通信系统的实现

1、第1章 毕业设计任务要求熟悉CVSD-DPSK通信系统构成及原理，了解信号变换过程。熟悉systemview软件及实现该系统的方法和系统参数设计。实现用该软件实现CVSD-DPSK通信系统并进行仿真。具体要求： 熟悉CVSD-DPSK通信系统的构成及原理。 在systemview环境中设计并搭建CVSD-DPSK通信系统电路实现系统功能。 要求采用3种不同频率（20,100，100KHz）的载波分别进行实现。对系统进行仿真，并进行参数分析。专修过通信原理、单片机原理等课程，拥有一定的理论知识。目标： 熟悉CVSD-DPSK通信系统的构成及原理。 在systemview环境中设计并搭建CVSD-

2、DPSK通信系统电路实现系统功能。 改变系统参数，系统不同的仿真结果并进行分析。摘要：连续可变斜率增量调制(CVSD)是一种性能良好的音节压扩自适应增量调制,非常适合语音信号的编解码，其硬件实现简单，抗噪声能力强。差分相移键控（DPSK）是一种将数字基带信号变换为数字带通信号，有利于信号在大部分信道中传输，其抗干扰能力强，误码性能好，频带利用率高。本设计主要是对语音信号进行CVSD调制，将产生的编码通过DPSK调制解调系统，有利于信号在信道中的传输，最后再通过CVSD译码将语音信号还原出来。通过分析CVSD和DPSK工作原理，在systemview环境下提出了系统仿真，并画出了编译码仿真流程图

3、，同时权衡各种参数的影响，合理选取了各参数的值。第2章 Systemview软件介绍 Systemview软件概述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)去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。利用System View，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，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System View配置的图标库中调

4、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。SystemView的库资源十分丰富，包括含若干图标的基本库（Main Library）及专业库(Optional Library)，基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器，各种函数运算器等；专业库有通讯（Communication）、逻辑（Logic）、数字信号处理（DSP）、射频/模拟（RF/Analog）等；它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统；并可进行各种系统时域和频域分析、谱分

5、析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（混合器、放大器、RLC电路、运放电路等）进行理论分析和失真分析。Systemview是用于现代工程与科学系统设计仿真的动态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、完整通信系统设计与仿真，到一般系统的数学系统的模型的建立等各个领域。Systemview在一个可视化功能齐全的窗口下，为我们提供了嵌入式的分析工具。 第三章 CVSD调制模块1、CVSD调制基本原理CVSD调制即为连续斜率可变增量调制，它是一种把信号上采样的样值作为预测值的单纯预测骗码方式。增量调制是预测编码方式中最简单的一种，它将信号瞬时值与前一个抽样时刻的量化值之差进行量化，而且只对这个差值的符

6、号进行编码，而不对差值的大小进行编码，因此量化只限于正和负两个电平，只用一比特传输一个样值。如果差值是正的，就发“”码，若差值为负的，就发“”码，因此数码“”和“”只是表示信号相对于前一时刻的增减，不化表信号的绝对值。在接收端，每收到一个“”码，译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量阶；每接收一个“”码就下降一个量价。当收到连“”码时，表示信号连续增长；当收到连“”时，表示信号连续下降。与PCM相比增量调制有以下优点： (1) 在比特率较低时，增量调制的量化信噪比高于PCM的量化信噪比； (2) 增量调制的抗误码率性能好。能工作于误码率为的信道中，而PCM要求误码率通常为 (3) 增量调制

7、的译码器比PCM简单。2、CVSD调制的设计原理和框图 2.1 简单增量调制的设计原理 总的来说，简单增量调制要经过编码和本地译码两个部分。它的编码思想如下假设一个模拟信号 (为作图方便起见，令 0)，可以用一时间间隔为，幅度差为的阶梯波形去逼近它，如图2.1所示。只要足够小，即抽样频率足够高，且足够小，则可以相当近似于。在这里把称作量化阶，称为抽样间隔。图2.1 简单增量调制的编码过程逼近的物理过程是这样的：在时刻用与比较，倘若，就让上升一个量阶段，同时调制器输出二进制“1”；反之就让下降一个量阶段，同时调制器输出二进制“0”。根据这样的编码思路，结合图2.1去近似。而锯齿波也只有斜率为正和

