2022年基于systemview的pcm2dpsk仿真及系统抗噪声性能测试实验报告

1、西安电子科技大学通信系统实验报告基于systemview地2DPSK+PCM传播仿真指引教师：姓名学号班级李媛媛01121359011214张少虎01121360011214日期：7月一、系统仿真目地1、理解 PCM+2DPK通信系统地原理和信息传播方案2、掌握通信系统地设计措施与参数选择原则掌握由图符模块建立子系统并构成通信系统地设计措施熟悉通信系统地SYSTEMVIEW仿真测试环境系统仿真内容简介测试实验所搭建2dpsk传播系统抗噪声性能，并与理论曲线作对比观测不同信噪比条件下核心信号眼图变化状况，进一步理解眼图地作用与含义理解信号在系统传播过程中各阶段频率分量地变化，加深对限号调制解调在

2、频域地认知二、实验内容1、用三个频率和幅度分别为400HZ，2v、500HZ，2v、700HZ，0.5v地正弦信号作为系统地输入，通过PCM编码系统转换为数字信号，再经并串转换转换为基带信号2、以基带信号作为2DPSK系统输入信号，码速率Rb16kbit/s.采用键控法实现2DPSK地调制，采用非相干解调法实现2DPSK地解调，分别观测系统各点波形.3、将2DPSK系统输出信号进行串并变换，再经PCM解码系统还原为系统初始输入地模拟信号，并观测信号时域和频域地变化.4、使用仿真软件SYSTEMVIEW，从SystemView配备地图标库中调出有关合适地图符并进行合适地参数设立，并连好图符间地连

3、线，完毕对PCM编码、2DPSK键控调制、非相干解调、pcm解码仿真电路设计，并完毕仿真操作.5、观测各点波形：涉及时域波形、眼图、部分信号瀑布图、2dpsk系统抗噪声性能曲线等，以及记录重要信号点地功率谱密度.6、分析实验所得图形数据，判断系统传播地对旳性.7、搭建抗噪声性能测试原理图，测试在不同信噪比环境下，系统误码率地大小，并以此绘制出误码率随信噪比变化地数据曲线，即2DPSK系统地抗噪声性能，绘制该曲线，并与理论曲线进行对比.三、原理简介1、PCM编码译码原理（1）编码原理编码过程分三步：抽样：需要满足低通采样定理，采样频率8kHz.量化：均匀量化时小信号量化误差大，因此采用不均匀选用

4、量化间隔地非线性量化措施，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.实现措施：实现非均匀量化地措施之一是把输入量化器地信号x先进行压扩解决，再把压扩得到地信号y进行均匀量化.压扩器就是一种非线性变换电路，弱信号被扩大，强信号被压缩.压缩器地入出关系表达为y=f(x).常用压扩器大多采用对数式压缩，广泛采用地两种对数压扩特性是律压扩和A律压扩.效果：改善了小信号时地量化信噪比.A律压扩特性地13段折线逼近措施：对x轴不均匀提成8段，分段地措施是每次以一半对分；对y轴在01范畴内均匀提成8段，每段间隔均为1/8.然后把x，y各相应段地交点连接起来构成8段直线.其中第1

5、、2段斜率相似(均为16)，因此可视为一条直线段，故事实上只有7根斜率不同地折线.以上分析地是第一象限，对于双极性语音信号，在第三象限也有对称地一组折线，也是7根，但其中接近零点地1、2段斜率与正方向地第1、2段斜率相似，又可以合并为一根，因此，正、负双向共有13段折线.13段折线在第一象限地压扩特性如下图所示：编码：采用8位折叠二进制码，相应有M=28=256个量化级.这需要将13折线中地每个折线段再均匀划分16个量化级.（2）译码原理解压扩：采用一种与13段折线压扩特性相反地解压扩器来恢复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毕采样时地信号.

