基帶傳輸系統(tǒng)實驗報告

1、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)實驗名稱:數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)systemview仿真實驗條件:systemview仿真軟件破解版,電腦實驗原則:力求條理清晰,結(jié)構(gòu)分明,層次緊致,盡量將應(yīng)有的模塊打包放入子系統(tǒng),方便以后的模塊修改,每個模塊對其余模塊全部是透明的,定義每個模塊的需要設(shè)置的參數(shù),根據(jù)其余模塊或者整個系統(tǒng)對參數(shù)進行修改,任何一個子系統(tǒng)的控制用時鐘信號都必須從外面引入,方便系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計!對每一個關(guān)鍵的部位加上應(yīng)有的注釋!實驗?zāi)K:信源子系統(tǒng),CMI編碼,CMI譯碼,位同步子系統(tǒng),幀同步子系統(tǒng),幀復(fù)用解調(diào)模塊!實驗?zāi)K簡介: 信源子系統(tǒng) : 將多路信號按幀的大小進行復(fù)用并加入控制幀,控制幀采用巴克碼,方

2、便在解調(diào)時對巴克碼的識別.本實驗中采用的是三路信號的復(fù)用,其中一路為巴克碼! CMI編碼: 用可變分頻器的實現(xiàn)方法：一般分頻器是通過計數(shù)器完成，計數(shù)器的范圍為0（N1），這里N為分頻數(shù)。當(dāng)計數(shù)器達到（N1）是地，對計數(shù)器進行復(fù)位，進入下一輪計數(shù)。通過改變N的大小，從而達到可變分頻計數(shù)的目的。對于可變計數(shù)器的輸出，輸出占空比為50%的方波信號。這是通過判決電路實現(xiàn)的：當(dāng)計數(shù)器計數(shù)小于N/2時輸出為1，其它為0。 CMI譯碼:根據(jù)CMI碼的特點,11與00表示1,用10表示0,這樣可以用相鄰的兩位進行異或就可以得到原編碼的的反碼,然后取反就是!設(shè)計思路就是讓相鄰的兩位異或就可以得到原來的數(shù)據(jù)! 位

3、同步子系統(tǒng):位同步子系統(tǒng)是根據(jù)相位加減設(shè)計的,當(dāng)同步信息和碼元不同步時,可以根據(jù)碼元與同步信息是否超前或者滯后來決定是采取打開扣除門還是附加門來增加或者減少相位,來達到同步!10分頻 幀同步子系統(tǒng): 本模塊可分為巴克碼識別器及同步保護兩部分。巴克碼識別器包括移位寄存器、相加器和判決器組成,而其余部分為同步電路保護部分. 基帶信號里的幀同步碼無錯誤時（七位全對），把位同步信號和數(shù)字基帶信號輸入給移位寄存器，識別器就會有幀同步識別信號輸出! 時分復(fù)用解調(diào)子系統(tǒng):通過幀同步提取同步信息,并通過電路去除同步幀巴克碼,然后再位同步信息作為時鐘信號的前提下將兩路數(shù)據(jù)信號分離開來,然后通過串并轉(zhuǎn)換將信號轉(zhuǎn)換

4、為并行信號并輸出!實驗?zāi)K詳細設(shè)計介紹信源子系統(tǒng)電路設(shè)計思路幀信息設(shè)計詳細圖時鐘信號通過4分頻和8分頻以及16分頻以后形成控制信號，用信號來控制三個8位選擇器的選擇輸出！三個波形如下圖所示：可以看出反相之后就可以形成000 001 010 011 100 101 110 111的八個信號選擇八位選擇器選擇輸出，八路信號選通輸出的周期為8*e-6HZ從而達到了串并轉(zhuǎn)換的目的！選擇時鐘有時鐘信號1的八位組成！所以八位選擇器的時鐘頻率為1/32*e+6HZ！三路信號的輸出，從輸入的時鐘信號是八路選擇器選通八路信號的時鐘，這樣可以保證三選一電路每次選通到下一次選通都可以使八路選擇器進入一個新的循環(huán)！如

