自基于SystemView的增量调制仿真.docx

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自基于SystemView的增量调制仿真

《通信原理》

课

程

设

计

报

告

题　目：

　增量调制　

专　业：

　　电子信息工程　

班　级:

　　　电子２班　　

姓名:

　　庄昆瑜　　

学　号:

080４0３0221　

　　湖南科技大学信息与电气工程学院

　二○一一年六月

目　录

一、课程设计的目的

二、课程设计的内容和原理

三、设计的要求及各具体模块的实现

四、设计结果分析及比较

五、课程设计的总结及体会

六、参考文献

一、课程设计的目的

1.通过实验加深对课本理论知识的理解。

2.掌握SyｓｔeｍＶiｅw进行通信原理仿真的方法。

3.通过实验进一步掌握增量调制系统的构成及其工作原理。

4.通过实验现象对比，了解系统各项参数对系统性能的影响。

5.通过实验提高自己独立分析问题和解决问题的能力。

二、课程设计的内容和原理

本课程设计通过ＳｙｓtemＶｉew仿真对模数转换和压缩编码的重要方法－-增量调制（DM）进行了验证和研究,增量调制（DM）是对信号相邻样值的增加量进行1比特量化编码的方式。

它是在脉冲编码调制（PCM）方式的基础之上发展起来的一种模拟信号的数字化传输方式。

增量调制是差值脉冲编码调制的一个重要特例,也称为1ｂiｔ量化的差值脉冲编码调制。

在增量调制系统中，抽样频率要比PCＭ高得多,叫做过抽样。

量化器把预测差值仅量化为＋或-1两值之一,即１ｂ　it量化器,预测器常用一阶预测，可用积分器实现，由于抽样频率增加,相邻样值之间的相关性增加，因而使预测增益提高。

线性增量调制原理基本思想是对抽样值与预测值的差值进行量化。

当

分脉冲编码调制（DＰCＭ）系统的量化电平取为2和预测器是一个延迟为Ｔｓ的延迟线时,该DPCM系统被称作为增量调制系统。

当量化台阶（也称量化间距）

为常数时,系统预测值或者系统恢复值以线性变化的趋势跟踪输入信号,也叫线性增量调制（LDＭ）。

其编码、解码原理及框图如上述所示。

这里量化实质上就是一个常数（此常数为量化台阶

）和符号函数（ｓｉgｎ）的乘积。

线性增量调制编码与解码设计实现如下图１和图2所示:

　　　　　　　图1增量调制系统的编码器

系统设计如图1（编码器）、图2（解码器）所示:

差分

m（k）-

k=e,被量化成+

或-

即eoｋ=＋或-

值称之为量化台阶。

ｅoｋ是二进制符号，可经信道传输给远方的增量调制解码器

　　　　　　图2增量调制系统的解码器

三、设计的要求及各具体模块的实现

　1.设计的要求

（１）分析各个模块在系统中的作用，并说明系统构成的原理。

（2）说明系统各个参数设定的具体依据。

（３）改变系统参数,结合输出波形分析造成输出波形失真的原因。

2.系统组成及原理

　　　　　　　图3系统设计框图

该系统是一个简单的基于ＳysｔemViｅw的增量调制仿真实验电路图，系统信号源通过freqｕeｎceｓｗｅep（图符３２）产生起始频率１０0Ｈz,终止频率10Khｚ的波形来模拟。

图符5为一个比较器（作为判决器），图符29、2１、10构成了一个预测器,判决器输入信号a与预测器的预测值b进行比较，当ａ>=b时判决器输出＋1，否则输出-1。

预测器预测值实际就是上一时刻的抽样值与差值（△）的叠加，图符１0改变增益就可以改变△大小，而图符21（加法器）正是完成了上一时刻的抽样值与差值（△）的叠加。

解码器部分直接使用积分器和巴特沃斯低通滤波器组成，低通滤波器主要用来滤除输出信号中的高频成分，使输出波形更加平滑。

图符１3，２6,２８分别输出显示输出波形、经过判决器抽样后的波形、输入波形。

3.系统各个参数设定和具体依据

　　（１）输入信号频率设置

输入信号频率设置不能过高，本系统设置为初始频率10０Ｈｚ,终止频率10e＋３,频率过高会产生斜率过载（量化）失真,这是因为频率过高,会导致输入信号频率的斜率增大，当其大于抽样周期决定的固定斜率时，量化阶（△）便跟不上信号斜率的变化，因而产生斜率过载（量化）失真。

