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認證類型：個人認證

認證主體：吳**（實名認證）

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IP屬地：湖北 上傳時間：2021-12-16 格式：DOC 頁數(shù)：27 大小：718KB 積分：30 舉報 版權申訴

1、模擬信號數(shù)字傳輸?shù)难芯繄蟾嬲獢?shù)字信號處理相對模擬信號處理有許多優(yōu)點，且有些處理功能是模擬信號所不能完成的。但實際中很多信號都是時間連續(xù)信號，希望將模擬信號轉換到數(shù)字域，從而完成一些更高質(zhì)量或者模擬信號處理所不能完成的功能。因此，我們研究采用PCM編碼譯碼將模擬信號轉換成數(shù)字信號進行2PSK調(diào)制與解調(diào)。該傳輸系統(tǒng)主要由三個模塊構成，分別是：模擬信號的數(shù)字化、2PSK調(diào)制與解調(diào)、數(shù)字信號還原為模擬信號。關鍵字：PCM；2PSK；SYSTEMVIEW一、設計任務及要求本設計的研究是基于SYSTEMVIEW仿真平臺，設計一個PCM傳輸系統(tǒng)。該傳輸系統(tǒng)主要包括模擬信號的數(shù)字化、2PSK調(diào)制與解調(diào)、數(shù)字

2、信號還原為模擬信號三個部分，最后通過觀察比較輸入信號和輸出信號的波形，以及在無噪情況、低噪情況、高噪情況分別來分析該系統(tǒng)的性能。二、電路設計原理脈沖編碼調(diào)制（PCM）簡稱脈碼調(diào)制，PCM，即脈沖編碼調(diào)制，用一組二進制代碼代替連續(xù)信號的抽樣值。首先，對輸入的模擬信號進行抽樣，使其成為時域離散信號，此處必須滿足采樣定理，然后通過模數(shù)轉換將時域離散信號用一組二進制代碼來表示，具體有兩步：量化、編碼。然后對數(shù)字信號進行2PSK調(diào)制與解調(diào)，最后通過譯碼、低通濾波將其轉換為模擬信號輸出。為改善小信號量化性能，采用A律壓縮，一般使用13折線法編碼。電路設計分為兩部分，首先是2PSK調(diào)制與解調(diào)的設計，在確保調(diào)

3、制與解調(diào)無誤后，設計PCM編碼與譯碼電路，然后將二者聯(lián)合起來，實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字傳輸。1、2PSK調(diào)制與解調(diào)的原理2PSK,即二進制相移鍵控，用輸入信號控制載波的相位隨之變化，一般情況下，用載波的”0”表示二進制基帶信號的“0”， ”180”表示二進制基帶信號的“1”，也可反過來。輸入信號的形式一般為s (t ) =an g (t - nTs ) ,an以概率P取“1”,以1-P取“0”， g （t）一般是脈寬為TS，高為1的方波（也可取三角波等）。（1）2PSK調(diào)制2PSK調(diào)制可采用模擬調(diào)制和數(shù)字鍵控兩種方式，本實驗以模擬調(diào)制為主，調(diào)制原理如下： e2 PSK (t ) = s (t ) c

4、os wct 若輸入不是雙極性不歸零波形，我們可以通過碼型變化將其轉換為雙極性不歸零波形。調(diào)制波形如下所示：通過觀察波形，我們可以得到，當輸入為“1”時，已調(diào)載波相位為0；當輸入為“0”時，已調(diào)載波相位為180。（2）2PSK解調(diào)2PSK解調(diào)一般采用相干解調(diào)法，原理如下： 解調(diào)時各點波形如下所示： 通過對以上波形的分析，我們可以看出，當 恢復載波相位差180時，輸出波形剛好與輸入的波形相反。通過對理論的學習，我們稱之為180相位模糊，可以通過采用2DPSK來解決這個問題。2、PCM編碼與譯碼實驗原理PCM，即脈沖編碼調(diào)制，用一組二進制代碼代替連續(xù)信號的抽樣值，原理框圖如下：（1）PCM編碼首先

5、，對輸入的模擬信號進行抽樣，使其成為時域離散信號，此處必須滿足采樣定理，然后通過模數(shù)轉換將時域離散信號用一組二進制代碼來表示，具體有兩步：量化、編碼。1）量化量化即用有限電平來表示抽樣得到的離散值。具體的量化方法有均勻量化和非均勻量化。均勻量化相對比較簡單，但是它的量化信噪比隨信號電平的減小而下降，因此當輸入信號較小時，會產(chǎn)生較大的量化誤差。因此，我們引入非均勻量化，使得量化電平集中在幅度密度高的區(qū)域。常用的方法為A律壓擴和律壓擴。本實驗中采用的為A律壓擴，但由于A律壓縮較為復雜，一般常用A律13折線，其壓縮特性如下：由此可見，雖然縱坐標是均勻分級，但是反映到橫坐標，則小信號時，量化間隔較小，