6、低通滤波:保存原始模拟信号频率.（3）PCM编码、解码功能框图如下：2、2DPSK系统调制解调原理（1）2DPSK信号原理2DPSK方式是用前后相邻码元地载波相对相位变化来表达数字信息.假设前后相邻码元地载波相位差为Dj，可定义一种数字信息与Dj之间地关系为则一组二进制数字信息与其相应地2DPSK信号地载波相位关系如下表所示：二进制数字信息1101001102dpsk信号相位（0）000或（）000000数字信号与Dj之间地关系也可定义为：调制过程信号变换示例波形如下：（2）本实验调制原理本实验调制采用模拟调制法，2DPSK信号地地模拟调制法框图如图所示码变换相乘载波s(t)eo(t)其中码变

7、换地过程为将输入地单极性不归零码转换为双极性不归零码，然后以此码直接与载波相乘.码变换原理图如下：QDCKan发送码时钟dn-1dn（3）解调原理本实验采用非相干解调法，即极性比较法和码变换法.它地原理是2DPSK信号先通过带通滤波器，清除调制信号频带以外地在信道中混入地噪声，再与本地载波相乘，去掉调制信号中地载波成分，再通过低通滤波器清除高频成分，得到涉及基带信号地低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决地到基带信号地差分码，再通过逆差分器，就得到了基带信号.它地原理框图如图所示.信号变换示例波形如下逆差分器原理如下：四、系统构成框图、子系统构成框图及图符块参数设立1、总图(系统采样频率4

8、00e+3HZ)2图块对模拟信号进行A律压缩，输入输出正负5v,4图块为模数转换模块，输出0/1v八位，并行码，采样频率为hz，码速地八分之一，22为一八选一mux，在23,24,25信号控制下由高位到低位顺序依次将并行信号串行输出.Adc与mux按顺序接，23/24/25频率分别为adc采样地1/2/4倍，占空比1:1，低频率接高位（s2）.输出即为PN码.16延迟一种码子宽度，1/16000s，39为异或门，输出+1/-1码字.与44块80000hz地载波相乘进行调制，生成2dpsk信号.44为噪声，高斯噪声，density on1 Ohm，20e-6w/hz，45选择db power增益

9、.12带通滤波器，载波上下20k，60k/100khz，滤除噪声.50为载波提取，Comm : costas，Vco fre=80e+3，Vco pahse=0 deg，Mod gain=1hz/v，Loop fltr=1+1/s+1/s2.调制信号与载波相乘后，经低通滤波器16khz，滤除高频分量，得到基带信号轮廓，经28,41采样保持后得到下图下图，41输出仍为+-1码字，缓冲器门限为0，不小于0输出1，不不小于零输出-1，得到下上图.11延迟1个码宽，与异或门形成码反变换，输出单极性不归零绝对pn码字.下图为加29与不加29地区别，信号到27块延迟7个码宽后，输出到18,时分解复用器，8

10、位，保持8个码字宽度，后送入dac模块，门限500e-3，八位，输出范畴正负5伏，将并行数据转换为串行数据，再经解压缩块还原成模拟信号，再经低通滤波保存原始模拟信号频率分量.得到原始模拟信号.2、模拟信号发生模块、各图块参数表格编号库/名称参数Token14Source: sinusoidAmp:2vFreq:400hzPhase:0degToken0Source: sinusoidAmp:2vFreq:500hzPhase:0degToken15Source: sinusoidAmp:0.5vFreq:700hzPhase:0degToken1adderNoneToken6Sink : an

11、alysisNone3、模数转换模块、各图块参数表格编号库/名称参数Token2Comm : compandera-lawmax-input : +/-5vToken7Sink : analysisToken21Source : pluse trainAmp:1vFreq:hzPulsew:250e-6 secOffect:0vPhase:0degToken4Logic : ADCGate delay:0 secThreshold:500e-3vTrue output:1vFalse output:0vNo.bits:8Min input:-5vMax input:5vRise time:0

12、sec4、并串转换模块、个图块参数表格编号库/名称参数Token22Logic : mux-d-8Gate delay:0 secThreshold:500e-3vTrue output:1vFalse output:0vRise time:0 secFall time:0 secEnable:noneToken23Source : pluse trainAmp:1vFreq:hzPilsew:250e-6 secOffset=0vPhase=0degToken24Amp:1vFreq:4000hzPilsew:250e-6 secOffset=0vPhase=0degToken25Amp:1

13、vFreq:8000hzPilsew:250e-6 secOffset=0vPhase=0degToken48Sink : analysisnone5、差分变换模块、各图块参数表格编号库/名称参数Token16Operator : delayDelay=62.5e-6secNon-interpolatingToken39Logic : xorGate delay:0 secThreshold=500e-3True output=1vFalse output=-1vRise time=0 secFall tome=0 sec连接16图块地1端口Token19Sink : analysisnone

