1、目录一、摘要： 2二、实验目的： 2三、实验原理： 31.实验总体框图： 32.实验 DPCM 原理框图： 43.实验 PSK 调制解调原理框图： 5四、实训设计仿真过程： 71.DPCM 的编码与译码： 72.2PSK 的调制过程 83.基于 DPCM 和 2PSK 调制解调的系统仿真图： .94.主要参数设置： .11五、实训设计总结： .14六、参考文献： .14第十四组：200911513452 陈宁模拟信号的数字频带传输系统仿真基于 DPCM编码与 PSK调制一、摘要：随着电子技术和计算机技术的发展，仿真技术得到了广泛的应用。基于信号的用于通信系统的动态仿真软件 simulink 具
2、有强大的功能，可以满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用，形成多层系统，使系统设计更加简洁明了，便于完成复杂系统的设计。 simulink 具有良好的交互界面，通过分析窗口和示波器模拟等方法，提供了一个可视的仿真过程，不仅在工程上得到应用，在教学领域也得到认可，尤其在信号分析、通信系统等领域。其可以实现复杂的模拟、数字及数模混合电路及各种速率系统。 本实训主要阐述了如何利用 simulink 实现模拟信号数字频带传输系统的实现，模块主要由 2PSK 调制与解调、DPCM 编码与译码，通过simulink 仿真设计电路，分析仿真结果并了解模拟信号的数字频带传输过程。二、实验目的：1、了解模拟信
3、号的数字频带传输系统总体框图。2、掌握一个系统的整体过程，选取 PSK 的调制与解调，DPCM 的编码与译码，综合起来实现整个模拟信号的系统仿真。3、理解和会应用 simulink 仿真来实现 PSK 的调制和解调、DPCM 的编码以及译码。4、掌握把数字信号转化为模拟信号，即数字信号的译码，本实训采用的是DPCM 的解码。5、构造 simulink 仿真模型，通过查阅书籍，设计参数，以调试出仿真结果。6、结合仿真结果图，了解模拟信号的数字频带传输。三、实验原理：1.实验总体框图：乘法器coswt信 道抽样判决器定时脉冲码型变换输出信号总框图 1.1模拟信号的数字频带传输：数字信号的传输方式分
4、为基带传输（baseband transmission）和带通传输（bandpass transmission） 。而在大多数信道（如无线信道）因具有带通特性而不能直接传送基带信号，这是因为数字基带信号往往具有丰富的低频分量。为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程称为数字调制（digital modulation） 。在接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调（digital demodulation） 。通常把有调制器和解调器的数字通信系
5、统称为数字带通传输系统。在本次实训设计中，我们使用 DPCM 的编码与译码、二进制相移键控模拟信号DPCM 编码 码型变换双极性不归零S(t)带通滤波器e 2psk(t)相乘器 低通滤波器coswtDPCM 译码低通滤波器（2PSK）的模拟调制和相干解调来实现模拟信号的传输。2.实验 DPCM 原理框图：DPCM原理框图 1.2差分脉冲编码调制：差分脉冲编码调制（Differential PCM,DPCM）,简称差分脉码调制。是对模拟信号幅度抽样的差值进行量化编码的调制方式，这种方式是用已经过去的抽样值来预测当前的抽样值，对它们的差值进行编码。差值编码可以提高编码频率，这种技术已应用于模拟信号
6、的数字通信之中。对于有些信号(例如图像信号)由于信号的瞬时斜率比较大，很容易引起过载，因此，不能用简单增量调制进行编码，除此之外，这类信号也没有像话音信号那种音节特性，因而也不能采用像音节压扩那样的方法，只能采用瞬时压扩的方法。但瞬时压扩实现起来比较困难，因此，对于这类瞬时斜率比较大的信号，通常采用一种综合了增量调制和脉冲编码调制两者特点的调制方法进行编码，这种编码方式被简称为脉码增量调制，或称差值脉码调制，用 DPCM 表示。本次实训设计中使用 DPCM Encoder(差分脉冲编码调制编码器) 使用差分脉冲编码调制对输入信号进行量化和编码。DPCM 编码器的输入信号是一个标量，它产生两个输
