单路数字语音通信系统仿真通信原理课程设计.docVIP

目录 一 设计思路及系统总框图 1 二 各模块电路设计与仿真 2 Ⅰ 编码与译码 2 1、基本原理 2 2、设计与仿真 4 Ⅱ 调制与解调 7 1、基本原理 7 2、设计与仿真 9 三 系统总体设计及调试 12 四 总结与体会 15 二 各模块电路设计与仿真 Ⅰ 编码与译码 1、基本原理 脉冲编码调制PCM是将模拟信号变换成二进制信号的基本和常用方法。在脉冲编码调制中，首先对模拟信号最低以奈奎斯特速率进行抽样，然后对抽样值进行量化和编码，从而得到数字信号。从通信的调制概念看，可以认为PCM编码过程是用模拟信号调制一个二进制的脉冲序列，载波是脉冲序列，调制改变脉冲序列的有无（为“1”、“0”）的过程。 实质上，脉码调制和A/D转换时一回事。PCM系统的原理方框图如图2所示。 图中模拟信号经抽样后得到了样值序列，样值序列在时间上是离散的，但在幅度上的取值还是连续的，即有无限多种取值。这样，就必须对样值进一步处理，使它成为在幅度上是有限种取值的离散样值。对样值幅度进行离散化处理的过程称为量化。 1）量化 根据量化器的特性，量化又分为均匀量化和非均匀量化，以量化间隔相等与否来区分。在数字电话通信中，均匀量化则有明显的不足，主要是小信号的信噪比小，大信号的信噪比大，同时，在保证电话通话质量的前提下，编码位数较多。为了减少编码位数和提高小信号的信噪比，可采用非均匀量化的办法。 非均匀量化可通过对信号非线性变换后再进行均匀量化来实现。进行非线性变换也即进行压缩变换。为了对不同的信号强度保持信号量噪比恒定，在理论上要求压缩特性为对数特性。国际电信联盟ITU提供两种建议，即A压缩律和压缩律。我国大陆采用A压缩律。实际中采用13折线法来近似A压缩律的曲线。 2）编码 得到量化电压后，有不同的编码方法对其编码。即自然二进制码和折叠二进制码。由于折叠码的误码对小电压的影响较小，有利于较小语音信号的平均量化噪声，故采用折叠码进行编码。 在13折线法中采用的折叠码有8位。其中第一位表示量化值的极性正负，后面的7位分为段落码和段内码两部分。其中第2~4位是段落码，其他4位为段内码。段内码代表的16个量化电平是均匀划分的。 2、设计与仿真 根据PCM原理的系统框图，用SystemView做出的仿真如图3所示。 各图符功能及参数设置： ①用图符0的高斯噪声和图符9的低通滤波器来产生一个400Hz的随机模拟信号。 ②图符3为A率压缩器，用于对模拟信号的非均匀量化。 ③图符6为8位的A/D转换器，用于实现对信号的抽样及编码，其中每一个抽样值编码为8位的二进制码。 ④图符10为D/A转换器，用于将锁存器送来的8位二进制码进行译码，转换为模拟值。 ⑤图符11为A率的扩张器，用于对还原的压缩信号进行扩张恢复。 ⑥图符13为400Hz的低通滤波器，用于对还原的信号滤除高频分量，恢复出原始信号。 运行该PCM系统得到的仿真图形如图5所示。 图5中，第一个波形为输入的模拟信号，第二个波形为模拟信号经A率压缩后的信号。可以看出，信号源波形经过压扩后，小信号明显进行了放大。第三个波形为译码后得到的波形。第四个波形为经过低通滤波还原出来的波形。除了细微的地方，信号基本得以恢复。 Ⅱ 调制与解调 1、基本原理 数字调制的三种基本方式为幅度键控调制（ASK）、频率键控调制（FSK）和相位键控调制（PSK）。三者中，2PSK信号具有最好的误码率性能。但是2PSK信号传输系统中存在相位不确定性，造成接受码元“0”和“1”的颠倒。为此，采用差分相移键控法（2DPSK）。 1）调制 2PSK是利用载波的绝对相位传送数字信息，因此又称为绝对调相。而2DPSK是用前后码元的载波相位相对变化来传送数字信息的，因此又称为相对调相。 2DPSK信号的产生过程是，首先对数字基带信号进行码反变换，即由绝对码变为相对码，然后再进行绝对调相。码反变换的规则为： (1.1) 式1.1中为模2加，为的前一个码元，最初的可任意设定。 2DPSK调制框图如图6所示。. 2）解调 对2DPSK信号的解调有两种办法，一种是相干解调，另一种是差分解调。用差分解调法时不需要恢复本地载波，只需由收到的信号单独完成。将2DPSK信号延时一个码元间隔Ts，然后与2DPSK信号本身相乘。相乘器起相位比较的作用，相乘结果经低通滤波后再抽样判决，即可恢复出原始数字信息。差分解调框图如图7所示。 差分解调又称延迟解调，只有2DPSK信号才能采用这种方法解调。差分相干解调不需要相干载波，但是抗噪声能力差，而且要做到精确的延迟一个码元周期也较难实现。 2、设计与仿真 根据以