5、上圖產(chǎn)生的信號為10,11,00用來選通三路信號，時間剛好是上面加在八選一上面的八倍！當(dāng)三路信號生成之后再經(jīng)過一個八路選擇器按相關(guān)方式選擇輸出三個信號中的一個，所需要的時鐘頻率必須為前面所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號的長度，及控制時鐘頻率應(yīng)該為1/32*e+6HZ！巴克碼序列作為幀同步信號加到數(shù)據(jù)幀的最前面，用來做幀同步信號，本信源子系統(tǒng)中使用的巴克碼是111001再在巴克碼前面加一位保護碼元0一起構(gòu)成幀同步碼元！在上述系統(tǒng)中使用的數(shù)據(jù)是自定義數(shù)據(jù)。輸出波形如下所示兩路數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分別為11101010和10111100在三路信號通過并串轉(zhuǎn)換合并成一路信號構(gòu)造方式如下圖所示波形如下所示從上圖可以看出三路信號通

6、過幀復(fù)用已經(jīng)合成了一幀信號，利于在信道上面的傳輸！CMI編碼電路子系統(tǒng)設(shè)計思路電路圖與計數(shù)與非鍵控選擇或使用的編碼用的時鐘頻率為500e+3HZ，而系統(tǒng)外面使用的頻率為1e+6HZ，這樣可以使輸出一個1的時候在外部電路即可表示為11.0的時候就可以表示為00！碼元1編碼為11和00交替主要通過計數(shù)器來完成。，計數(shù)器的范圍為01，。當(dāng)計數(shù)器達到1時，對計數(shù)器進行復(fù)位，進入下一輪計數(shù)。而0的編碼主要是通過鍵控來完成，0非之后就是取1，與一個step 函數(shù)進行監(jiān)控調(diào)制可以編碼為01.然后再通過或門輸出！CMI編碼模塊:電路圖如下所示:編碼后的波形如下圖所示：從上述波形中可以看出編碼后的碼元速率是編碼

7、前碼元速率的兩倍，并且根據(jù)波形的對比，編碼前后的波形編碼正確！ CMI譯碼子系統(tǒng)譯碼原則是根據(jù)11&00->1；01->0，因此可以對相鄰兩位進行同或或者抑或之后取反。因此對一個信號進行延遲一個碼元，與另外一個信號進行抽樣，并且抽樣的頻率為馬元速率的1/2，這樣就可以得到相鄰兩位在兩個不同的信道路上。譯碼設(shè)計原理圖：譯碼設(shè)計的電路圖：仿真之后的波形圖如下所示：上圖中第二個波形為信號通過信道之后得到的加性噪聲之后的波形，第一個波形為信源子系統(tǒng)時分復(fù)用之后輸出的波形，第三個波形為譯碼之后輸出地波形，從仿真結(jié)果上面看，譯碼之后的波形除了在信號上面的延遲，碼元是完全一致的，可以得出

8、信號的傳輸實現(xiàn)了消除碼間串?dāng)_和噪聲干擾之后的無差錯傳輸！ 位同步子系統(tǒng)位同步電路由高穩(wěn)定度振蕩器（晶振），分頻器，相位比較器和控制器組成其中控制器包括扣除門、附加門和或門高穩(wěn)定度晶振產(chǎn)生的信號經(jīng)整形電路變成周期性脈沖，然后經(jīng)控制器再送入分頻器，輸出位同步脈沖序列若接收碼元的速率為f (波特），則要求位同步脈沖的頻率也為f 赫茲這里晶振的頻率設(shè)計在nf 赫茲，它經(jīng)扣除門和或門并n 次分頻后，就可得到頻率為f 赫茲的位同步信號。 如果接收端晶振經(jīng)n 次分頻后，不能準確和收到的碼元同頻同相，這時就要根據(jù)相位比較器輸出的誤差信號，通過控制器對分頻器進行調(diào)整調(diào)整的原理是當(dāng)分頻器輸出的位同步脈沖超前于接收

