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文檔簡介

1、第1章 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)要求熟悉CVSD-DPSK通信系統(tǒng)構(gòu)成及原理,了解信號變換過程。熟悉systemview軟件及實現(xiàn)該系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計。實現(xiàn)用該軟件實現(xiàn)CVSD-DPSK通信系統(tǒng)并進行仿真。具體要求: 熟悉CVSD-DPSK通信系統(tǒng)的構(gòu)成及原理。 在systemview環(huán)境中設(shè)計并搭建CVSD-DPSK通信系統(tǒng)電路實現(xiàn)系統(tǒng)功能。 要求采用3種不同頻率(20,100,100KHz)的載波分別進行實現(xiàn)。對系統(tǒng)進行仿真,并進行參數(shù)分析。專修過通信原理、單片機原理等課程,擁有一定的理論知識。目標: 熟悉CVSD-DPSK通信系統(tǒng)的構(gòu)成及原理。 在systemview環(huán)境中設(shè)計并搭建CVSD-

2、DPSK通信系統(tǒng)電路實現(xiàn)系統(tǒng)功能。 改變系統(tǒng)參數(shù),系統(tǒng)不同的仿真結(jié)果并進行分析。摘要:連續(xù)可變斜率增量調(diào)制(CVSD)是一種性能良好的音節(jié)壓擴自適應(yīng)增量調(diào)制,非常適合語音信號的編解碼,其硬件實現(xiàn)簡單,抗噪聲能力強。差分相移鍵控(DPSK)是一種將數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號,有利于信號在大部分信道中傳輸,其抗干擾能力強,誤碼性能好,頻帶利用率高。本設(shè)計主要是對語音信號進行CVSD調(diào)制,將產(chǎn)生的編碼通過DPSK調(diào)制解調(diào)系統(tǒng),有利于信號在信道中的傳輸,最后再通過CVSD譯碼將語音信號還原出來。通過分析CVSD和DPSK工作原理,在systemview環(huán)境下提出了系統(tǒng)仿真,并畫出了編譯碼仿真流程圖

3、,同時權(quán)衡各種參數(shù)的影響,合理選取了各參數(shù)的值。第2章 Systemview軟件介紹 Systemview軟件概述SystemView是美國ELANIX公司推出的,基于Windows環(huán)境下運行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具,它使用功能模塊(Token)去描述程序,無需與復(fù)雜的程序語言打交道,不用寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計與仿真,快速地建立和修改系統(tǒng)、訪問與調(diào)整參數(shù),方便地加入注釋。利用System View,可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)模混合系統(tǒng),各種多速率系統(tǒng),因此,它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)設(shè)計時,只需從System View配置的圖標庫中調(diào)

4、出有關(guān)圖標并進行參數(shù)設(shè)置,完成圖標間的連線,然后運行仿真操作,最終以時域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。SystemView的庫資源十分豐富,包括含若干圖標的基本庫(Main Library)及專業(yè)庫(Optional Library),基本庫中包括多種信號源、接收器、加法器、乘法器,各種函數(shù)運算器等;專業(yè)庫有通訊(Communication)、邏輯(Logic)、數(shù)字信號處理(DSP)、射頻/模擬(RF/Analog)等;它們特別適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計、仿真和方案論證,尤其適合于無線電話、無繩電話、尋呼機、調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星通訊等通信系統(tǒng);并可進行各種系統(tǒng)時域和頻域分析、譜分

5、析,及對各種邏輯電路、射頻/模擬電路(混合器、放大器、RLC電路、運放電路等)進行理論分析和失真分析。Systemview是用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設(shè)計、信號處理、完整通信系統(tǒng)設(shè)計與仿真,到一般系統(tǒng)的數(shù)學(xué)系統(tǒng)的模型的建立等各個領(lǐng)域。Systemview在一個可視化功能齊全的窗口下,為我們提供了嵌入式的分析工具。 第三章 CVSD調(diào)制模塊1、CVSD調(diào)制基本原理CVSD調(diào)制即為連續(xù)斜率可變增量調(diào)制,它是一種把信號上采樣的樣值作為預(yù)測值的單純預(yù)測騙碼方式。增量調(diào)制是預(yù)測編碼方式中最簡單的一種,它將信號瞬時值與前一個抽樣時刻的量化值之差進行量化,而且只對這個差值的符

