1、通信原理課程設(shè)計報告題 目 PCM多路時分復(fù)用基帶通信系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 院 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 2014 年 12 月 26 日目 錄一任務(wù)書2(一)設(shè)計題目2(二)設(shè)計內(nèi)容及要求2二研究背景2三設(shè)計方案3(一)設(shè)計原理3(二)設(shè)計過程4四仿真實現(xiàn)7五結(jié)論與體會9參考文獻10一 任務(wù)書(一)設(shè)計題目基于SystemView 軟件的PCM多路時分復(fù)用基帶通信系統(tǒng)設(shè)計(二)設(shè)計內(nèi)容及要求（1）基于Systemview/Matlab/Simulink軟件實現(xiàn)；（2）實現(xiàn)單路話音信號的抽樣、壓縮、均勻量化與編碼得到PCM信號；（3）實現(xiàn)多路PCM信號的時分復(fù)用；（4）實現(xiàn)接收端的分接與譯碼；

2、（5）考慮實現(xiàn)位同步電路；（6）觀察輸出信號的眼圖，得出誤碼率-信噪比曲線；（7）分別選擇不同特性信道時考察誤碼率-信噪比曲線。二研究背景（1）數(shù)字通信系統(tǒng)己成為當(dāng)今通信的發(fā)展方向，然而自然界的許多信息通過傳感器轉(zhuǎn)換后，絕大部分是模擬量，脈沖編碼調(diào)制(PCM)是把模擬信號變換為數(shù)字信號的一種調(diào)制方式，主要用于語音傳輸，在光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信中得到廣泛的應(yīng)用，借助于Systemview軟件，可以直觀、方便地進行計算和仿真。因此可以通過運行結(jié)果，分析系統(tǒng)特性。（2）System View軟件 System View是一個用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計及仿真的動態(tài)系統(tǒng)分析平臺。從濾波器設(shè)計、

3、信號處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真，直到一般的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立等各個領(lǐng)域，System View在友好而且功能齊全的窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個精密的嵌入式分析工具。 System View是美國ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(Token)描述程序。利用System View，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)和各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)設(shè)計時，只需從System View配置的圖標庫中調(diào)出有關(guān)圖標并進行參數(shù)設(shè)置，完成圖標間的連線，然后運行仿真操作，最終以時域

4、波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。三設(shè)計方案1、設(shè)計原理（1）PCM實驗原理脈沖編碼調(diào)制： 脈沖編碼調(diào)制是把模擬信號數(shù)字化傳輸?shù)幕痉椒ㄖ唬ㄟ^抽樣、量化和編碼，把一個時間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號變換成時間離散、取值離散的數(shù)字信號，然后在信道中進行傳輸。接收機將收到的數(shù)字信號經(jīng)再生、譯碼、平滑后恢復(fù)出原始的模擬信號。圖1 是PCM 原理框圖編碼器：模擬信號輸入抽樣保持量化器編碼器PCM信號輸出譯碼器：PCM信號輸入譯碼器低通濾波器模擬信號輸出 圖1話音信號先經(jīng)過防混疊低通濾波器，得到限帶信號（300Hz3400Hz），進行脈沖抽樣，變成8KHz重復(fù)頻率的抽樣信號（即離散的脈沖

5、調(diào)幅PAM信號），然后將幅度連續(xù)的PAM信號用“四舍五入”辦法量化為有限個幅度取值的信號，再經(jīng)編碼，轉(zhuǎn)換成二進制碼。（2）抽樣 抽樣，就是對模擬信號進行周期性掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號。該模擬信號經(jīng)過抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號中所有信息，也就是說能無失真的恢復(fù)原模擬信號。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。（3）量化量化就是把一個連續(xù)幅度值的無限數(shù)集合映射成一個離散幅度值的有限數(shù)集合。模擬信號的量化分為均勻量化和非均勻量化。由于均勻量化存在的主要缺點是：無論抽樣值大小如何，量化噪聲的均方根值都固定不變。實際中，非均勻量化的實際方法通常是將抽樣值通過壓縮再進行均勻量化。通常使用的