9、碼元的相位時，相位比較器就送出一超前脈沖，加到扣除門（常開）的禁止端，扣除一個a 路脈沖，這樣分頻器輸出脈沖的相位就推后1/n 個周期；若分頻器輸出的位同步脈沖相位滯后于接收碼元的相位，相位比較器就送出一滯后脈沖，加于附加門，使b 路輸?shù)囊粋€脈沖通過或門, 插入在原a 路脈沖之間，使分頻器的的輸入添加了一個脈沖于是，分頻器的輸出相位就提前1/n 周期這樣反復(fù)調(diào)整從而實現(xiàn)相位同步，最后得到本地位同步信號設(shè)計的電路圖如下圖所示模塊30 是一個微分器，它將信源輸入的數(shù)據(jù)流信號進行微分模塊31 是一個全波整流器，它將負向脈沖變換為正相脈沖模塊32、39、40、42 都是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其脈寬是可以自行設(shè)

10、定的，此處這4 個模塊的脈寬都被設(shè)定為1×10 7s可以對相位的補償作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整！模塊37、38、41、42為與門模塊36、44、46 為非門模塊47 為或門模塊33、51、52 為用戶自定義模塊，這里用做單穩(wěn)態(tài)模塊的使能信號模塊35 是脈沖信號源，這里用做本振信號，它的頻率定義為5×106Hz模塊43 為分頻器，此處定義的分頻系數(shù)為10，分頻比是和輸入數(shù)據(jù)的波特率和本振頻率有關(guān)的，它們應(yīng)當(dāng)滿足前面數(shù)字鎖相環(huán)中的要求。實驗仿真波形圖如下圖所示從上敘波形可以看出位同步信號輸出的頻率為1e+6,滿足外部電路的時鐘頻率的要求，該同步電路除了對輸入信號進行同步之外，還可以作為解調(diào)

11、，幀同步信號的時鐘信號！幀同步子系統(tǒng)設(shè)計的思路原理圖如下所示：本模塊可分為巴克碼識別器及同步保護兩部分。巴克碼識別器包括移位寄存器、相加器和判決器。當(dāng)基帶信號里的幀同步碼無錯誤時（七位全對），把位同步信號和數(shù)字基帶信號輸入給移位寄存器，識別器就會有幀同步識別信號輸出。電路中同步保護器的作用是減小假同步和漏同步。設(shè)計電路圖：無基帶信號輸入時，識別器沒有輸出（即輸出為0），與門（63）關(guān)閉、與門（64）打開，單穩(wěn)輸出信號通過與門（64）后輸入到÷3電路，÷3電路的輸出信號使狀態(tài)觸發(fā)器置“0”，從而關(guān)閉與門（71），同步器無輸出信號，此時Q的高電平把判決器的門限置為7、且關(guān)閉或門

12、、打開與門（63），同步器處于捕捉態(tài)。只要識別器輸出一個巴克碼識別信號，與門4就可以輸出一個置零脈沖使÷24分頻器置零，÷24分頻器輸出與GAL信號同頻同相的的周期信號。識別器輸出的GAL脈沖信號通過與門1后使狀態(tài)觸發(fā)器置“1”，從而打開與門（84），輸出幀同步信號，同時使判決器門限降為6、打開或門、同步器進入維持狀態(tài)。在維持狀態(tài)下，因為判決門限較低，故識別器的漏識別概率減小，假識別概率增加。但假識別信號與單穩(wěn)輸出信號不同步，故與門（63）、與門（64）不輸出假識別信號，從而使假識別信號不影響÷24電路的工作狀態(tài)，與門（71）輸出的仍是正確的幀同步信號。仿真波形如

