1、通信系統(tǒng)課程設(shè)計報告序 言本課程設(shè)計試圖通過親自完成均勻量化和非均勻量化的編碼、譯碼的整體設(shè)計，加深對PCM編碼的原理的理解，提高系統(tǒng)編程、系統(tǒng)測試以及系統(tǒng)分析的能力。近十年來,隨著大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展,已將濾波器和PCM(pulse code modulation)編碼器集成在同一芯片上,這使PCM在光纖通信,數(shù)字微波通信,衛(wèi)星通信等數(shù)字通信領(lǐng)域中獲得了更廣泛的應(yīng)用。然而在某些需要PCM編碼器的實際應(yīng)用中,如數(shù)字交換機中的信號音的產(chǎn)生和實現(xiàn),單靠PCM編解碼芯片來完成整個編解碼功能,在電路設(shè)計和實現(xiàn)上都顯得繁瑣和笨拙,相反如果運用軟件方法來實現(xiàn)PCM編解碼芯片的部分功能并與PCM編解碼芯

2、片相結(jié)合來共同完成整個電路設(shè)計上的編解碼,設(shè)計簡單,靈活方便,往往可以達到事半功倍的結(jié)果。另外,在國際流行的科技應(yīng)用軟件中,Matlab具有廣泛的影響,在數(shù)字信號處理領(lǐng)域中,這一軟件的應(yīng)用占據(jù)重要的地位。PCM線路的特點：1、PCM線路可以提供很高的帶寬，滿足用戶的大數(shù)據(jù)量的傳輸：2、支持從2M開始的各種速率，最高可達155M的速率：3、通過SDH設(shè)備進行網(wǎng)絡(luò)傳輸，線路協(xié)議簡單對輸入的信號進行抽樣、量化、A律PCM編碼，經(jīng)過傳輸后，接收端進行PCM譯碼，根據(jù)模擬信號數(shù)字化的原理，基于Simulink設(shè)計出PCM編解碼過程。并能顯示出PCM編解碼的波形，與基帶信號的波形。第 1 章 功能指標(biāo)與原

3、理1.1功能指標(biāo)要求1、設(shè)輸入信號x（t）=Asin2t,對x(t)信號進行抽樣、量化、A律PCM編碼，進過傳輸后，接收端進行PCM譯碼2、根據(jù)模擬信號數(shù)字化的原理，確定系統(tǒng)設(shè)計方案3、畫出PCM編碼、譯碼波形與基帶信號波形1.2 PCM基本原理脈沖編碼調(diào)制（PCM）簡稱脈碼調(diào)制，它是一種用二進制數(shù)字代碼來代替連續(xù)信號的抽樣值，從而實現(xiàn)通信的方式。因為此種通信方式抗干擾能力強，因此在光釬通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信中均獲得了極為廣泛的運用1。PCM信號的形成是模擬信號經(jīng)過“抽樣、量化、編碼”三個步驟實現(xiàn)的。分別完成時間上離散、幅度上離散、及量化信號的二進制表示。根據(jù)CCITT的建議，為改善小信

4、號量化性能，采用壓擴非均勻量化，有兩種建議方式，分別為A律和律方式，我國采用了A律方式，由于A律壓縮實現(xiàn)復(fù)雜，常使用 13 折線法編碼2。1.2.1 抽樣抽樣，即是對模擬的信號所進行的周期性的掃描，將在時間上連續(xù)的信號變?yōu)樵跁r間上離散的信號1。這個模擬信號經(jīng)過抽樣以后還應(yīng)要包含原有信號當(dāng)中所有信息，也就是說能夠無失真的恢復(fù)原有模擬信號。抽樣定理可確定其抽樣速率下限。于一個頻帶限制在(0，fh )內(nèi)的時間連續(xù)信號f(t)，若以1/2 fh的時間間隔對它進行抽樣，以此能完全恢復(fù)有原信號依靠這些個抽樣值。也就是說，要是一個連續(xù)信號f(t)的頻譜當(dāng)中其最高的頻率不大于fh，在抽樣的頻率fs2fh時候，

5、原有連續(xù)的所有信息也就包含于抽樣后的信號1。這就是抽樣定理。1.2.2 量化從數(shù)學(xué)上來看，量化是將一個連續(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5。像圖 3.1所展現(xiàn)出來的量化器Q傳輸出來M個量化的值yk，k=1，2，3，M。yk常被稱作量化電平或者是重建電平。在量化器所要輸進去的信號的幅度值x落在xk和xk+1當(dāng)中的時候，量化器就傳送輸出的電平是yk。此量化過程就可寫成表達式為： Y=Q(x)=QXk<x<Xk+1=Yk,k=1,2,3,M一般來講k=xk+1-xk稱作量化間隔，在此xk被稱作判決閾值或者是分層電平。量化器X 模擬信號Y 量化后信號 圖1-1 量化器量

