數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)_圖文

1、 HUNAN UNIVERSITY數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)在SystemView上的仿真學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號專業(yè)班級指導(dǎo)老師院長 (系主任數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)在SystemView 上的仿真一、 引言SystemView 具有良好的交互界面,通過分析窗口和示波器模擬等方法,提供了一個可視的仿真過程,不僅在工程上得到應(yīng)用,在教學(xué)領(lǐng)域也得到認可,尤其在信號分析、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域。其可以實現(xiàn)復(fù)雜的模擬、數(shù)字及數(shù)?；旌想娐芳案鞣N速率系統(tǒng),并提供了內(nèi)容豐富的基本庫和專業(yè)庫。本報告主要闡述如何利用SystemView 建立數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型。本數(shù)字基帶傳輸模型主要包括數(shù)字信源產(chǎn)生、CMI 編碼、信道傳輸、

2、CMI 譯碼、位同步、幀同步、數(shù)字終端等模塊組成,通過模塊分層實現(xiàn)。二、 系統(tǒng)原理及模塊介紹數(shù)字基帶信號包含豐富的低頻分量,甚至直流分量的數(shù)字信號,稱之為數(shù)字基帶信號。來自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號,都是數(shù)字基帶信號。數(shù)字基帶傳輸在某些具有低通特性的有線信道中,特別是傳輸距離不太遠的情況下,數(shù)字基帶信號可以直接傳輸, 稱之為數(shù)字基帶傳輸。數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)框圖1所示?；鶐盘柾ㄟ^信源產(chǎn)生器產(chǎn)生,生成帶有幀同步碼的兩路復(fù)用信號的串行輸出。碼型變換(本實驗采用CMI 編碼后經(jīng)由發(fā)送濾波器(升余弦濾波器送入疊加了高斯白噪聲的信道傳輸。接收濾波器采用理想低通濾波器濾除部分噪聲。同時提取位同步以及幀同步

3、,用于CMI 譯碼和最后的數(shù)字終端解復(fù)用模塊,經(jīng)過解復(fù)用,分離出兩路信號源。BS位同步器噪聲BS FSD 1(t D 2(t接收濾 波器發(fā)送濾 波器信 道 數(shù)字終端解復(fù)用信源產(chǎn)生幀同步器碼型變換碼型反變換圖1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)框圖下面介紹每個模塊的具體實現(xiàn)原理。(一、數(shù)字信源模塊用三個數(shù)據(jù)源來復(fù)用一個信道,它們分別是幀同步信號,數(shù)據(jù)1,數(shù)據(jù)2。其中數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2 是能傳遞信息的有用信號。每個數(shù)據(jù)源由8位固定數(shù)據(jù)構(gòu)成,所以一幀信號共有24位且系統(tǒng)最后輸出成周期性。系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖2: 圖2 數(shù)字信源統(tǒng)實現(xiàn)框圖幀結(jié)構(gòu)如下: 本實驗中晶振周期定為106Hz,系統(tǒng)仿真采樣率定為107Hz,1024

4、個采樣點。框圖中分頻器將晶振進行2,4,8,16分頻相應(yīng)的輸出為BS,S1,S2,S3。BS即為系統(tǒng)的位同步信號。S1,S2,S3則是八選一電路的三根地址線。分頻器的輸出波形如圖3S3經(jīng)過三分頻后輸出為S4,S5。它們是三選一電路的地址線。三個數(shù)字信號源是固定的輸入。其中巴克碼源產(chǎn)生7為巴克碼1110010,并與八選一電路相連,最低位碼可任意定義。數(shù)據(jù)一,數(shù)據(jù)二都是八位有用數(shù)據(jù),用戶可自己定義具體的值。每個數(shù)字信號源經(jīng)與其相連的八位數(shù)據(jù)選擇器選擇后,信號按由低位到高位順序出現(xiàn)在選擇器輸出端。三個輸出端再由三選一電路選通后成一路輸出。這是時分復(fù)用系統(tǒng)信道復(fù)用原理,即三路信號分別占用一幀信號的不同