7、出信号：编码输出和量化电平。由于 DPCM 编码器内部使用了抽样编码器模块，因此它与抽样编码器一样有两个参数：量化间隔和量化码本，这两个参数都是向量，其中量化间隔表示每个量化区间的边界，量化码本则表示量化区间的取值，则量化电平。为了在 DPCM 编码器中实现预测量化，除了需要制定量化间隔和量化码本外，还需确定预测量化多项式。DPCM Decoder(差分脉冲编码调制解码器)是用于还原 DPCM 信号的模块，它的输入信号是与 DPCM 编码相应的编码输出。DPCM 解码器有两个输出端口，第一个端口输出还原之后的信号，第二个端口输出量化电平，它等价于 DPCM 编码器第二个端口的输出。和 DPCM
8、 编码器一样，DPCM 解码器采用预测量化的方法估计出值，并且计算出这个过程的误差。DPCM 解码器的参数应该与对应的 DPCM编码器的参数保持一致。3.实验 PSK 调制解调原理框图：coswt输出信号coswtPSK调制解调原理框图 1.3二进制相移键控原理：相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。2PSK 中，通常用初始相位 和 0 别表示二进制“1”和“0” 。因此，2PSK信号的时域表达式为： (t)=Acos t+ ) 其中， 表示第 n 个符号的绝对相位：双极性不归零 e 2psk(t)码型变换 乘法器 带通滤波器 乘法器 低通滤波器抽样判决器 码型变换
9、定时脉冲输入信号= 因此，上式可以改写为这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。2psk信号的时间波形图 1.42PSK 信号的调制原理：本次实训设计 2PSK 信号的调制使用模拟调制法，即在 2PSK 中 s(t)要通过一个码型变换转换为双极性不归零码，再通过一个乘法器与正弦载波相乘进行调制。在 PSK 调制时，载波的相位随调制信号状态不同而改变。如果两个频率相同的载同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，此时它们就处于“同相”状态；如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为“反相” 。一般把信号振荡一次（
10、一周）作为 360 度。如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差 180 度，也就是反相。当传输数字信号时， “1”码控制发 0 度相位，“0”码控制发 180 度相位。载波的初始相位就有了移动也就带上了信息。2PSK 信号的解调原理：2 PSK 信 号 属 于 DSB 信 号 ， 它 的 解 调 ， 不 能 再 采用 包 络 检 测 的 方 法 ， 只 能 进 行 相 干 解 调 ： PSK 信 号 本 身 就 是 利 用 相 位 传 递 信息 的 ， 所 以 在 接 收 端 必 须 利 用 信 号 的 相 位 信 息 来 解 调 信 号 。 原 理 框 图 1.3中 解 调
11、部 分 ： 2PSK 调 制 信 号 经 过 带 通 滤 波 的 信 号 在 乘 法 器 中 与 载 波 相 乘 ，然 后 用 低 通 滤 波 器 滤 除 高 频 分 量 ， 然 后 再 进 行 抽 样 判 决 。 判 决 器 是 按 极 性来 判 决 的 ： 即 正 抽 样 值 判 为 0， 负 抽 样 值 判 为 1。2PSK 信 号 相 干 解 调 各 点 时 间 波 形 如 图 1.5 所 示 。 图 中 ， 假 设 相 干 载 波的 基 准 相 位 与 2PSK 信 号 的 调 制 载 波 的 基 准 相 位 一 致 （ 通 常 默 认 为 0 相 位 ） 。但 是 ， 由 于 在
12、2PSK 信 号 的 载 波 恢 复 过 程 中 存 在 着 180 度 的 相 位 模 糊（ phase ambiguity） 即 恢 复 的 本 地 载 波 与 所 需 的 相 干 载 波 可 能 同 相 ， 也 可能 反 相 ， 这 种 相 位 的 不 确 定 性 将 会 造 成 解 调 出 的 数 字 基 带 信 号 与 发 送 的 数 字基 带 信 号 正 好 相 反 ， 即 “1”变 成 “0”,“0”变 成 “1”， 判 决 器 输 出 数 字信 号 全 部 出 错 。 这 种 现 场 称 为 2PSK 方 式 的 “倒 ”现 象 或 “反 相 工 作 ”。 1010sT tab