6、大信噪比時，量化間隔較大，改善了量化信噪比。2）編碼 編碼即把量化后的電平用二進制來表示，本實驗中采用8位二進制碼，從高到低分別為極性碼、段落碼、段內(nèi)碼，采用的是逐次比較性編碼，具體方法可查閱相關資料。（2）PCM譯碼譯碼即把收到的PCM信號還原成相應的PAM樣值信號，此處需要用解壓擴器對其進行解壓擴，然后通過低通濾波器即可得到輸入的模擬信號。譯碼可以看作是編碼的逆過程。三、仿真電路設計1、2PSK模擬調(diào)制和相干解調(diào)系統(tǒng)仿真各圖符參數(shù)設置如下表所示：編號庫/名稱參數(shù)21Comm: PN GenReg Len = 5，Taps = 2- 5，Seed = -1，Threshold = 0，Tru

7、e = 1，F(xiàn)alse = -1，Max Rate = 560e+3 Hz22Source: Pulse TrainAmp = 1 v，F(xiàn)req = 14e+3 Hz，PulseW=35.7143e-6 sec，Offset = -500e-3 vPhase = 0 deg，Max Rate = 560e+3 Hz23Logic: BufferGate Delay = 0 sec，Threshold = 500e-3 vTrue Output = 1 v，F(xiàn)alse Output = -1 v，Rise Time = 0 sec，F(xiàn)all Time = 0 sec，Max Rate = 560

8、e+3 Hz2Multiplier: Non ParametricInputs from t23p0 t15p0，Outputs to 4 17Max Rate = 560e+3 Hz15Source: SinusoidAmp = 1 v，F(xiàn)req = 56e+3 Hz，Phase = 0 degOutput 0 = Sine t2 ，Output 1 = Cosine Max Rate (Port 0) = 560e+3 Hz3Operator: Linear SysButterworth Bandpass IIR3 Poles，Low Fc = 42e+3 Hz，Hi Fc =70e+3

9、Hz，Quant Bits = None ，Init Cndtn = Transient，DSP Mode Disabled，Max Rate = 560e+3 Hz6Multiplier: Non ParametricInputs from t18p0 t3p0 ，Outputs to 8，Max Rate = 560e+3 Hz18Source: SinusoidAmp = 1 v，F(xiàn)req = 56e+3 Hz，Phase = 0 degOutput 0 = Sine t6 ，Output 1 = Cosine ，Max Rate (Port 0) = 560e+3 Hz8Operato

10、r: Linear SysButterworth Lowpass IIR3 Poles，F(xiàn)c = 14e+3 Hz，Quant Bits = None，Init Cndtn = Transient， DSP Mode Disabled，Max Rate = 560e+3 Hz，10Operator: DelayNon-Interpolating，Delay = 0 sec= 0.0 smp，Output 0 = Delay t9 ，Output 1 = Delay - dT Max Rate (Port 0) = 560e+3 Hz9Operator: SamplerInterpolating

11、，Rate = 560e+3 Hz，Aperture = 0 sec，Aperture Jitter = 0 sec，Max Rate = 560e+3 Hz11Operator: HoldLast Value, Gain = 1, Out Rate = 560e+3 Hz,Max Rate = 560e+3 Hz12Logic: BufferGate Delay = 0 sec,Threshold = 0 v,True Output = 1 v,False Output = 0 v,Rise Time = 0 sec,Fall Time = 0 sec,Max Rate = 560e+3 H

12、z2、PCM編碼和解碼系統(tǒng)仿真各圖符參數(shù)設置如下表所示：編號 庫/名稱 參數(shù) 73Source: SinusoidAmp = 2 v，F(xiàn)req = 600 Hz， Phase = 0 deg，Output 0 = Sine t3，Output 1 = Cosine ， Max Rate(Port 0) = 560e+3 Hz 72Source: SinusoidAmp = 2 v，F(xiàn)req = 400 Hz，Phase = 0 deg，Output 0 = Sine t3， Output 1 = Cosine， Max Rate (Port 0) = 560e+3 Hz 71Source: S