6、化后的抽樣信號于量化前的抽樣信號相比較，當(dāng)然有所失真，且不再是模擬信號。這種失真在接收端還原模擬信號是變現(xiàn)為噪聲，并稱之為量化噪聲9。量化噪聲的大小取決于把樣值分級“取整”的方式，分的級數(shù)越多，即量化極差或間隔越小，量化噪聲也越小。模擬信號的量化分為均勻量化和非均勻量化。在現(xiàn)實中，一般愛采用非均勻量化。非均勻量化的量化間隔是依據(jù)信號的不同的區(qū)間來定的。信號取值大的區(qū)間，它的量化間隔v大；在信號的取值小的區(qū)間，它的量化間隔v小5。將它和均勻量化作比較，它有倆主要好處。首先，在信號具非均勻的分布概率密度（現(xiàn)實中經(jīng)常如此）時當(dāng)在輸入量化器的時候，能夠取得比更加高地的平均信號的量化噪聲的功率比在非均勻

7、量化器輸出端上；第二是，量化噪聲功率的它均方根值大體上和信號的抽樣值成比例在非均勻量化的時候。所以說大信號和小信號在量化噪聲影響下大體是一樣的，也就是改良小信號的時候其量化的信噪比。在實際中，非均勻的量化的辦法通常是將獲得的抽樣值經(jīng)過壓縮然后再均勻量化。通常使用的壓縮器中，大多數(shù)是采用對數(shù)式壓縮。廣泛被采用的兩種對數(shù)壓縮律是壓縮律和A壓縮律。美國采用壓縮律，我國和歐洲各國均采用A壓縮律，因此，PCM編碼方式采用的也是A壓縮律5。1.2.3編碼所謂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1。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

8、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。下面結(jié)合13折線的量化來加以說明。表 1-1 段落碼段落序號段落碼81117110610151004011301020011000表1-2 段內(nèi)碼量化級段內(nèi)碼量化級段內(nèi)碼15111170111141110601101311015010112110040100111011300111010102001091001100018100000000在13折線法中，無

9、論輸入信號正還是負，都依8段折線（8個段落）來編碼。要是輸入信號抽樣量化值由8位折疊二進制碼表示，在此間量化值極性就要用第一位表示，抽樣量化值其絕對的大小就要用其余七位（第2至8位）來表示。詳細的做法是：用第2到第4位表示段落碼，八個段落的起點電平由它的八種可能狀態(tài)來分別表示。其它四位表示段內(nèi)碼，每一個段落它的16個均勻的劃分地量化級由它的16種可能狀態(tài)來分別的代表。這樣處理的結(jié)果，8個段落被劃分成128個量化級。段落碼和8個段落之間的關(guān)系如表？所示；段內(nèi)碼與16個量化級之間的關(guān)系見表？。第2章 整體設(shè)計2.1 整體框圖 圖2-1 PCM原理方框圖2.2 PCM編碼器2.2.1 PCM編碼器原

10、理圖圖2-2PCM編碼原理方框圖2.2.2 PCM編碼器電路設(shè)計圖2-3 PCM編碼模型的仿真結(jié)果測試結(jié)果如圖，其中以Saturation作為限幅器，將輸入信號幅度值限制在PCM編碼的定義范圍內(nèi)，以A-Law Compressor作為壓縮器，Relay模塊的門限值設(shè)置為0，其輸出即可作為PCM編碼輸出的最高位極性碼。樣值取值絕對值后，用增益模塊將樣值 放大到0-127，然后用間隔為1的Quantizer進行四舍五入取整，最后將整數(shù)編碼為7位二進制序列，作為PCM編碼的低7位。部分參數(shù)模塊設(shè)計： 圖2-4設(shè)置幅度為上幅度為1，下幅度為-1 圖2-5 設(shè)置取樣時間0.001取絕對值 圖2-6 設(shè)置