13、下圖所示：從上圖可以看出每24個碼元，就輸出一個單脈沖，又由于信號源信號每個幀都是有24個碼元構(gòu)成的，故幀同步檢測結(jié)果是完全正確的！，當(dāng)每次電路的巴克碼識別信號發(fā)生作用時就向保護電路部分發(fā)出一個信號，是輸出端同時輸出一個單脈沖波形！幀復(fù)用解調(diào)子系統(tǒng)在該子系統(tǒng)模塊中，譯碼后的信號作為數(shù)據(jù)輸入信號，位同步信號作為時鐘信號，對幀復(fù)用進行解調(diào)，幀同步信號用來提取相關(guān)的每一個幀和每一個幀里面的數(shù)據(jù)，然后通過移位寄存器，將數(shù)據(jù)按照每八位將數(shù)據(jù)輸出，然后經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換就可以恢復(fù)出原始輸入的兩路信號！實驗設(shè)計思路 需要引入的三路信號分別為位同步信號,幀同步信號,以及數(shù)據(jù)信號!,使用位同步信號作為時鐘信號,進過單

14、觸發(fā)器之后,對原有的波形進行整流用作時鐘信號,幀同步信號用于幀的定位,開始幀頭在數(shù)據(jù)幀的起始位置,可以用一個把位移位寄存器將從幀頭開始的前八位數(shù)據(jù)輸出,當(dāng)前八位數(shù)據(jù)輸出之后,幀同步信號通過D觸發(fā)器一直保持,同時D觸發(fā)器的使能端為0,所以D觸發(fā)器一直不輸出,當(dāng)前八位數(shù)據(jù)輸出之后,單脈沖產(chǎn)生一個上升沿,D觸發(fā)器有效,是幀同步信號輸出,得到的波形也因此向后移動八位指向第一路信號的第一個數(shù)據(jù),然后將幀同步信號取反與數(shù)據(jù)進行AND,然后進入一個8移位寄存器,可已經(jīng)第一路數(shù)據(jù)提取出來,同時幀同步信號進過另外一個D觸發(fā)器,將信號保持,當(dāng)?shù)谝宦窋?shù)據(jù)讀取完畢之后,將D觸發(fā)器置為有效,此時幀頭相對于開始已經(jīng)向后延

15、遲了16個碼元,此時幀頭指向了第二路數(shù)據(jù)的第一個數(shù)據(jù),然后將數(shù)據(jù)與此時的同步信號取反進行AND,就可以屏蔽掉出第二路信號的其余所有信號,然后經(jīng)過一個8位的移位寄存器就可以將信號輸出.將輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換之后輸出,就可以恢復(fù)輸入的數(shù)據(jù).巴克碼(幀頭) 第一路數(shù)據(jù) 第二路數(shù)據(jù)設(shè)計的解幀復(fù)用電路圖如下所示該電路根據(jù)幀同步信號和位同步信號（時鐘信號）通過對這兩路信號變換之后，提取出巴克碼，第一路數(shù)據(jù)，第二路數(shù)據(jù)，然后將第一路和第二路數(shù)據(jù)輸出來，其每路數(shù)據(jù)的八位提取都是經(jīng)過8位移位寄存器對每來的八位信號根據(jù)控制信號，對信號進行移位輸出，然后通過串并轉(zhuǎn)換電路將信號解調(diào)出來！仿真的波形圖如下所示從上圖可

16、以看出每路信號的輸出相對于原信號來說都是非常正確的，但是碼元寬度被拓寬。所以可以得出該解碼子系統(tǒng)在功能上面還是相當(dāng)?shù)臏蚀_的！完整的系統(tǒng)完整的基帶傳輸系統(tǒng)應(yīng)該包括基帶信號成型器，基帶信號編碼器，基帶信號的調(diào)制，基帶信號的解調(diào)，基帶信號的譯碼，基帶信號的還原！設(shè)計模塊如下所示：本實驗中設(shè)計的框架圖設(shè)計的電路圖如下所示由于系統(tǒng)采用的是模塊化的設(shè)計思路，所以該系統(tǒng)看起來條理非常的清晰，不同模塊之間是完全獨立的兩部分！相互之間也是完全透明的！每一個單獨的模塊都經(jīng)過單獨的測試然后再調(diào)整好參數(shù)之后接入整個系統(tǒng)的，所以設(shè)計中并沒有出現(xiàn)很大的問題，這鬼根于良好的設(shè)計思路！下面給出仿真的波形圖對比：輸入信號第一路