13、inusoidAmp = 2 v，F(xiàn)req = 200 Hz，Phase = 0 deg，Output 0 = Sine t3 ，Output 1 = Cosine ，Max Rate (Port 0) = 560e+3 Hz 3Adder:NonParametricInputs from t71p0 t72p0 t73p0， Outputs to 4 6，Max Rate = 560e+3 Hz 6Comm: CompanderA-Law Max Input = ±5，Max Rate = 560e+3 Hz 8Logic: ADCTwo's Complement Gate

14、 Delay = 0 sec，Threshold = 500e-3 v，True Output = 1 v，F(xiàn)alse Output = 0 v，No. Bits = 8，Min Input = -5 v，Max Input = 5 v，Rise Time = 0 sec，Analog = t6 Output 0，Clock = t14 ，Output 0 14Source:PulseTrainAmp = 2 v，F(xiàn)req = 1.75e+3 Hz，PulseW = 285.714e-6 sec，Offset = -1 v，Phase = 0 deg，Max Rate = 560e+3 Hz

15、40MetaSystem:Untitled1 Not Auto-Linked 41Comm: TD MuxNo. Inputs = 8，Time per Input = 571.429e-6 sec，Time Slot 0 = t32 Output 0，Time Slot 1 = t33 Output 0，Time Slot 2 = t34 Output 0，Time Slot 3 = t35 Output 0，Time Slot 4 = t36 Output 0，Time Slot 5 = t37 Output 0，Time Slot 6 = t38 Output 0，Time Slot 7

16、 = t39 Output 0，Max Rate = 560e+3 Hz 43Operator: HoldLast Value Gain = 1，Out Rate = 560e+3 Hz，Max Rate = 560e+3 Hz 46MetaSystem:Untitled2C:UsersAdministratorDesktop .Untitled1.mta Auto-Linked 74Operator: DelayNon-Interpolating Delay = 521.429e-6 sec= 292.0 smp，Output 0 = Delay t45，Output 1 = Delay -

17、 dT，Max Rate (Port 0) = 560e+3 Hz 45Comm: TD DeMuxNo. Outputs = 8，Time per Output = 571.429e-6 sec，Output 0 = Time Slot 0 t9，Output 1 = Time Slot 1 t9，Output 2 = Time Slot 2 t9，Output 3 = Time Slot 3 t9，Output 4 = Time Slot 4 t9，Output 5 = Time Slot 5 t9，Output 6 = Time Slot 6 t9，Output 7 = Time Slo

18、t 7 t9 ，Max Rate (Port 0) = 70e+3 Hz 9Logic: DACTwo's Complement Gate Delay = 0 sec，Threshold = 500e-3 v，No. Bits = 8，Min Output = -5 v，Max Output = 5 v，D-0 = t45 Output 0，D-1 = t45 Output 1，D-2 = t45 Output 2，D-3 = t45 Output 3，D-4 = t45 Output 4 7Comm: DeCompandA-Law Max Input = ±5，Max Ra

19、te = 70e+3 Hz 12Operator:Linear SysButterworth Lowpass IIR 3 Poles，F(xiàn)c = 600 Hz，Quant Bits = None，Init Cndtn = Transient，DSP Mode Disabled，Max Rate = 70e+3 Hz四、仿真結果及對應的結果數(shù)據(jù)分析1、各點時域波形（1）輸入m序列波形系統(tǒng)產(chǎn)生一串偽隨機序列，并將其設置為雙極性不歸零波形，如上圖所示。（2）未調(diào)載波波形未調(diào)載波為高頻正弦信號，其頻率遠遠高于調(diào)制信號，便于傳輸。3）模擬調(diào)制波形由調(diào)制信號可以看出，當輸入為“1”時，已調(diào)載波相位為0；當輸

20、入為“0”時，已調(diào)載波相位為180，即用載波的”0”表示二進制基帶信號的“1”， ”180”表示二進制基帶信號的“0”。（4）帶通濾波輸出波形通過帶通濾波器可以濾除帶外噪聲，減小噪聲對信號傳輸?shù)挠绊?。?）恢復載波波形2PSK信號的解調(diào)只能用相干解調(diào)這種方式。從上圖以及未調(diào)載波圖可看出，解調(diào)器中本地參考波的相位必須和發(fā)送端解調(diào)器的載波同頻同相。（6）解調(diào)端乘法器輸出波形從上圖可以看出，2PSK相干解調(diào)中已調(diào)信號與載波相乘輸出的波形里包含有頻率不低的部分，即高頻載波分量。（7）低通濾波輸出波形由上圖得出經(jīng)過低通濾波器處理后，只剩下低頻波形，然后對該低頻分量進行采樣，就能夠得到基帶信號了，要注意采