8、斜率为负两种情况，因此也可以用“1”码表示正斜率和“0”码表示负斜率，以获得一个二进制代码序列。 简单增量调制的本地译码思想如下与编码相对应，译码也有两种情况，一种是收到“1”码上升一个量化阶(跳变)，收到“0”码下降一个量化阶(跳变)，这样就可以把二进制代码经过译码变成这样的阶梯波。另一种是收到“1”码后产生一个正斜变电压，在时间内上升一个量化阶，收到一个“0”码产生一个负的斜变电压，在时间内均匀下降一个量化阶。这样，二进制码经过译码后变为如这样的锯齿波。考虑电路上实现的简易程度，一般都采用后一种方法。这种方法可用一个简单RC积分电路把二进制码变为波形，如图2.2所示。图中假设二进制双极性代

9、码为1010111时与的波形。图2.2 简单增量调制译码原理图 2.2 简单增量调制的总原理框图 简单增量调制总的原理框图如下图2.3比较器所示限幅电路反相器加法器放大器CP单双变换积分器射随器图2.3 CVSD调制总原理框图在图2.3中，信号通过一个加法器得到误差信号e(t),由于在经过加法器后得到的是一个反相的信号，所以在加法器后还要再接上一上反相器以为信号变为和原来的相位一样。然后再经过一个放大器再经过一个零偏置电路得到一个双极性信号，双极性信号再通过一个限幅电路（相当于一个开关电路）把信号限制在03伏之间，信号再接入到一个比较器再加上CP脉冲出来得到一个单极性信号，信号再经过一个单双变

10、换把电压信号转换为双极性电流信号I然后经过一个积分器和射随器得出一个反馈信号再接入到加法器。3、实验原理和电路说明CVSD编码系统分别由CVSD发送模块和CVSD译码模块模块完成。CVSD编码器模块将模拟信号进行CVSD编码，转换为数字信号在信道上进行传输。CVSD译码器模块将信道上接收到的数字信号进行CVSD码字译码处理，还原出模拟信号。CVSD编译码器使用了莫托洛拉公司生产的大规模集成电路MC34115芯片，该芯片可用于CVSD编码，又可用作CVSD解码，其取决于芯片第15脚的使能信号：“1”电平为编码方式，“0”电平为译码方式。CVSD编译码器电路组成框图参见下图：1、 CVSD发送模块

11、主要由CVSD编码集成电路U801(MC34115)、运放U802(TL082)、本地译码器、音节滤波器和非线性网络组成，CVSD发送模块原理框图见图1.8.2所示。外部输入的话音信号经U802A缓冲放大之后，送U801的1脚进行CVSD话音编码（CLKT_Data为32KHz的编码时钟），CVSD编码之后的数据经9脚输出（CVSD_ENOUT）。R806、R807、R808、C805和C804组成的积分网络完成本地译码；TP803是恢复的原始模拟信号（近似值），该信号通过2脚送入比较器与输入信号进行比较。在TP804可以观测到连码一致性脉冲信号，R813、R814和C806构成音节滤波器，用

12、于对连码一致性脉冲进行平滑。U802B、D801、D802和周围电阻组成非线性网络，使在大信号输入时，量化阶自适应的增加，实现斜率连续可变的自适应增量调制。在通信原理实验箱中，CVSD_ENOUT编码信号可直接送到CVSD译码模块中，亦可经信道调制系统（BPSK或DBPSK）送到接收端。2、 CVSD编码框图如下：3、 CVSD译码框图如下：4、系统调试 本次系统调试可分为两个步骤： 1. 开环时 接入加法器的反馈信号断开，并使其接地。首先使输入为一个高电平,反馈接地。由增量调制的原理可得: 由于没反馈信号，误差信号就是输入信号,误差信号经过限幅和比较器输出全为“1”的编码。而积分器之后输出的