13、cd1 tttte11100PSK 信 号 相 干 解 调 时 各 点 波 形 图 1.5四、实训设计仿真过程：1.DPCM的编码与译码：DPCM的编码与译码 simulink仿真图 1.6信号经过 DPCM 编码器和译码器之后的图形：DPCM编码译码仿真结果波形图 1.72.2PSK的调制过程：2PSK的调制 simulink仿真图 1.8根据要求要使编码信号进行转换，否则直接调制 DPCM 编码出的信号，会发生错误，因此我们需要 Integer to Bit Converter（整数变二进制数转换器）模块，将其的参数为 2 位。将整数数字信号转换为二进制的编码值。在设计过程中，我们需要建立
14、一个子系统 Subsystem 模块，其输入用 In 模块表示，输出用 OUT 模块表示，一个子系统可以有多个输入、输出。Subsystem为一个子系统：则在进行 PSK 调制前信号必须进行帧转换，将经 DPCM 编码量化为 2 比特的编码序列以每帧的形式输出，每一帧含有 2 个比特，再经过缓冲器(buffer)和解缓冲器(unbuffer)将比特一个一个的输出。2PSK 调制过程：经过子系统后，信号就可以调制了。本次设计中使用模拟调制法，Unipolar to Bipolar Converter（极性转换器）模块即将单极性信号转换为双极性，转换参数都应为 2。 载波的频率设为 4，这是根据载
15、波的频率必须是输入信号频率的两倍来设置的。即完成调制过程。3.基于 DPCM 和 2PSK 调制解调的系统仿真图：模拟信号的数字频带传输系统仿真图 1.9模拟信号经过 DPCM 编码、2PSK 的模拟调制、通过加性高斯白噪声信道AWGN、2PSK的解调，DPCM 译码，完成模拟信号的数字频带传输过程。其结果图：DPCM编码以及 2PSK调制结果图 1.10经过信道后 2PSK解调以及 DPCM译码结果图 1.11最后译码出的波形与原始模拟信号波形有很大的误差，因为在传输过程中加了高斯白噪声。4.主要参数设置：输入正弦信号参数图 4.1 载波参数图 4.2转换器的参数图 4.4DPCM编码器参数
16、图 4.3码型变换器参数图 4.5相乘器的参数图 4.6 加性高斯白噪声信道参数图 4.7抽样判决器参数图 4.8码型变换器参数图 4.10带通滤波器参数图 4.9 DPCM译码器参数图 4.12低通滤波器参数图 4.11五、实训设计总结：本次课程设计在刚开始的过程中无从下手，对于 m 文件的编写没有较好的理解，最终决定用 simulink 仿真来实现模拟信号基于 DPCM 编码译码与 2PSK 的调制解调的传输。实训设计过程中我们能够比较系统的了解理论知识，掌握了2PSK 调制解调的工作原理及 DPCM 编码译码原理，学会了使用仿真软件simulink 来实现通信系统的设计，对以后的学习和工
17、作都起到了一定的作用，加强了动手能力和专业知识。 通过这次课程设计让我们知道了，将平时所学的知识加以实践并不是一件容易的事，实训设计主要是我们理论知识的延伸，它的目的主要是要在设计中发现问题，并且自己要能找到解决问题的方案，形成一种独立的意识。我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少，巩固我们已经学会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把这门课学的扎实。在做课程设计的过程中总会出现各种问题，在这种情况下我们都会努力寻求最佳路径解决问题，无形间提高了我们的动手，动脑能力，并且同学之间还能相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识。总的来说，这次课程设计让我们收获颇多，不仅让我们更深一步理解书本的知识，提高我们分析问题和解决问题的能力，而且让我们体会到团队的重要性。六、参考文献：1 樊昌信,曹丽娜通信原理（第 6 版） ，国防工业出版社，20062 姚俊,SIMULINK 建模与仿真,西安电子科技大学出版社 ,2001.3徐明远,昭玉斌仿真在通信与电子工程中的应用, 西安电子科技大学出版社 2005