21、樣時必須符合采樣定理，這樣才能確保信號不會失真。（8）解調(diào)輸出波形在仿真過程中，判決電壓即為峰值的一半。從上圖可以清楚的看出，2PSK相干解調(diào)得到的波形基本上與原基帶信號保持一致，延遲較小，并且在誤差允許的范圍內(nèi)，因此仿真結果是正確的，同時也有雙極性轉換為單極性波形，但所包含的信息不同。2、加入不同噪聲的接收端眼圖（1）無噪時的眼圖由上圖可以看出，在不加入噪聲時，眼圖呈現(xiàn)“單眼皮大眼睛”，噪聲容限也較大，說明信號傳輸過程中干擾較小。（2）低噪（0.5v）時的眼圖當加入低噪聲（0.5v）時，我們可以很清楚的看到眼圖相比無噪時變模糊了，說明噪聲對信號傳輸產(chǎn)生了一定的干擾。（3）高噪聲（1v）時的眼

22、圖當加入1v的高噪聲時，眼圖已經(jīng)變得十分混亂模糊，說明噪聲對信號傳輸?shù)挠绊懛浅４蟆?、輸入m序列和解調(diào)輸出的瀑布圖通過對系統(tǒng)輸入和輸出瀑布圖的比較，我們可以看到輸出相對于輸入大約有50e-6的一個延時，但是這個是正常的，因為我們輸入的信號頻率為14kHZ,50e-6<1/14000,所以出現(xiàn)延時是意料之中的。 4、各信號的功率譜圖 （1）輸入m序列的功率譜 （2）未調(diào)載波的功率譜 （3）2PSK信號的功率譜通過調(diào)制信號、高頻載波以及2PSK信號，我們可以看出2PSK信號在載波頻率附近的功率譜有明顯的變化。 （4）帶通濾波器輸出功率譜因為2PSK信號的頻率為56kHZ,所以我們采用中心頻率

23、為56KHZ，通帶為28KHZ的帶通濾波器使調(diào)制信號可以完全通過，同時又可以有效的濾除帶外噪聲。 （5）乘法器輸出功率譜已調(diào)信號與恢復載波相乘后，既有高頻分量又有低頻分量，分別為差頻和和頻。(6)低通濾波后波形的功率譜經(jīng)過低通濾波器后，我們只保留了我們需要的低頻分量，去除了高頻分量。（6）解調(diào)輸出信號的功率譜輸出信號頻譜與輸入信號頻譜基本一樣，說明我們成功的實現(xiàn)了2PSK的調(diào)制與解調(diào)。5、濾波器的幅頻特性曲線（1）帶通濾波器的幅頻特性曲線（2）低通濾波器的幅頻特性曲線（二）PCM編碼與譯碼仿真結果1、各點時域波形：（1）輸入模擬信號波形輸入的三個不同頻率正弦信號疊加的時域波形（2）A律壓擴后波

24、形經(jīng)過A率壓縮，對于小信號量化間隔較小，大信號量化間隔較大，使量化性能更好。（3）采樣時鐘波形采樣頻率滿足采樣定理，使得信號不會失真，可以完整的恢復信號。（4）模數(shù)轉換后波形通過PCM編碼，將輸入的模擬信號轉換為數(shù)字信號，實現(xiàn)數(shù)字傳輸。（5）2PSK調(diào)制解調(diào)后波形成功實現(xiàn)了2PSK調(diào)制與解調(diào)。（6）D/A轉換后波形將數(shù)字信號經(jīng)PCM譯碼轉換為模擬信號（7）A律解壓擴后波形對應于編碼過程的A律壓縮（8）低通濾波輸出波形輸出有一些失真，但與輸入差別不大。2、各信號的功率譜圖（1）輸入模擬信號功率譜圖輸入的三個正弦信號分別為200/400/600KHZ（2）低通濾波輸出信號功率譜由于低通濾波器不是理想的低通濾波器，導致有頻譜的泄漏，使得頻譜模糊，譜的分辨率降低，同時也有譜間干擾。該設計中，我們選擇的是巴特沃斯低通濾波器，我們可以通過改變窗函數(shù)的形狀，提高主板能量，壓低旁瓣幅度，減小譜間干擾。但總的來說，泄漏部分的頻率與600KHZ的信號幅度相差17dB，超過13dB，因此符合實驗要求。3、低通濾波器的幅頻特性結果數(shù)據(jù)分析：通過對以上輸入信號與輸出信號時域波