6、號進行編碼,而不對差值的大小進行編碼,因此量化只限于正和負兩個電平,只用一比特傳輸一個樣值。如果差值是正的,就發(fā)“”碼,若差值為負的,就發(fā)“”碼,因此數(shù)碼“”和“”只是表示信號相對于前一時刻的增減,不化表信號的絕對值。在接收端,每收到一個“”碼,譯碼器的輸出相對于前一個時刻的值上升一個量階;每接收一個“”碼就下降一個量價。當收到連“”碼時,表示信號連續(xù)增長;當收到連“”時,表示信號連續(xù)下降。與PCM相比增量調(diào)制有以下優(yōu)點: (1) 在比特率較低時,增量調(diào)制的量化信噪比高于PCM的量化信噪比; (2) 增量調(diào)制的抗誤碼率性能好。能工作于誤碼率為的信道中,而PCM要求誤碼率通常為 (3) 增量調(diào)制

7、的譯碼器比PCM簡單。2、CVSD調(diào)制的設(shè)計原理和框圖 2.1 簡單增量調(diào)制的設(shè)計原理 總的來說,簡單增量調(diào)制要經(jīng)過編碼和本地譯碼兩個部分。它的編碼思想如下假設(shè)一個模擬信號 (為作圖方便起見,令 0),可以用一時間間隔為,幅度差為的階梯波形去逼近它,如圖2.1所示。只要足夠小,即抽樣頻率足夠高,且足夠小,則可以相當近似于。在這里把稱作量化階,稱為抽樣間隔。圖2.1 簡單增量調(diào)制的編碼過程逼近的物理過程是這樣的:在時刻用與比較,倘若,就讓上升一個量階段,同時調(diào)制器輸出二進制“1”;反之就讓下降一個量階段,同時調(diào)制器輸出二進制“0”。根據(jù)這樣的編碼思路,結(jié)合圖2.1去近似。而鋸齒波也只有斜率為正和

8、斜率為負兩種情況,因此也可以用“1”碼表示正斜率和“0”碼表示負斜率,以獲得一個二進制代碼序列。 簡單增量調(diào)制的本地譯碼思想如下與編碼相對應(yīng),譯碼也有兩種情況,一種是收到“1”碼上升一個量化階(跳變),收到“0”碼下降一個量化階(跳變),這樣就可以把二進制代碼經(jīng)過譯碼變成這樣的階梯波。另一種是收到“1”碼后產(chǎn)生一個正斜變電壓,在時間內(nèi)上升一個量化階,收到一個“0”碼產(chǎn)生一個負的斜變電壓,在時間內(nèi)均勻下降一個量化階。這樣,二進制碼經(jīng)過譯碼后變?yōu)槿邕@樣的鋸齒波。考慮電路上實現(xiàn)的簡易程度,一般都采用后一種方法。這種方法可用一個簡單RC積分電路把二進制碼變?yōu)椴ㄐ?,如圖2.2所示。圖中假設(shè)二進制雙極性代

9、碼為1010111時與的波形。圖2.2 簡單增量調(diào)制譯碼原理圖 2.2 簡單增量調(diào)制的總原理框圖 簡單增量調(diào)制總的原理框圖如下圖2.3比較器所示限幅電路反相器加法器放大器CP單雙變換積分器射隨器圖2.3 CVSD調(diào)制總原理框圖在圖2.3中,信號通過一個加法器得到誤差信號e(t),由于在經(jīng)過加法器后得到的是一個反相的信號,所以在加法器后還要再接上一上反相器以為信號變?yōu)楹驮瓉淼南辔灰粯?。然后再?jīng)過一個放大器再經(jīng)過一個零偏置電路得到一個雙極性信號,雙極性信號再通過一個限幅電路(相當于一個開關(guān)電路)把信號限制在03伏之間,信號再接入到一個比較器再加上CP脈沖出來得到一個單極性信號,信號再經(jīng)過一個單雙變

10、換把電壓信號轉(zhuǎn)換為雙極性電流信號I然后經(jīng)過一個積分器和射隨器得出一個反饋信號再接入到加法器。3、實驗原理和電路說明CVSD編碼系統(tǒng)分別由CVSD發(fā)送模塊和CVSD譯碼模塊模塊完成。CVSD編碼器模塊將模擬信號進行CVSD編碼,轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號在信道上進行傳輸。CVSD譯碼器模塊將信道上接收到的數(shù)字信號進行CVSD碼字譯碼處理,還原出模擬信號。CVSD編譯碼器使用了莫托洛拉公司生產(chǎn)的大規(guī)模集成電路MC34115芯片,該芯片可用于CVSD編碼,又可用作CVSD解碼,其取決于芯片第15腳的使能信號:“1”電平為編碼方式,“0”電平為譯碼方式。CVSD編譯碼器電路組成框圖參見下圖:1、 CVSD發(fā)送模塊