17、輸入信號第二路加上巴克碼合成之后的信號從上述可以看出幀復(fù)用之后，按照8位巴克碼，8位第一路信號數(shù)據(jù)，8位第二路信號數(shù)據(jù)的方式排列成一個幀，這樣可以看出復(fù)用之后的信號是完全正確的！信道傳輸后被噪聲干擾之后的信號可以看出波形和信源合成之后的波形很像，但是經(jīng)過信道之后的經(jīng)過噪聲干擾之后，在信號上產(chǎn)生了很多毛刺，毛刺的大小與多少需要根據(jù)加性噪聲的大小來決定！譯碼之后的波形從波形可以觀察到譯碼之后的波形和信源輸出地波形是完全一樣的，所以該系統(tǒng)的解碼十萬卻正確的，而且該解碼方法對同步的要求幾乎為0！經(jīng)過時分復(fù)用解調(diào)之后的信號如下圖所示第一路信號第二路信號可以觀察到還原之后的信號與信號源輸入的信號波形是完全

18、一致的,除了在碼元寬度上面的差距之外,其余完全一致,故該系統(tǒng)經(jīng)過各個子系統(tǒng)之后輸出是在正確的,故該系統(tǒng)仿真正確!基帶傳輸調(diào)試過程 從本課程設(shè)計的思路到最后完成共花費時間斷斷續(xù)續(xù)用了兩周的時間,從中遇到的困難也是有很多很多,一開始由于對系統(tǒng)的理解錯誤,設(shè)計成一個調(diào)頻,解調(diào)的系統(tǒng),用的是頻分復(fù)用,并沒有考慮到幀的復(fù)用.開始的初步設(shè)計如下所示經(jīng)調(diào)試之后,發(fā)現(xiàn)解復(fù)用輸出的數(shù)據(jù)是正確的,即與編碼后的數(shù)據(jù)1,2是一樣的,但是到了譯碼之后,輸出地數(shù)據(jù)就是錯誤的,但是,輸出端對同步的要求太過于高,由于從經(jīng)過信道之后,存在噪聲的干擾,使得數(shù)據(jù)可能會出現(xiàn)一些高頻分量而使解調(diào)時,位同步信息沒有定位到幀頭,所以到了譯

19、碼時,就會出現(xiàn)譯碼完全錯誤或者譯碼出來的波形和原來的數(shù)據(jù)有很大的出入!在本調(diào)試過程中當(dāng)去掉頻分復(fù)用之后,數(shù)據(jù)姨媽還是正確的,所以譯碼電路還是很正確的,只是驅(qū)動時間的要求很高,而造成譯碼錯誤!解決方法,設(shè)計不需要時鐘信號的CMI譯碼電路,如下圖所示這樣的設(shè)計思路,對同步信號的要求為0 只要保證隊才博得頻率進行提取,然后按照載波1/2的頻率去進行抽樣就可以,這樣就是保證了相鄰的兩位進行了異或,00|11->1 ;01->0;這樣就可以避免同步所帶來的一系列問題！在編碼中遇到了編碼電路的時鐘設(shè)置的問題，由于開始的編碼時鐘設(shè)置為1e+6HZ使得編碼后的頻率變?yōu)橄到y(tǒng)設(shè)置的時鐘的兩倍，而使個模