13、本地译码则为正向性线增长的直线。 编码输出为: 1111111111 2. 闭环时 在闭环调试中，加法器的一端输入信号源,另一端输入反馈信号，加法器将输出比较后的差值，如果差值是正的,则输出为“1”表示，反之为“0”。输出的此时如果输入的为一个高电平,此时反馈信号从零开始，由于输入大于输出，所以此时输出为“1”；在下一个时间周期内输入信号仍大于反馈信号，此时继续输出“1”。直到反馈信号大于输入信号时，才输出“0”。如此循环得到的码型如下。如果输入的是低电平,输出的则先为“1”，再为“0”，如此循环。如下图所示: 输入为高电平时: 111101010。输入为低电平时: 101010101。4、系

14、统仿真步骤与参数 系统仿真步骤： 1. 系统框图初步确定仿真所要求的元器件在Systemview连好仿真图，并进行仿真。 2. 对初步仿真的结果进行核查，并找出比较合适的参数。 3. 找出比较合适的波形，并记录好各元器件的参数。 本次仿真的几个关键器件参数设置如下： 如下图6.1中信号源（器件8）的频率设在3K，器件10中Gaim设为3；器件0中Select Comparision：a>=b True Output：3 ；器件5中设置为Gain Units选中Linear，Gain设为40e-3 ；器件1和11中lnitial Condition先为Fill Last Regiter，T

15、oken Attribute选为Passive，Delay(samples)设为1。6、系统仿真图与波形 系统仿真图如下图6.1所示图6.1 系统仿真图 系统输入信号波形如下图6.2所示图6.2 系统输入信号波形 系统输出信号波形如下图6.3所示图6.3 系统输出信号波形系统反馈信号波形如下图6.4所示图6.4 系统反馈信号波形第四章 DPSK的工作原理与设计思想一.DPSK信号产生原理DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对值去表示数字信息的一种方式。现假设用表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：=0表示0码，=表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如PSK信号是

16、用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如下图所示 图3-1 2DPSK信号波形在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。定义为本码元初相与前一码元初相之差，假设：=0 ，数字信息“0”；= ，数字信息“1”。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下：数字信息： 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 DPSK信号相位：0 0 0 0 0 或：

17、0 0 0 0 0 0二DPSK的调制系统1. DPSK的调制工作原理DPSK信号的实现方法：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，再输入载波信号，将基带信号与载波信号相乘输出2DPSK信号。2.DPSK的调制系统框图 差分编码乘法器输入PN码2DPSK输出 图3-2 调制框图绝对码： 相对码： 载波： DPSK信号： 图3-3 调制信号波形3. DPSK的解调系统二DPSK的解调工作原理1.DPSK信号属于DSB信号，它的解调，不再能采用包络检测的方法，只能相干解调。它可以采用相干解调法方式（极性比较法），但由于它对载波的同步性要求比较高，

18、不容易实现，所以本次设计使用了差分相干解调法方式（相位比较法）。其解调原理是直接比较前后码元的相位差，从而恢复发送的二进制数字信息。由于解调的同时完成了码反变换作用，故解调器中部需要码反变换器。DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，再与本地载波相乘，去掉调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决得到原基带信号。 2. DPSK的解调系统框数据输出带通滤波器乘法器低通滤波器抽样判决延时Tsabde定时脉冲2DPSK输入 c图3-4 解调框图2DPSK信号a： b: c: d： 二进制信息e：

19、图3-5 解调信号波形4.DPSK系统的设计思想考虑到以上几节有关2DPSK的产生原理，调制解调工作原理与系统框图，以及本次设计所需实现的设计指标，我们主要从以下几个方面着手本次的设计： （1）搞懂设计原理，2DPSK的产生原理，在纸上画出原理框图以及理论上各点对应的波形，理解各个器件的作用； （2）学习并熟悉Systemview软件，根据软件使用介绍，查找器件，设计参数，连接系统。 (3) 进行软件仿真，观察各点输出波形，与理论想比较，检验2DPSK的工作原理，记录输入序列、差分码序列、DPSK信号、带通输出、低通输出和解调输出的波形，并分析。注：本次设计中：以“0”对于相位无变化，“1”对