11、主要由CVSD編碼集成電路U801(MC34115)、運放U802(TL082)、本地譯碼器、音節(jié)濾波器和非線性網(wǎng)絡(luò)組成,CVSD發(fā)送模塊原理框圖見圖1.8.2所示。外部輸入的話音信號經(jīng)U802A緩沖放大之后,送U801的1腳進行CVSD話音編碼(CLKT_Data為32KHz的編碼時鐘),CVSD編碼之后的數(shù)據(jù)經(jīng)9腳輸出(CVSD_ENOUT)。R806、R807、R808、C805和C804組成的積分網(wǎng)絡(luò)完成本地譯碼;TP803是恢復(fù)的原始模擬信號(近似值),該信號通過2腳送入比較器與輸入信號進行比較。在TP804可以觀測到連碼一致性脈沖信號,R813、R814和C806構(gòu)成音節(jié)濾波器,用

12、于對連碼一致性脈沖進行平滑。U802B、D801、D802和周圍電阻組成非線性網(wǎng)絡(luò),使在大信號輸入時,量化階自適應(yīng)的增加,實現(xiàn)斜率連續(xù)可變的自適應(yīng)增量調(diào)制。在通信原理實驗箱中,CVSD_ENOUT編碼信號可直接送到CVSD譯碼模塊中,亦可經(jīng)信道調(diào)制系統(tǒng)(BPSK或DBPSK)送到接收端。2、 CVSD編碼框圖如下:3、 CVSD譯碼框圖如下:4、系統(tǒng)調(diào)試 本次系統(tǒng)調(diào)試可分為兩個步驟: 1. 開環(huán)時 接入加法器的反饋信號斷開,并使其接地。首先使輸入為一個高電平,反饋接地。由增量調(diào)制的原理可得: 由于沒反饋信號,誤差信號就是輸入信號,誤差信號經(jīng)過限幅和比較器輸出全為“1”的編碼。而積分器之后輸出的

13、本地譯碼則為正向性線增長的直線。 編碼輸出為: 1111111111 2. 閉環(huán)時 在閉環(huán)調(diào)試中,加法器的一端輸入信號源,另一端輸入反饋信號,加法器將輸出比較后的差值,如果差值是正的,則輸出為“1”表示,反之為“0”。輸出的此時如果輸入的為一個高電平,此時反饋信號從零開始,由于輸入大于輸出,所以此時輸出為“1”;在下一個時間周期內(nèi)輸入信號仍大于反饋信號,此時繼續(xù)輸出“1”。直到反饋信號大于輸入信號時,才輸出“0”。如此循環(huán)得到的碼型如下。如果輸入的是低電平,輸出的則先為“1”,再為“0”,如此循環(huán)。如下圖所示: 輸入為高電平時: 111101010。輸入為低電平時: 101010101。4、系

14、統(tǒng)仿真步驟與參數(shù) 系統(tǒng)仿真步驟: 1. 系統(tǒng)框圖初步確定仿真所要求的元器件在Systemview連好仿真圖,并進行仿真。 2. 對初步仿真的結(jié)果進行核查,并找出比較合適的參數(shù)。 3. 找出比較合適的波形,并記錄好各元器件的參數(shù)。 本次仿真的幾個關(guān)鍵器件參數(shù)設(shè)置如下: 如下圖6.1中信號源(器件8)的頻率設(shè)在3K,器件10中Gaim設(shè)為3;器件0中Select Comparision:a>=b True Output:3 ;器件5中設(shè)置為Gain Units選中Linear,Gain設(shè)為40e-3 ;器件1和11中l(wèi)nitial Condition先為Fill Last Regiter,T

15、oken Attribute選為Passive,Delay(samples)設(shè)為1。6、系統(tǒng)仿真圖與波形 系統(tǒng)仿真圖如下圖6.1所示圖6.1 系統(tǒng)仿真圖 系統(tǒng)輸入信號波形如下圖6.2所示圖6.2 系統(tǒng)輸入信號波形 系統(tǒng)輸出信號波形如下圖6.3所示圖6.3 系統(tǒng)輸出信號波形系統(tǒng)反饋信號波形如下圖6.4所示圖6.4 系統(tǒng)反饋信號波形第四章 DPSK的工作原理與設(shè)計思想一.DPSK信號產(chǎn)生原理DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對值去表示數(shù)字信息的一種方式。現(xiàn)假設(shè)用表示本碼元初相與前一碼元初相之差,并規(guī)定:=0表示0碼,=表示1碼。則數(shù)字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關(guān)系可舉例表示如PSK信號是

