、8、9: sin,幅度为 1,频率分别为 50、100、150Hz，相位为 0; 11: Meta Out，从 10 输入，从 3 和 20

8、 输出； 图 2 信源模块 编码 信号经过低通滤波器 （图符 20）完成信号频带过滤，由于 PCM 量化采用非均匀量化，还要使用瞬时压缩器 实现 A 律压缩后再进行均匀量化， A/D 转换器（图符 13）完成采样及量化，由于 A/D 转换器的输出是并行 数据，必须通过数据选择器（图符 15）完成并/串转换成串行数据，输出 PCM 编码信号。 （1） 低通滤波器 20:为实现信号的语音频率特性，考虑到滤波器在通带和阻带之间的过渡，采用了低 通滤波器，而没有设计带通滤波器。为实现信号在 300Hz 3400Hz 的语音频带内，在这里采用了一个阶数 为 3 阶的切比雪夫滤波器，其具有在通带内等波纹、

9、阻带内单调的特性。 （2） 瞬时压缩器 21:使用了我国现采用 A 律压缩，注意在译码时扩张器也应采用 A 律解压。对比压缩 前后时域信号，明显看到对数压缩时小信号明显放大，而大信号被压缩，从而提高了小信号的信噪比，这 样可以使用较少位数的量化满足语音传输的需要。 （3） A/D 转换器 13:完成经过瞬时压缩后信号时间及幅度的离散，通常认为语音的频带在 300Hz 3400Hz，根据低通采样定理，采样频率应大于信号最高频率两倍以上，在这里 A/D 的采样频率为 8Hz 即可 满足，均匀量化电平数为 256 级量化，编码用 8bit 表示，其中第一位为极性表示，这样产生了 64kbit/s 的

10、语 音压缩编码。 （4） 数据选择器：图符 15 为带使能端的 8 路数据选择器，与 74151 功能相同，在这里完成 A/D 转换后 的数据的并/串转换，图符 16、17、18 为选择控制端，在这里控制轮流输出并行数据为串行数据。通过数据 选择器还可以实现码速转换功能。 译码 （1） D/A 转换器（图符 0）:用来实现与 A/D 转换相反的过程，实现数字量转化为模拟量，从而达到译码最 基本的要求，也就是最起码要有步骤。图 3 编码模块 图 4 译码模块 （2） 瞬时扩张器（图符 6）:实现与瞬时压缩器相反的功能，由于采用 A 律压缩，扩张也必须采用 A 律瞬时扩张器。 （3） 低通滤波器（

11、图符 2）:由于采样脉冲不可能是理想冲激函数会引入孔径失真，量化时也会带来量 化噪声，及信号再生时引入的定时抖动失真，需要对再生信号进行幅度及相位的补偿，同时滤除高频分量， 在这里使用与编码模块中相同的低通滤波器。 MB* K f .1 * i _ 匸 : _ _ _ _ _ i_ _ _ _ _ :H阖嚙 虧 .J dc : WRu 宙*H H 鬥I罔fcB B 0 图 5 PCM 编码与译码仿真框图 符号 名称 参数设置 12 子系统 7 Si nu soid Amp = 1 v ， Freq = 1e+3 Hz ， Phase = 0 deg, Output 0 = Sine t4 ，O

12、utput 1 = Cosine 8 Si nu soid Amp = 1 v， Freq = 1.5e+3 Hz， Phase = 0 deg, Output 0 = Sine t4 ，Output 1 = Cosine 9 Si nu soid Amp = 1 v， Freq = 500 Hz， Phase = 0 deg， Output 0 = Sine t4 ，Output 1 = Cosine 10 Adder In puts from 7 8 9， Outputs to 11 11 Meta Out In put from10 Output to 3 20 34 5 14 19 A

13、n alysis 13 Logic: ADC Twos Complement，Gate Delay = 0 sec，Threshold = 500e-3 v， True Output = 1 v，False Output = 0 v，No. Bits = 8 ，Min In put = -2.5 v ， Max In put = 2.5 v ，Rise Time = 0 sec，An alog = t21 Output 0， Clock =t1 Output 0 0 Logic: DAC Twos Complement，Gate Delay = 0 sec，Threshold = 500e-3