14、6、载波调制及加噪声模块、各图块参数表格编号库/名称参数Token20Sink : analysisnoneToken10MultipierNoneToken43AdderNoneToken45Operator : gainGain units=db powerGain=x(不同测试条件增益值设立不同，不需要加噪声时可与加法器断开连接，需要时设立多少见抗噪声性能测试部分原理Token13Source : sinusoidAmp=1vFreq=800000hzPhase=0degToken44Source : gauss noiseConstant parameter=density in 1

15、0hmDensity(w/hz)=20e-6（为什么设立此值见抗噪声性能测试部分原理Maxrate=400e+3Mean=0v7、解调模块、格图块参数表格编号库/名称参数Token37Sink : analysisnoneToken33Sink : analysisnoneToken38Sink : analysisnoneToken17Sink : analysisnoneToken12Operator : linear sysChebyshev bandpass iir3 polesLow fc=600000hzHig fc=100000hzQuant bits=noneToken34Mu

16、ltipiernoneToken36Operator : linear sysButterworth lowpass iir3 polesFc=16000hzQuant bits=noneToken28Operator : samplerInterpolatingRate=16000hzAperture=0 secToken41Operator : holdLast valueGain=1Out rate=400e+3Token29Logic : bufferGate delay:0 secThreshold=0vTrue output=1vFalse output=-1vRise time=

17、0 secFall time=0 secToken50Comm : costas（载波提取）Vco fre=80e+3Vco pahse=0 degMod gain=1hz/vLoop fltr=1+1/s+1/s2Token51Sink : analysisnone差分码反变换模块、各图块参数9、串行信号转并行信号模块、各图块参数表格编号库/名称参数Token31Sink : analysisnoneToken30Logic : xorTrue output=1vFalse output=0v连11图块地0端口delayToken11Operator : delayDelay=62.5e-6

18、Non-interpolating编号库/名称参数Token27Operator : smpl delayDelay=175 samplesAttribute=phaseToken18Comm : td demuxNo.output=8Time per output=500e-6sec连27图块1端口delay-dt10、数模转换及元模拟波还原模块、各图块参数编号库/名称参数Token9Sink : analysisnoneToken42Operator : linear sysChebyshev loepass iir3 polesFc=800hzQuant bits=noneToken3C

19、om : decompanda-lawmax output:+/-5vToken5Logic : dacTows complementGate delay=0 secThreshold=500e-3No.bits=8Min output=-5vMax output=5v五、各点波形：涉及时域波形、眼图、覆盖图（800采样点）1、输入模拟信号波形2、输入模拟信号A律压缩3、绝对码波形4、输入差分码波形5、2DPSK已调信号波6、带通滤波器输出波形7、提取载波波形8、乘法器输出9、低通滤波器输出10、抽样保持输出相对码11、码反变换2DPSK系统输出基带信号13、2DPSK系统输入输出瀑布图14、

20、模拟信号输入输出瀑布图12、低通输出波形眼图（1）无噪声眼图，噪声增益模块与加法器断开（2）低噪声眼图（信噪比20db）测试条件，噪声设立gauss noise，constant parameter=density in 1 ohm,density=20e-6w/hz增益模块设立，gain units=db power。gain=-20（3）高噪声眼图（信噪比为0db）测试条件，噪声设立gauss noise，constant parameter=density in 1 ohm,density=20e-6w/hz增益模块设立，gain units=db power。gain=0六、重要信号地

21、功率谱密度（16384采样点）1、原始模拟信号功频谱2、绝对码功率谱3、载波功率谱4、2DPSK功率谱5、带通滤波器输出功率谱6、乘法器输出信号功率谱7、低通滤波器输出功率谱8、输出PN序列基带谱七、滤波器地幅频特性曲线1、带通滤波器冲击响应2、带通滤波器幅频特性曲线3、低通滤波器冲击响应4、低通滤波器幅频特性曲线八、系统抗噪声性能测试（131072采样点）1、分析：有关噪声设立和信噪比关系有关信噪比，【SNR】即信号功率与噪声功率地比值，snr=ps/pn【ps和pn分别是信号和噪声地有效瓦特为单位地功率】，由于是瓦特比瓦特，这样算地信噪比没有任何单位，仅仅是个双方功率地形象比值.但是由于在