6、壓縮器中，大多采用對數(shù)式壓縮。廣泛采用的兩種對數(shù)壓縮律是壓縮律和A壓縮律。PCM編碼方式采用的也是A壓縮律。（4）編碼編碼就是把量化后的信號變換成代碼，其相反的過程稱為譯碼。當(dāng)然，這里的編碼和譯碼與差錯控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來分，大致可分為兩大類：低速編碼和高速編碼。通信中一般都采用第二類。編碼器的種類大體上可以歸結(jié)為三類：逐次比較型、折疊級聯(lián)型、混合型。在逐次比較型編碼方式中，無論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的順序排列。仿真時將PCM編譯碼器分為編碼器和譯碼器模塊分別實現(xiàn)。（5）時分復(fù)用原理 時分復(fù)用就是將抽樣周

7、期分成若干時隙，各路信號的抽樣值編碼按一定的順序占用某一時隙，用一個信道傳輸多路數(shù)字信號，即一個物理信道分為多個邏輯信道。2設(shè)計過程1.信號源：如下圖的模塊0，產(chǎn)生的是正弦信號，正弦信號（如下圖所示）2. PCM編碼器模塊PCM編碼器模塊主要由信號源（模塊0）、低通濾波器（模塊1）、瞬時壓縮器（模塊2）、A/D轉(zhuǎn)換器（模塊3）、并串轉(zhuǎn)換器（模塊9），輸出端子（模塊12）構(gòu)成，實現(xiàn)模型如信源信號經(jīng)過PCM 編碼器低通濾波器（模塊1）完成信號頻帶過濾，由于PCM量化采用非均勻量化，還要使用瞬時壓縮器實現(xiàn)A律壓縮后再進行均勻量化，A/D轉(zhuǎn)換器（模塊3）完成采樣及量化，由于A/D轉(zhuǎn)換器的輸出是并行數(shù)據(jù)

8、，必須通過數(shù)據(jù)選擇器（模塊9）完成并串轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，最后輸出（模塊12）PCM編碼信號。3.PCM編碼器組件功能實現(xiàn)（1）低通濾波器：為實現(xiàn)信號的語音頻率特性，考慮到濾波器在通帶和阻帶之間的過渡，采用了低通濾波器，而沒有設(shè)計帶通濾波器。為實現(xiàn)信號在300Hz3400Hz的語音頻帶內(nèi)，在這里采用了一個階數(shù)為3階的切比雪夫濾波器，其具有在通帶內(nèi)等波紋、阻帶內(nèi)單調(diào)的特性。（2）瞬時壓縮器：瞬時壓縮器采用A律壓縮，注意在譯碼時擴張器也應(yīng)采用A律解壓。對比壓縮前后時域信號，明顯看到對數(shù)壓縮時小信號明顯放大，而大信號被壓縮，從而提高了小信號的信噪比，這樣可以使用較少位數(shù)的量化滿足語音傳輸?shù)男枰?。?）A

9、/D 轉(zhuǎn)換器：完成經(jīng)過瞬時壓縮后信號時間及幅度的離散，通常認為語音的頻帶在300Hz3400Hz根據(jù)低通采樣定理，采樣頻率應(yīng)大于信號最高頻率兩倍以上，在這里A/D的采樣頻率為8Hz即可滿足，均勻量化電平數(shù)為256級量化，編碼用8bit表示，其中第一位為極性表示，這樣產(chǎn)生了64kbit/s的語音壓縮編碼。（4）數(shù)據(jù)選擇器：圖符10為帶使能端的8路數(shù)據(jù)選擇器，與74151功能相同，在這里完成A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)的并串轉(zhuǎn)換，模塊6,7,8為選擇控制端，在這里控制輪流輸出并行數(shù)據(jù)為串行數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)選擇器還可以實現(xiàn)碼速轉(zhuǎn)換功能。4. PCM譯碼器模塊PCM譯碼器是實現(xiàn)PCM編碼的逆系統(tǒng)。PCM譯碼器模塊