20、应于相位有变化，改变相。第4章 基于Systemview软件DPSK仿真设计4.1 DPSK调制与解调总模型搭建图4-1 DPSK调制与解调总模型图4.2 参数设置与器件功能Token0：PN码源参数： Amp=1v、Offset=0v、Rate=100Hz、No.of levels=2；功能：输入基带码元信号 （绝对码），码元速率为100HZ；Token2, Token7 ：延时器参数：sec=10e-3功能：延时T，2是为了生成差分码，从而差分编码；7是为了解调时恢复源码；Token1：差分编码器（异或）参数：Threshold=0、True Output=1、False Output=-

21、1；功能：将前后码元进行异或，实现差分编码，得到相对码；Token4：输入载波，参数：频率f=1000HZ；Amp=1v，相位为0功能：提供载波，与相对码相乘Token3、6：乘法器功能：相乘，3完成DPSK调制；5相当于整流；Token5：带通滤波器参数：Low Cuttoff=900HZ、 Hi Cuttoff=1100HZ；功能：取有用信号，去带外噪声；Token8：低通滤波器，参数：Low Cuttoff=100HZ；功能：滤除高次谐波，取低频率信号；Token9 ，Token10：构成抽样判决器参数 ：10门限，值为0；9当a大于等于b时输出0，小于0时输出1功能：对滤出的低频信号进

22、行抽样判决，恢复原来的码元信号； Token11、12、13、14、15、16、17、18、19、20为观察窗；功能：观察各点波形，便于比较分析；注：(1)滤波器的参数得最后设计，其中带通的两个参数来自：1000+100HZ;(2)系统定时操作不能省略，采样率应为最高频率的十倍以上，采样点数以及起止时间应选取恰当，便于观察波形；(3)系统时延的确定：理论上的设计，码元延时与差分相干解调时的延时，都为一个码元速率，而给定为100HZ，因此取延时为0.01S.4.3 DPSK差分信号产生及相干解调波形的仿真与分析在进行仿真设计与结果分析时，我们将2DPSK系统分模块讨论，各模块如下：（1）差分编码

23、模块（2）2DPSK调制模块（3）2DPSK解调乘法器模块（4）解调抽样判决模块4.3.1差分编码模块1） 输入的二进制基带波形（绝对码）：输入的基带信号（绝对码）是二进制 双极性伪随机码（即PN序列），码元速率为100Hz。图4-2 调制信号波形图2）2DPSK调制中输出的相对码：输入的基带绝对码经过差分编码器 转换成相对码。图4-3 输出地相对码波形图说明1：从左图可以看出：系统实现了差分编码功能;体现在，图4-2与图4-4相异或的结果正好为图4-3.即bn=bn-1异或an,bn为差分编码输出，输出为相对码，an为基带输入，输入为绝对码；图4-4调制信号时延t后的波形图说明2：比较图4-

24、2、与图4-3，后图与前图波形上存在相位差，整体向右平移，定量为两个小格，从坐标上看，时延为10e-3，这与我们设置的延时器的参数一致，说明软件仿真结果与理论符合。4.3.2 2DPSK调制模块1）基带信号与载波信号相乘输出的2DPSK信号：（载波频率为1000 Hz）图4-5 2DPSK信号波形图2）经过带通滤波器输出2DPSK信号波形：（载波频率为1000 Hz）图4-6 带通滤波输出波形图说明3：图4-5为基带信号与载波信号相乘输出的2DPSK信号，由于信号中含有有用信号，同时又含有大量的高次谐波与噪声，因此图中难以看出2DPSK信号；而图4-6为经过带通滤波后波形，可见，经过带通滤波后，取出了有用信号，从图中已能看出每个码元的初始相位，分