20、塊之間不再兼容，造成了一碼錯誤。后經(jīng)改造，將編碼時鐘改為500e+3HZ即可解決不兼容的問題！ 后面在詢問老師關(guān)于同步的問題時老師給我指出了設(shè)計基帶傳輸系統(tǒng)的問題，幀復(fù)用即時分復(fù)用的一種，所以上述方法都是錯誤的，不能使用頻分復(fù)用來做幀復(fù)用，基于幀的格式是在一串行信號里面包含著幀信息，所以必須將多路數(shù)據(jù)通過調(diào)制調(diào)制到幀上面這里就需要用到時分復(fù)用，所以設(shè)計思路從整體上面變了，但是某些模塊相應(yīng)上還是可以用的，例如CMI編碼模塊，CMI譯碼模塊，位同步模塊，幀同步模塊，而需要重新設(shè)計的是時分復(fù)用調(diào)制模塊，時分復(fù)用解調(diào)模塊。所以設(shè)計圖變?yōu)槿缦滤井?dāng)形成了這一個總體的思路之后，下面就是修改參數(shù)和重新設(shè)計模

21、塊，由于采用了此設(shè)計思路，又由于位同步信息在一個周期里面有著上升沿，所以起碼元速率必須為系統(tǒng)頻率的2倍，所以在位同步的設(shè)計中，在輸出端加了一個2分頻，這是保證時鐘的特點！在相位補償中，遇到過可能同步不了的問題，由于在最初的同步設(shè)計中，晶振的頻率5e+6HZ經(jīng)過5分頻之后，每次相位補償?shù)氖?e+5HZ的相位.由于同步中相差的如果不是偶數(shù)倍相位差就可能永遠無法同步，所以改進之后就是相位補償降到1e+5HZ。這樣同步的可能性更加大了，所以當(dāng)一直不能同步的話，可以是每次相位補償?shù)念~度更加的小，這樣同步的精度就會更加的高！ 信源子系統(tǒng)的設(shè)計中八選一電路沒有遇到什么問題，但是到了3選一電路中就遇到了問題，

22、這就是產(chǎn)生的信號并不是按照00 ，01,10,11這樣的順序排列的，而是按照11,10,00這樣的周期產(chǎn)生的，開始的解決思路是在設(shè)計中把三選一電路的輸出改過來，但后面發(fā)現(xiàn)了可以用更加好的方法，就是將信號八路選擇器的時候輸出端按號對座就是了，這樣輸出的數(shù)據(jù)的順序就是我所想要的 ，如下面的截圖所示 在CMI編碼電路調(diào)試的時候遇到有時會出現(xiàn)莫名其妙的很窄的沖擊信號，后面再檢查時發(fā)現(xiàn)在鍵控時參數(shù)設(shè)置不對 選擇延時被設(shè)置為了1e-6s下面給出的是正確的設(shè)置，延時為0，這樣在每一次0信號來時就會在兩信號中跳一次，與1的產(chǎn)生是剛好接上的，所以就不會產(chǎn)生那樣的現(xiàn)象了！ 當(dāng)將所有模塊都接好后，進行系統(tǒng)仿真，發(fā)現(xiàn)

23、仿真著之后的波形。最后解復(fù)用出來的波形與原來輸入的波形從眼觀上看是完全不一樣的，輸出波形開始是0后面就變?yōu)?.觀察良久，改動了很多參數(shù)，結(jié)果波形就一直是0了.所以最終還是將參數(shù)有恢復(fù)到開始狀態(tài)，最后發(fā)現(xiàn)結(jié)束時間好像太早了，遂延長了仿真時間，這樣可以很明顯的觀察到解復(fù)用后的信號與開始輸入的信號是完全一樣的，只是在時間上有一個很大很大的延遲，相當(dāng)于10個碼元的寬度，所以在很窄的時間段上看不出來！ 本次試驗中使用的元件大部分都是默認的設(shè)置，只有在特殊的情況下根據(jù)需求設(shè)置了相應(yīng)的參數(shù)，例如延遲上啊，碼元寬度上啊，脈寬高度啊，以及STEP函數(shù)的函數(shù)值的設(shè)置上。這些是影響到系統(tǒng)能否正常運行的關(guān)鍵！ 實驗中最好不要用軟件內(nèi)部已