16、用載波的不同相位直接去表示相應(yīng)的數(shù)字信號而得出的,在接收端只能采用相干解調(diào),它的時域波形圖如下圖所示 圖3-1 2DPSK信號波形在這種絕對移相方式中,發(fā)送端是采用某一個相位作為基準,所以在系統(tǒng)接收端也必須采用相同的基準相位。如果基準相位發(fā)生變化,則在接收端回復(fù)的信號將與發(fā)送的數(shù)字信息完全相反。所以在實際過程中一般不采用絕對移相方式,而采用相對移相方式。定義為本碼元初相與前一碼元初相之差,假設(shè):=0 ,數(shù)字信息“0”;= ,數(shù)字信息“1”。則數(shù)字信息序列與2DPSK信號的碼元相位關(guān)系可舉例表示如下:數(shù)字信息: 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 DPSK信號相位:0 0 0 0 0 或:

17、0 0 0 0 0 0二DPSK的調(diào)制系統(tǒng)1. DPSK的調(diào)制工作原理DPSK信號的實現(xiàn)方法:首先對二進制數(shù)字基帶信號進行差分編碼,將絕對碼表示二進制信息變換為用相對碼表示二進制信息,再輸入載波信號,將基帶信號與載波信號相乘輸出2DPSK信號。2.DPSK的調(diào)制系統(tǒng)框圖 差分編碼乘法器輸入PN碼2DPSK輸出 圖3-2 調(diào)制框圖絕對碼: 相對碼: 載波: DPSK信號: 圖3-3 調(diào)制信號波形3. DPSK的解調(diào)系統(tǒng)二DPSK的解調(diào)工作原理1.DPSK信號屬于DSB信號,它的解調(diào),不再能采用包絡(luò)檢測的方法,只能相干解調(diào)。它可以采用相干解調(diào)法方式(極性比較法),但由于它對載波的同步性要求比較高,

18、不容易實現(xiàn),所以本次設(shè)計使用了差分相干解調(diào)法方式(相位比較法)。其解調(diào)原理是直接比較前后碼元的相位差,從而恢復(fù)發(fā)送的二進制數(shù)字信息。由于解調(diào)的同時完成了碼反變換作用,故解調(diào)器中部需要碼反變換器。DPSK信號先經(jīng)過帶通濾波器,去除調(diào)制信號頻帶以外的在信道中混入的噪聲,再與本地載波相乘,去掉調(diào)制信號中的載波成分,再經(jīng)過低通濾波器去除高頻成分,得到包含基帶信號的低頻信號,將其送入抽樣判決器中進行抽樣判決得到原基帶信號。 2. DPSK的解調(diào)系統(tǒng)框數(shù)據(jù)輸出帶通濾波器乘法器低通濾波器抽樣判決延時Tsabde定時脈沖2DPSK輸入 c圖3-4 解調(diào)框圖2DPSK信號a: b: c: d: 二進制信息e:

19、圖3-5 解調(diào)信號波形4.DPSK系統(tǒng)的設(shè)計思想考慮到以上幾節(jié)有關(guān)2DPSK的產(chǎn)生原理,調(diào)制解調(diào)工作原理與系統(tǒng)框圖,以及本次設(shè)計所需實現(xiàn)的設(shè)計指標,我們主要從以下幾個方面著手本次的設(shè)計: (1)搞懂設(shè)計原理,2DPSK的產(chǎn)生原理,在紙上畫出原理框圖以及理論上各點對應(yīng)的波形,理解各個器件的作用; (2)學(xué)習(xí)并熟悉Systemview軟件,根據(jù)軟件使用介紹,查找器件,設(shè)計參數(shù),連接系統(tǒng)。 (3) 進行軟件仿真,觀察各點輸出波形,與理論想比較,檢驗2DPSK的工作原理,記錄輸入序列、差分碼序列、DPSK信號、帶通輸出、低通輸出和解調(diào)輸出的波形,并分析。注:本次設(shè)計中:以“0”對于相位無變化,“1”對