10、主要由ADC出來的PCM數(shù)據(jù)輸出端、D/A轉(zhuǎn)換器（模塊24）、瞬時擴張器（模塊25）、低通濾波器（模塊26）構(gòu)成。實現(xiàn)模型如下圖所示：5. PCM譯碼器組件功能實現(xiàn)（1）D/A轉(zhuǎn)換器(模塊24)：用來實現(xiàn)與A/D轉(zhuǎn)換相反的過程，實現(xiàn)數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量，從而達到譯碼最基本的要求，也就是最起碼要有步驟。（1）瞬時擴張器（模塊25）：實現(xiàn)與瞬時壓縮器相反的功能，由于采用A 律壓縮，擴張也必須采用A律瞬時擴張器。（2）低通濾波器（模塊26）：由于采樣脈沖不可能是理想沖激函數(shù)會引入孔徑失真，量化時也會帶來量化噪聲，及信號再生時引入的定時抖動失真，需要對再生信號進行幅度及相位的補償，同時濾除高頻分量，在這

11、里使用與編碼模塊中相同的低通濾波器。（3）寄存器是由具有存儲功能的觸發(fā)器組合起來構(gòu)成的。一個觸發(fā)器可以存儲一位二級制代碼，存放N位二進制代碼的寄存器，需用n個觸發(fā)器來構(gòu)成。移位寄存器中的數(shù)據(jù)可以在移位脈沖作用下一次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出，在這里是進行串行到并行的轉(zhuǎn)換。6. 幀同步模塊模塊67數(shù)據(jù)選擇器，模塊72乘法器，模塊71輸出信號7.眼圖模塊眼圖：就是由解調(diào)后競購低通濾波器輸出的基帶信號，以碼元定時作為同步信號在示波器屏幕上顯示的波形，干擾和失真所產(chǎn)生的傳輸畸變，可以在眼圖上清楚的顯示出來，在本次

12、試驗中我通過多次對眼圖輸入不同數(shù)據(jù)值來觀察輸出的眼圖結(jié)果，得到了在輸入結(jié)果是600e-6的時候得到了近似的眼圖圖像，同時也存在誤差。四仿真實現(xiàn)仿真結(jié)果（1） 通過輸入輸出的時域觀測窗口，我們得到仿真結(jié)果信號源的波形(2)經(jīng)過壓縮后的圖形（3）PCM編碼后的波形（4）抽樣后信號波形（5）經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器后的波形（6）譯碼后恢復(fù)源信號的輸出波形以上數(shù)據(jù)波形可以看出在PCM編碼的過程中，譯碼輸出的波形具有一定的延遲現(xiàn)象，但是由于某些原因造成了波形的失真。（7）最后通過改變style下的數(shù)據(jù)600e-6得到輸出信號的眼圖：在本次試驗中我通過多次對眼圖輸入不同數(shù)據(jù)值來觀察輸出的眼圖結(jié)果，得到了在輸入結(jié)果

13、是600e-6的時候得到了近似的眼圖圖像，同時也存在誤差。眼圖圖像如下圖，五結(jié)論與體會本周通過對PCM多路時分復(fù)用基帶通信系統(tǒng)的課程設(shè)計，使我受益匪淺。通過這次設(shè)計，掌握了PCM編碼的工作原理及PCM系統(tǒng)的工作過程，學(xué)會了使用仿真軟件 SystemView（通信系統(tǒng)的動態(tài)仿真軟件），并學(xué)會通過應(yīng)用軟件仿真來實現(xiàn)各種通信系統(tǒng)的設(shè)計，對以后的學(xué)習(xí)和工作都起到了一定的作用，加強了動手能力和學(xué)業(yè)技能。課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。經(jīng)過這段課程設(shè)計的日子，從開始的課題分析到編程再到SystemView仿真結(jié)果，都給我留下了很深的印象。可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。通過理論與實際的結(jié)合，可以更好的掌握該