11、門限值0取極性碼， 圖2-7 增益放大到0-127即當(dāng)門限值為0時去除極性碼 圖2-8 設(shè)置間隔為1，即每間隔1時取整 圖2-9設(shè)置7位二進制碼進行編碼，即將量化后的信號編成7位碼 2.2.3 PCM編碼的子系統(tǒng)圖2-10 PCM編碼的子系統(tǒng)圖2-11封裝的PCM編碼子系統(tǒng)2.3 PCM解碼器圖2-12 PCM譯碼原理方框圖2.3.1 PCM解碼器電路設(shè)計圖2-13 PCM譯碼模型的仿真結(jié)果其中PCM編碼子系統(tǒng)是前面編碼器封裝之后的，PCM譯碼器中首先分離并行數(shù)據(jù)中的最高位極性碼和7位數(shù)據(jù)，然后將7位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)值，在進行歸一化，擴張后與雙極性的極性碼相乘得出譯碼值。部分參數(shù)模塊設(shè)計： 圖2

12、-14設(shè)置門限值-1，門限值為-1時取出 圖2-15設(shè)置7位碼，當(dāng)編碼后的信號出極性碼 出來時為取出低七位碼 圖2-16 設(shè)置兩個輸入口讓低7位與極性碼相乘 圖2-17將信號歸一化,還原原來的信號 2.3.2 PCM解碼器的子系統(tǒng)圖2-18 PCM譯碼器子系統(tǒng)圖2-19封裝的PCM譯碼子系統(tǒng)2.4 PCM編解碼系統(tǒng)的仿真設(shè)計圖2-20 PCM編解碼器的測試模型及仿真結(jié)果其中的PCM編碼和議案子系統(tǒng)已經(jīng)封裝好，經(jīng)過編碼和解碼之后，通過低通濾波器，在示波器Scope上得出輸出波形，示波器上顯示 原信號是為了與輸出信號進行對比。在編碼器之后通過Display顯示PCM數(shù)字信號，還有經(jīng)過To Fram

13、e的幀信號形成和buffer的緩沖后通過示波器。 圖2-21 原波形與解碼波形 圖2-22編碼波形部分參數(shù)模塊的設(shè)置： 圖2-23設(shè)置正弦波幅度為1，相角為0， 圖2-24 設(shè)置濾波器級數(shù)為8、邊緣頻率 頻率為100rad/s 為250pirad/s，去除諧波 圖2-25 緩沖器輸出信道設(shè)置為1 圖2-26 設(shè)置時間軸范為0-0.1圍、接 口數(shù)為2 圖2-27 設(shè)置時間軸范圍為0.005 ，接口數(shù)為2圖2-28 系統(tǒng)總的參數(shù)設(shè)計，設(shè)置仿真時間步間插入的輸出點數(shù)為200第3章 故障分析與總結(jié)3.1 故障分析3.1.1 編碼器故障分析 編碼器編碼得出的應(yīng)該是一位極性碼加上低7位碼所組成的，而一開始

14、的顯示只有一位，不知道怎么樣將顯示器設(shè)置成八位的圖3-1 初設(shè)置顯示器后來經(jīng)過查找該器件的HELP得知，將此圖標(biāo)向下拉，即可看到得出的編碼圖3-2 設(shè)置好的顯示器3.12 解碼器故障分析 譯碼器的工作需要編碼器的參加，編碼器的輸出編碼給譯碼器進行解碼，而前面的編碼器要接入到譯碼的過程中就需要接口，而一開始封裝不能接入圖3-3 譯碼器封裝后來想到應(yīng)該有輸入和輸出口，所以重新封裝，此封裝能夠接入到電路中圖3-4 譯碼器子系統(tǒng)封裝3.1.3 PCM編解碼器的故障分析 PCM編解碼器的前面有了一個編碼器，在后面的譯碼器中不應(yīng)該再出現(xiàn)一個編碼器本次試驗中，當(dāng)連好所有的模塊后，電路卻不能運行，經(jīng)過錯誤的提示，發(fā)現(xiàn)是譯碼器那邊出了問題，但是總找不出哪里出了問題，后來經(jīng)同學(xué)指出不能有兩個編碼器，去掉編碼器之后能夠正常運行3.2 功能分析此實驗成功實現(xiàn)了PCM在理想情況下（即無干擾的情況）的編碼和解碼，此實驗還可以實現(xiàn)在有干擾的情況下的PCM的編解碼。參考文獻1樊昌信 曹麗娜 通信原理M. 北京 國防工業(yè)出版社出版出版 2012年（P274-282）體會與建議又是一周的課程設(shè)計過去了，這一周的課程設(shè)計過去之后又離畢業(yè)更近一點了。通過這周的課程設(shè)計，我們能夠更好的了解通信原理這門課程。這周的課程設(shè)計，我也檢驗了自己的獨立能力，現(xiàn)在也能夠獨立的自己完成任務(wù)了，不再要依