5、時間間隙來共有一個信道。 S 3S2S1 (aS5S4S3 (b圖3 分頻器輸出信號波形數(shù)字信源實現(xiàn): 1、 圖符1為晶振,頻率為106Hz 。2、 圖符25、2、4、5為分頻器,分別實現(xiàn)2、4、8、16分頻。3、 圖符6、12、14為信號發(fā)生器。其中6產(chǎn)生的是巴克碼11110010,12和14產(chǎn)生數(shù)據(jù)1和數(shù)據(jù)2,由用戶自行設(shè)定。4、 圖符3、11、13、17為3-8譯碼器,用于選擇數(shù)據(jù)輸出。5、 圖符18、19為D 觸發(fā)器,和與門20、21構(gòu)成對S3的三分頻,產(chǎn)生地址S4、S5。(二、CMI 編譯碼實現(xiàn)1、 編碼原理:CMI 碼即傳號反轉(zhuǎn)碼,編碼規(guī)則為: “1”碼用交替用“11”和“00”表

6、示;“0”碼用“01”表示。這種碼型有較多的電平躍變,因此含有豐富的定時信息。在光纜傳輸系統(tǒng)中有時也用作線路傳輸碼型。 2、 原理圖:編碼原理:具體實現(xiàn): 157為輸入信號源176同步信號,為脈沖信號,頻率為5*105,脈寬0.05s 147為計數(shù)器,選取其輸出的第一路信號151為與門,這樣就能取出他的奇數(shù)上的1,而濾除偶數(shù)上的1,而偶數(shù)位上原來是1,現(xiàn)在與計數(shù)與非鍵控選擇或信源BS變成了0,而原來是0的地方也變成了0156為非門,將位同步信號變成0101碼153為鍵控,受輸入信號控制,當輸入信號為0時,輸出24過來01碼,當輸入為1時,輸出由圖標來的永遠為0的碼152與或門,將11,2過來的

7、信號的信號合在一起,就得到用“00”,“11”交替代替1碼,用01碼代替0碼的傳號反轉(zhuǎn)碼。解碼原理 160為異或門,將信號源與BS 相與。161為反相器,形成在所有的原來是1碼的位上都為01或10,即在碼元中間有跳變。而原信號是0的碼元上全部是0,對應(yīng)上面的信號10162為0.025秒的延遲器,延遲是為了后面的所有的采樣脈沖都能位于采樣點上。 163為微分器,在所有的跳變點上有幅度164為全波整流器165為采樣器,頻率為5*106Hz ,用于采樣信號的每一碼元的中間位置的值。那么每一個原來為1開始的位置,都得到了采樣。166為保持器,形成輸出波形。(三、位同步提取位同步電路框圖異或 取反 延遲

8、 微分 整流 抽樣保 持信源BS 接收碼元的相位可以從基帶信號的過零點提取,而對數(shù)字信號進行微分就可以獲得過零點信息。由于數(shù)字信號的過零方向有正有負,因此微分再整流,就可以獲得接收碼元所以過零點的信息,得到接收碼元的相位以后,再將它加于相位比較器去進行比較。因為接收碼元的相位是通過微分、整流獲得的,故稱這種方法為微分整流數(shù)字鎖相法,其工作原理圖和波形圖如上所示。開始,先不管圖中虛線框框內(nèi)的單穩(wěn)3。設(shè)接收信號為不歸零脈沖,我們將每個碼元的寬度分為兩個區(qū),前半個碼元稱為“滯后區(qū)”,即若位同步脈沖波形b落入此區(qū),表示位同步脈沖的相位滯后于接收碼元的相位;同樣,后半碼元稱為“超前區(qū)”。接收碼元經(jīng)微分整

9、流,并經(jīng)單穩(wěn)4,電路后,輸出如波形e所示的脈沖。當位同步脈沖波形b位于超前區(qū)時,波形e和分頻器d端的輸出波形d使與門A有輸出,該輸出再經(jīng)過單穩(wěn)1就產(chǎn)生一超前脈沖f。若位同步脈沖波形b落于滯后區(qū),分頻器c端的輸出波形如c所示,則與門B有輸出,再經(jīng)過單穩(wěn)2產(chǎn)生一滯后脈沖g。這樣,無論位同步脈沖超前或滯后,都會分別送出超前或滯后脈沖對加于分頻器的脈沖進行扣除或附加,因而達到相位調(diào)整的目的。 由波形圖看到,位同步脈沖式由分頻器d端輸出波形的正沿而形成的,所以相位調(diào)整的最后結(jié)果應(yīng)該使波形d的正沿對齊窄脈沖e。若d端的輸出波形最后調(diào)整到如波形圖d所示的位置,則A、B兩個與門都有輸出;先是通過與門B輸出一個