14、 No. Bits =8 ， Min Output = -2.5 v ， Max Output = 2.5 v， D-0 = t13 Output 0，D-1 = t13 Output 1，D-2 = t13 Output 2， D-3 = t13 Output 3， D-4 = t13 Output 4 2 20 Operator:L in ear Sys Butterworth Lowpass IIR 3 Poles， Fc = 1.8e+3 Hz， Qua nt Bits = None Init Cndtn = Transient ， DSP Mode Disabled 1 18 Sou

15、rce: Pulse Train Amp = 1 v， Freq = 10e+3 Hz PulseW = 20.e-6 sec， Offset = 0 v， Phase = 0 deg 21 Comm: DeCompa nd A-Law， Max In put = 2. 6 Comm: Compa nder A-Law， Max In put = 2. 16 Source: Pulse Train Amp = 1 v， Freq = 30e+3 Hz， PulseW = 20.e-6 sec Offset = 0 v， Phase = 0 deg 17 Source: Pulse Train

16、Amp = 1 v， Freq = 20e+3 Hz， PulseW = 20.e-6 sec Offset = 0 v， Phase = 0 deg 15 Logic: Mux-D-8 Gate Delay = 0 sec，Threshold = 500.e-3 v True Output = 1 v， False Output = 0 （二） 2PSK 调制解调: 图 6 2psk 仿真框图 设置系统运行时间：2 秒；采样频率 20000Hz。循环运算次数：No of Loops=5。 Token87:信号源发生器 一 PN 码序列 Token 101、102:采样器 （频率=50 赫兹）

17、 Toke n104 :数字延迟器 （延迟=1Sample） Token18，23：信号源发生器 一载波，正弦信号 （频率=1000 赫兹，幅度=1V，相位=0） Toke n24 :高斯白噪声 （功率密度） Toke n103:放大器 Token22 :模拟低通滤波器 截止频率：225Hz，3 阶 IIR ； Toke n3 8:误码率图标（Trails=1） Toke n43 :终值显示符 Source PN Seq Amp=1v. Offset= Ov. Rale=50bz. Level=2 Source Sinusoid Afnp=1ur Fr&c=1 OOOHIz, Phas

18、e= 0 dg Source Gauss Noise Pwr De nsity=O1 OOTW/HZj MBan=Os System=50 ohms Op&falur Gain Gain Unil=dB Puwor, Gain30dB Oparaior Linear Sys Bjtterworth, Lowpss HR 5 Poles, Fc=200Hz Operator Sample Interpolating, Rate=50Hz Gomm BER Rate NQ,Trials3 bits Tnr&shoid=(XrP Offset 1 Sec Optsratur Smpl

19、 Delay Fill Ladt rt：(j Isler Delay-1 sainpleti Oparator Sampler Interpolating, Rato=E0Hz Sink Final Value -显示图罚块） Faction Cmlly Avg Galn=1 （果积平均图的获1 Sink Analysis -（即寮豊加的高所轉丙輻復循坏旳慣度喪优） 一些特殊元件的选取方法： a. 误码率图标 38 在 SystemView 软件中，使用 通信库”中的 BER 元件来求误码率。BER 元件的选取步骤为：在系统设计窗 中拖出通信库图标后双击该图标，弹出如图所示对话框进行选择。参数

20、设置， No.Trails=1bit。 SystennView Ccmmunications Libir日ry Enccde/Deccde FtersAJata Proceisors 匚 txTirn T okers 301 BER Rate QAM Map QAM d-Mp Modulators Bit $yr*c Compand 須 Q 51 d-Compand P Shape EVM 图 7 BER 图标对话框 b. 终值显示符 43 在设计窗中拖出信号接收器图标 Value 按钮，单击 OK 确认。 （Sink），双击，弹出对话框：选择 Numeric 项，再选其中的 Final ITKJ 图 8 观察窗库 Sink Deflniticn Custom 沁 Name; pinfc 43 图 9 放大器参数设置对话框 执行Tokens Global parameter Links ”命令，出现Global Token parameter Links ”对话框， 在 “ Select System Token” 栏内选Operator(Gain) ” 项，在 “ Define Algebraic Relationship F(Gi,