基于SystemView的增量调制仿真设计.doc

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1、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 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、课程设计的容和原理三、设计的要求与各具体模块的实现四、设计结果分析与比较五、课程设计的总结与体会六、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与其工作原理。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、课程设计的容

2、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

3、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、解码原理与框图如上述所示。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

4、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、设计的要求与各具体模块的实现 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.系统组成与原理图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frequence sweep（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

5、=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

6、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（Filter input 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（Low Cutto

7、ff）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、 设计结果分析与比较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

8、，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

9、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

10、高频信号滤除了，只剩下低频信号。五、 课程设计的总结与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 动态系统分析与通信系统仿真设计,电子科技大学，2001； （2) 樊昌信，通信原理教程，电子工业，2008 ； （3）青松 数字通信系统的System View仿真与分析，航空航天大学，2001；11 / 11