10、滯后脈沖,后事通過與門A輸出一個超前脈沖。這樣調(diào)整的結(jié)果使位同步信號的相位穩(wěn)定在這一位置,這是我們所需要的。然而,如果d端的輸出波形調(diào)整到波形圖d的位置,這時,A、B兩個與門也都有輸出,只有這時是先通過A門輸出一超前脈沖,而后通過B門輸出一滯后脈沖。如果不采取措施,位同步信號的相位也可以穩(wěn)定在這一位置,則輸出的位同步脈沖就會與接收碼元的相位相差?？朔@種不正確鎖定的方法,是利用在這種情況下A門先有輸出的這一特點。當A門先有輸出時,這個輸出一方面產(chǎn)生超前脈沖對鎖相環(huán)進行調(diào)整,另一方面,這個輸出經(jīng)單穩(wěn)3產(chǎn)生一脈沖將與B封閉,不會再產(chǎn)生滯后脈沖。這樣通過A門不斷輸出超前脈沖,就可以調(diào)整分頻器輸出信號

11、的相位,直到波形d的正沿對齊窄脈沖為止。具體實現(xiàn) 1.此處晶振頻率為5M,分頻為10分頻,單穩(wěn)脈寬都為100e-92.圖符31為微分器,32為整流。33、39、42、45、40均為單穩(wěn)器,單穩(wěn)脈寬都為100e-9。3.與門41、單穩(wěn)39和非門46完成對超前脈沖的扣除。4.與門42、單穩(wěn)40完成對滯后脈沖的附加。(四、幀同步提取幀同步電路框圖 從總體上來看,本模塊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位器、相加器和判決器,圖中的其余部分完成同步保護功能。當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GAL輸出,各

12、種信號波形及時序關(guān)系如圖19-5所示,GAL信號的上升沿與最后一位幀同步碼的結(jié)束時刻對齊。圖中還給出了÷24信號及幀同步器最終輸出的幀同步信號NRZ-FS,NRZ-FS的上升沿稍遲后于GAL的上升沿。÷24信號是將位同步信號進行24分頻得到的,其周期與幀同步信號的周期相同(因為一幀24位是確定的,但其相位不一定符合要求。當識別器輸出一個GAL脈沖信號時(即捕獲到一組正確的幀同步碼,在GAL信號和同步保護器的作用下,÷24電路置零,從而使輸出的÷24信號下降沿與GAL信號的上升沿對齊。÷24信號再送給后級的單穩(wěn)電路,單穩(wěn)調(diào)置為下降沿觸發(fā),其輸出信

13、號的上升沿比÷24信號的下降沿稍有延遲。DIN一個周期GAL ÷24NRZFS幀同步器信號波形同步器最終輸出的幀同步信號NRZ-FS是由同步保護器中的與門3對單穩(wěn)輸出的信號及狀態(tài)觸發(fā)器的Q端輸出信號進行“與”運算得到的。電路中同步保護器的作用是減小假同步和漏同步。當無基帶信號輸入(或雖有基帶信號輸入但相加器輸入低于門限值時,識別器沒有輸出(即輸出為0,與門1關(guān)閉、與門2打開,單穩(wěn)輸出信號通過與門2后輸入到÷4電路,÷4電路的輸出信號使狀態(tài)觸發(fā)器置“0”,從而關(guān)閉與門3,同步器無輸出信號,此時Q的高電平把判決器的門限置為高、且關(guān)閉或門、打與門1,同步器處于

14、捕捉態(tài)。只要識別器輸出一個GAL信號(因為判決門限比較高,這個GAL信號是正確的幀同步信號的概率很高,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3,輸出幀同步信號FS-OUT,同時使判決器門限降為低、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。但假識別信號不影響÷24電路的工作狀態(tài),與門3輸出的仍是正確的幀同步信號。在維持狀態(tài)下,識別器也可能出現(xiàn)漏識別。但由于漏識別概率比較小,連續(xù)