（２）比较器（判决器设置）

　　输入信号为a，预测采样值为ｂ，根据增量调制原理,当a>=b时输出为1，反之为-1。

（3）预测器增益设置

　预测器增益设置要根据输入信号的频率设置,因为这个增益值决定了量化阶（△）的大小,频率越大,量化阶应该设置更大一些，否则会发生量化失真。

（4）输出信号低通滤波器参数设置

　　根据采样定理低通滤波器输入信号采样频率（Ｆiｌterinpｕt　sａmpｌｅ）必须大于输入信号频率的2倍,本系统输入频率为10KHｚ，因此我们将采样频率设置为30KHz而低通滤波器截止频率（ＬowＣuttoｆf）最大不能高于采样频率两倍，当然截止频率不宜设置得过高，否则会引入高频噪声，也不可以设置得过低，否则会将有用信号也滤掉,本系统我们选用1KHz。

四、设计结果分析及比较

Sink13显示波形

Ｓiｎk２5显示波形

Ｓink28显示波形

　有实验结果分析可知,输出端（Siｎk1３）较好的还原了输入信号（Sink25），经过判决器后输出的波形为连续的1和－１，从波形上来看,就是一些看似无规律的方波，而积分器正是在这些方波为高（即1）时积分，而在为低（-1）时反积分，从而还原输入信号。

但是在上图中我们看到在信号低频部分（即波形左边部分）有失真现象,这是因为量化阶（△）设置比较大,虽然能够较好的还原高频部分，但却在低频部分却产生了失真,下面我们通过减小预测器中增益器（图符１0）的增益来减小量化阶（△）。

将增益改为100e-3

　　　原输入信号

　　　　增益改变前（200e-3）的输出信号

　　　增益改变后（100e－3）的输出信号

通过以上两张输出波形对比，我们发现增益减小后低频部分曲线明显圆滑了很多,说明改变前低频失真是由于量化阶过大，曲线的变化梯度要小于量化阶。

但是我们同时也发现增益改变后输出信号的高频部分（波形的右边部分）出现了交严重的失真，这个失真就是我们前面所讲到的斜率过载（量化）失真。

下面我们再来讨论下滤波器参数对系统的影响。

首先我们改变改变一下滤波器的截止频率，看看会对系统产生什么影响。

　　　　　　　　　　将滤波器采样频率减小到20ｅ＋3

　　　原输入信号波形

　　　　　采样频率改变前（３0ｅ+3）的输出波形

　　　　　　　　　　采样频率（2０e＋3）改变后的输出波形

　　通过以上两输出波形图对比可知,采样频率减小后，输出波形发生严重失真，说明采样频率设置较高可以更好的还原输入信号。

接着我们改变一下滤波器的截止频率,看看会对系统产生什么影响。

将截止频率调高至５ｅ+3Hｚ

　　　　截止频率调高后（5ｅ+３Hｚ）的输出波形

将截止频率调低至100Hz

　　　　　　　　　　将截止频率调低后（100Hｚ）的输出波形

　　　　　　　截止频率改变前（１e+3Hz）的输出波形

　通过对比以上三张输出波形图,可以明显看到,当截止频率调的过高时引入了高频噪声，导致输出波形出现毛刺；而将频率调的过低后将输入滤波器的有用高频信号滤除了,只剩下低频信号。

五、课程设计的总结及体会

通过这次课程设计,我较熟练的掌握了SyｓｔemView进行通信原理仿真的方法和技巧。

之前也经历了很多失败,一是对软件还不够熟悉,更主要的是因为没有充分理解增益调制的原理，懵懵懂懂的开始操作失败是必然的。

通过认真查阅资料、仔细看书我对试验原理有了较为全面的理解。

实验初步成功后我反复改变实验参数，并猜测其可能导致的实验结果,期间有不少试验结果与我的猜想一致，这令我十分兴奋。

这个过程是新奇和快乐的，它不仅加深了我对理论知识的理解，同时也提高了自身独立思考问题和解决问题的能力。

六、参考文献

（1）罗卫兵　《SYＳTＥMVIEW动态系统分析及通信系统仿真设计》，西安电子科技大学,200１；

（2）　樊昌信,《通信原理教程》，电子工业出版社，２0０8;

（3）青松　　《数字通信系统的SyｓｔemVｉew仿真与分析》,北京航空航天大学出版社,200１；