20、應(yīng)于相位有變化,改變相。第4章 基于Systemview軟件DPSK仿真設(shè)計4.1 DPSK調(diào)制與解調(diào)總模型搭建圖4-1 DPSK調(diào)制與解調(diào)總模型圖4.2 參數(shù)設(shè)置與器件功能Token0:PN碼源參數(shù): Amp=1v、Offset=0v、Rate=100Hz、No.of levels=2;功能:輸入基帶碼元信號 (絕對碼),碼元速率為100HZ;Token2, Token7 :延時器參數(shù):sec=10e-3功能:延時T,2是為了生成差分碼,從而差分編碼;7是為了解調(diào)時恢復(fù)源碼;Token1:差分編碼器(異或)參數(shù):Threshold=0、True Output=1、False Output=-

21、1;功能:將前后碼元進行異或,實現(xiàn)差分編碼,得到相對碼;Token4:輸入載波,參數(shù):頻率f=1000HZ;Amp=1v,相位為0功能:提供載波,與相對碼相乘Token3、6:乘法器功能:相乘,3完成DPSK調(diào)制;5相當于整流;Token5:帶通濾波器參數(shù):Low Cuttoff=900HZ、 Hi Cuttoff=1100HZ;功能:取有用信號,去帶外噪聲;Token8:低通濾波器,參數(shù):Low Cuttoff=100HZ;功能:濾除高次諧波,取低頻率信號;Token9 ,Token10:構(gòu)成抽樣判決器參數(shù) :10門限,值為0;9當a大于等于b時輸出0,小于0時輸出1功能:對濾出的低頻信號進

22、行抽樣判決,恢復(fù)原來的碼元信號; Token11、12、13、14、15、16、17、18、19、20為觀察窗;功能:觀察各點波形,便于比較分析;注:(1)濾波器的參數(shù)得最后設(shè)計,其中帶通的兩個參數(shù)來自:1000+100HZ;(2)系統(tǒng)定時操作不能省略,采樣率應(yīng)為最高頻率的十倍以上,采樣點數(shù)以及起止時間應(yīng)選取恰當,便于觀察波形;(3)系統(tǒng)時延的確定:理論上的設(shè)計,碼元延時與差分相干解調(diào)時的延時,都為一個碼元速率,而給定為100HZ,因此取延時為0.01S.4.3 DPSK差分信號產(chǎn)生及相干解調(diào)波形的仿真與分析在進行仿真設(shè)計與結(jié)果分析時,我們將2DPSK系統(tǒng)分模塊討論,各模塊如下:(1)差分編碼

23、模塊(2)2DPSK調(diào)制模塊(3)2DPSK解調(diào)乘法器模塊(4)解調(diào)抽樣判決模塊4.3.1差分編碼模塊1) 輸入的二進制基帶波形(絕對碼):輸入的基帶信號(絕對碼)是二進制 雙極性偽隨機碼(即PN序列),碼元速率為100Hz。圖4-2 調(diào)制信號波形圖2)2DPSK調(diào)制中輸出的相對碼:輸入的基帶絕對碼經(jīng)過差分編碼器 轉(zhuǎn)換成相對碼。圖4-3 輸出地相對碼波形圖說明1:從左圖可以看出:系統(tǒng)實現(xiàn)了差分編碼功能;體現(xiàn)在,圖4-2與圖4-4相異或的結(jié)果正好為圖4-3.即bn=bn-1異或an,bn為差分編碼輸出,輸出為相對碼,an為基帶輸入,輸入為絕對碼;圖4-4調(diào)制信號時延t后的波形圖說明2:比較圖4-

24、2、與圖4-3,后圖與前圖波形上存在相位差,整體向右平移,定量為兩個小格,從坐標上看,時延為10e-3,這與我們設(shè)置的延時器的參數(shù)一致,說明軟件仿真結(jié)果與理論符合。4.3.2 2DPSK調(diào)制模塊1)基帶信號與載波信號相乘輸出的2DPSK信號:(載波頻率為1000 Hz)圖4-5 2DPSK信號波形圖2)經(jīng)過帶通濾波器輸出2DPSK信號波形:(載波頻率為1000 Hz)圖4-6 帶通濾波輸出波形圖說明3:圖4-5為基帶信號與載波信號相乘輸出的2DPSK信號,由于信號中含有有用信號,同時又含有大量的高次諧波與噪聲,因此圖中難以看出2DPSK信號;而圖4-6為經(jīng)過帶通濾波后波形,可見,經(jīng)過帶通濾波后,取出了有用信號,從圖中已能看出每個碼元的初始相位,分

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