22、实际使用中s与n地比值太大，故常取其分贝数【db】，分贝与无单位信噪比地关系为 : db=10lg（s/n），这个分贝数【单位是db】便是以db为单位地信噪比.在system view 中抗噪声性能曲线中横坐标信噪比就是以db为单位地，因此，在计算时要以db为单位地信噪比为主.db为单位信噪比计算措施如下：当信噪比功率是有效功率，瓦特或毫瓦为单位时，SNR=10*lg(ps/pn)（db）【ps和pn分别是信号和噪声地有效瓦特为单位地功率】；当信号和噪声地功率用dbm表达地时候，SNR=x-y （db）【信号功率=xdbm，噪声功率=ydbm】；信噪比k db，即信号有效功率是噪声有效功率地1

23、0（k/10）倍；信噪比为1db，则信号有效功率是噪声有效功率地100.1=1.2589倍【不是1倍】；信噪比为0db，则信号有效功率是噪声有效功率地100=1倍；当信号有效功率和噪声有效功率相等地时候，信噪比是0db，而不是1db！信噪比80db，也就是说，信号有效功率是噪声有效功率地108倍.不管用什么单位表达，功率相等时，信噪比是1，或者0db【！单位不同，数值不同，数值因单位变】；信噪比是1，不管用什么单位表达，功率固然相等了；但是信噪比是1db地时候，两者功率关系如何？还得看具体状况，用db表达功率时，信号功率比噪声功率大1db、用瓦特表达功率时，信号功率是噪声功率地10（1/10）

24、倍.用一种dBm 减此外一种dBm时，得到地成果是dB.如：30dBm - 0dBm = 30dB.dBm减dBm事实上是两个功率相除，将以瓦特为单位地两个功率相除，相除地商以10为底取对数，再乘以10，就是db啦！抗噪声性能曲线，其实是系统误码率随着信噪比变化地一种曲线，横坐标为系统信噪比，纵坐标为系统误码率，既然是曲线，那纵横坐标自然有取值范畴，横坐标就取0db10db吧，一般都是在这个范畴内观测地.纵坐标是相应横坐标地信噪比，系统算出来地与特定信噪比相应地误码率，不管它.既然测试信噪比初始值为0db，那怎么保证曲线地零点表达地信噪比是0db呢？理解了有关信噪比地部分，可知，信噪比0db，

25、意味着信号和噪声地功率是相等地，对于噪声模块，设立参数：gauss noise，constant parameter=density in 1 ohm,density=？w/hz.density应当设为多少呢？对于2DPSK系统，噪声是加在2DPSK已调信号上面地，因此，要保信号和噪声功率相等，就得懂得已调信号地功率！这是重中之重（这个究竟怎么求，不懂得system view与否有现成地措施，不懂得，难找，因此，用个山寨措施吧（不保证严谨或正误！），对已调信号求功率谱密度：运营系统后打开分析窗口，点击左下角地【根号下a】图标spectrumpower spectrum（db in 1 Ohm）

26、右边选择已调信号地图窗号ok功率谱密度曲线（单位db/hz），纵坐标不是恒定值，在一种范畴变化（看图0dbm-40dbm）.可以大胆地取个平均值，对于上面地功率谱密度曲线，本人获得平均值-17dbm（说实话，取这个值也是有点投机，由于取其她附近值（如-18dbm，-20dbm等等），所得曲线不完美！就这样.这个均值肯定是有严谨算法地，但怎奈不会！况且究竟能不能拿功率谱密度均值来衡量，也是个未知数，仅凭个人观点而做.）好吧，目前只是得到已信号功率谱密度-17dbm/hz，只当它是对旳地.那么，信噪比为0db时，噪声功率也是-17dbm/hz了，再看噪声模块设立框，density地单位是w/hz，

27、有点坑啊，那目前要把得到地那个-17db/hz转换成？w/hz.【注：dBm 定义地是 miliwatt ：0 dBm=10lg1 mw；x（mw）=10*lgx（dbm）；y（dbm）=10（y/10）(mw)；】根据这个，换算一下，-17dbm大概是20e-6w/hz（若不放心，可对这个噪声求一次功率谱密度，看看它地功率谱密度图像纵坐标和已调信号功率谱密度曲线纵坐标与否接近，如接近，大概就是这样了）.把这个值设定好，点击OK.从此后来，谈起功率，不再提w或mw，只论dbm，此时此刻，信号功率谱密度-17dbm/hz，噪声功率谱密度-17dbm/hz.与噪声模块相连地尚有一种增益模块，增益模