15、幾幀出現(xiàn)漏識別的概率更小。只要識別器不連續(xù)出現(xiàn)四次漏識別,則÷4電路不輸出脈沖信號,維持狀態(tài)保持不變。若識別器連續(xù)出現(xiàn)四次漏識別,則÷4電路輸出一個脈沖信號,使維持狀態(tài)變?yōu)椴蹲綘顟B(tài),重新捕捉幀同步碼。不難看出,若識別器第一次輸出的脈沖信號為假識別信號(即首次捕獲到的是信息數(shù)據(jù)中與幀同步碼完全相同的碼元序列,則系統(tǒng)將進入錯誤碼的同步維持狀態(tài),由于本實驗系統(tǒng)是連續(xù)傳輸以一幀為周期的周期信號,所以此狀態(tài)將維持下去,但在實際的信息傳輸中不會連續(xù)傳送這種周期信號,因此連續(xù)幾幀都輸出假識別信號的概率很小,所以這種錯誤碼率的同步維持狀態(tài)存在的時間是短暫的。當然,同步保護器中的÷

16、4電路的分頻比也可以設(shè)置為其它值,此值越大,在維持狀態(tài)下允許的識別器的漏識別概率也越大。在維持態(tài)下對同步信號的保護措施稱為前方保護,在捕捉態(tài)下的同步保護措施稱為后方保護。本同步器中捕捉態(tài)下的高門限屬于后方保護措施之一,它可以減少假同步概率,當然還可以采取其它電路措施進行后方保護。低門限及÷4電路屬于前方保護,它可以保護己建立起來的幀同步信號,避免識別器偶爾出現(xiàn)的漏識別造成幀同步器丟失幀同步信號即減少漏同步概率。同步器中的其它保護電路用來減少維持態(tài)下的假同步概率。具體實現(xiàn) 1.圖符54為八位移位寄存器,移位器的輸出4,3,1位接非門。2.圖符88輸入端輸入的是位同步信號,從位同步模塊輸

17、出端提取。3.圖符89輸入端輸入的是傳輸信號。(五、數(shù)字終端解復(fù)用原理框圖: 本模塊的目的就是將一幀時分復(fù)用信號中的兩個時隙信號提取出來,變成兩路信號。每路信號都有串行和并行兩種輸出方式。延遲1、延遲2、延遲3、整形及÷3等5個單元可使串/并變換器和并/串變換器的輸入信號 SD 、位同步信號及幀同步信號滿足正確的相位關(guān)系,如圖下圖所示。信號FD 的上升沿和第一路數(shù)據(jù)的開始對齊,FD-7和第一路數(shù)據(jù)的最后一位對齊,FD-8和第二路數(shù)據(jù)的第一位對齊,FD-15和第二路數(shù)據(jù)的最后一位對齊,FD-16和幀同步碼的第一位對齊。只要有了FD 、FD-7、FD-8、FD-15、FD-16,我們就可

18、以將幀信號中的兩個時隙信號準確分離出來。要將一幀信號中的兩路信號提取出來,必須要用到幀同步信號和位同步信號,但是前端模塊送過來的信號相位關(guān)系不一定滿足上述條件,所以要第一步要做的是通過整形電路來使各個信號滿足相位關(guān)系。整形的原理就是將輸入的位同步信號進行延遲對幀同步信號和NRZ 信號進行采樣后,就可以達到邊沿對齊的目的。將位同步信號進行延遲的方法是用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進行控制。而采樣就可以用D 觸發(fā)器來進行采樣。信號FD 、FD-7、FD-8、FD-16、的得到可以用移位的方法,用一個16位移位寄存器即可。具體實現(xiàn)SDFDFD-7 FD-8 ( F1 FD-15 FD-16 ( F2 B1B2BD數(shù)據(jù)1 數(shù)據(jù)2 幀同步 位同步第一次整形脈寬為200e-9,下降沿觸發(fā),第二次整形脈寬為1e-6,為上升沿觸發(fā),幀同步信號經(jīng)過整形,脈寬為2e-6,接入D觸發(fā)器,用整形后的位同步信號做為時鐘信號,此為使位同步和幀同步信號同相,輸出的