28、块设立，gain units=db power。gain=0（有关gain地值，这里有话要说，gain地单位是db，那么假设gain值设为x db（设立框里面没有单位，只填数字），噪声功率谱密度为y dbm/hz，那么，噪声通过这个增益模块后，她地功率谱密度就成了(y+x)）dbm/hz.举例：噪声功率谱密度-17dbm/hz,信号功率谱密度-17dbm/hz【此时，根据有关信噪比里面地讲述，可得信噪比为snr=-17dbm/hz-(-17dbm/hz)=0db】增益设为-4db，那么噪声通过增益模块后，其功率谱密度就是-21dbm.此时信噪比snr=-17dbm/hz-(-21dbm/hz)

29、=3db.好了，弄清这些东西后，回到2dpsk系统，测试抗噪声性能曲线，也即误码率随信噪比变化曲线.基本流程如下构建测试系统根据实际状况设立图块参数编号库/名称参数83基带信号发生子系统None02dpsk传播系统None96Operator：resampleRate：16e+3hz（这个值跟码速相似）Max rate：16e+3hz86Operator : smpl delayDelay=1sample=62.5e-6secAttribute=passiveInitial condition=0vFill last registerOut put 0=delay t90 t95Out put

30、 1=delay dtMax rate(port 0)=16e+3hz95Sink: analysisMax input rate =16e+#97Operator：resampleRate：16e+3hzMax rate：16e+3hz98Sink: analysisMax input rate =16e+#90Comm: ber rateNo.trials=1bitsThreshold=500e-3Offset=3bitsOut put 0=berOutput 1=cumulative avg t88Out put 2=total errorsMax rate(port1)=16e+3hz

31、88Sink : final valueMax input rate=16e+3hz99Sink : cndtnl stopAction=go to next loopMemory=retain allsamplesThreshold=200Max input rate=16e+3hz96、97模块，是对输入、输出信号以码速为频率进行重（chong）采样，将其max rate变为码速，这样，一种sample就相应一种码字宽度，以便delay地设立.重采样后，基带信号不再是矩形，正常.Delay模块：具体delay多少时间，有关资料给出了将输入信号和输出信号求有关来拟定最大有关处sample数地

32、措施，但实际用时发既有问题，也也许是本系统搭建有误，但是这个值也可由其她措施得到，在96、97模块设立好地基本上，关掉噪声，运营系统，放大输入输出信号图像，可以看出输出信号比输入信号延迟了多少个sample，也即滞后了多少个码子宽度，将延迟码子数填到delay里面面，本系统经观测延迟1个码子宽度，即delay=1sample（注意，延迟类型选择不是时间，而是sample数）.不加延迟（延迟0sample）输入输出时域对比图输入输出没对齐，输出落后输入大概1个码宽延迟1个sample后输入输出时域对比输入输出已对齐有关90模块：Comm: ber rate.功能，将输入次图块地两路信号（2DPS

33、K地输入输出信号逐个对比，同样，则判对旳，不同样，则判误，因此，两路信号一定要对齐，否则它没法比，对不齐或对错位，比下来地主线就不是你要地成果，这个快有三个输出口，0口输出实时误码状况，1口输出平均误码率，2口输出平均误码数量）No.trials=1bits/就这样设，没理由地Threshold=500e-3/就这样设，没理由Offset=3bits/你看上图波形，开始地几种码宽没有任何信息，这个参数就是让对比动作退后几种码宽，跳过空白码字，本系统设立3或4个点Out put 0=ber；Output 1=cumulative avg t88；Out put 2=total errors；Max rate(port1)=16e+3hz88图块连接90地1端口，显示误码率99图块记录误码总数，接这个东西，说是为了在低误码率出减少采样点，高误码率处增长采样点，没大看懂，就设个几百左右吧，本系统设立200，太大时系统运营慢地要死，99图块设立详情见下图：连接噪声，设立增益模块为全局变量，并设立递减或递增方