1、實驗五 模擬信號的數字傳輸仿真一、實驗目的1.分析驗證抽樣定理。2.掌握PCM的編碼原理。3.掌握PCM編碼信號的壓縮與擴張的實現方式二、實驗內容1.設計一個抽樣與恢復仿真模型。2.設計一個PCM調制系統的仿真模型。3.采用信號的壓縮與擴張方式來提高信號的信噪比三、實驗原理1.抽樣定理實質上研究的是隨時間連續變化的模擬信號經抽樣變成離散序列后，能否由此離散序列值重建原始模擬信號的問題。對于低通型和帶通型模擬信號，分別對應不同的抽樣定理，抽樣定理是模擬信號數字化的理論基礎。對上限頻率為fH的低通型信號，低通抽樣定理要求抽樣頻率應滿足： 當采樣頻率小于奈奎斯特頻率時，在接收端恢復的信號失真比較大，

2、這是因為存在信號的混頻；當采樣頻率大于或等于奈奎斯特頻率時，恢復信號于原信號基本一致。理論上，理想的抽樣頻率為2倍的奈奎斯特帶寬，但實際工程應用中，限帶信號絕不會嚴格限帶，通常選取抽樣頻率的2.55倍的最高頻率進行采樣以避免失真。2.PCM脈沖編碼調制在現代通信系統中，以PCM（脈沖編碼調制）為代表的編碼調制技術被廣泛地應用于模擬信號和數字傳輸中，所謂脈沖編碼調制，就是將模擬信號的抽樣量化值變換成代碼，其編碼方式如下圖所示：PCM編碼經過抽樣、量化、編碼三個步驟將連續變化的模擬信號轉換為數字編碼。為了便于用數字電路實現，其量化電平數一般為2的整數次冪，這樣可以將模擬信號量化為二進制編碼形式。其

3、量化方式可分為兩種：（1）均勻量化編碼常用二進制編碼，主要有自然二進碼和折疊二進碼兩種。（2）非均勻量化編碼常用13折線編碼，它用8位折疊二進碼來表示輸入信號的抽樣量化值，第一位表示量化值的極性，第二至第四位（段落碼）的8種可能狀態分別代表8個段落的起始電平，其它4位碼（段內碼）的16種狀態用來分別代表每一段落的16個均勻劃分的量化級。通常情況下，我們采用信號壓縮與擴張技術來實現非均勻量化，就是在保持信號固有的動態范圍的前提下，在量化前將小信號放大，而將大信號進行壓縮。采用信號壓縮后，用8位編碼就可以表示均勻量化11位編碼是才能表示的動態范圍，這樣能有效地提高校信號編碼時的信噪比。四、實驗步驟

4、1.用Systemview軟件建立的一個正弦信號的采樣仿真電路，如下圖所示： 本實驗被采樣的模擬信號源是幅度1V、頻率為100Hz的正弦波，抽樣脈沖為窄矩形脈沖，脈寬為1微秒。抽樣器用乘法器代替。用于恢復信號的低通濾波器采用三階巴特沃斯低通濾波器。2. 用Systemview軟件建立的一個脈沖編碼調制仿真電路，如下圖所示：在SystemView系統仿真軟件中，提供了A律和律兩種標準的壓縮器和擴張器，可以根據需要選取其中一種進行仿真實驗。（1）設置一個均值為0，標準差為0.5的具有高斯分布的隨機信號作為仿真用的模擬信號源。（2）在信號源的后方放置一個巴特沃思低通濾波器，設置其截止頻率為10Hz，

5、濾除高頻分量。（3）在濾波器右側放置一個A律13折線的壓縮器（通信庫Processors標簽下），對信號進行壓縮，并設定最大輸入為1v。（4）放置一個模數轉換器（在邏輯庫下的Mix Signal中），對壓縮的模擬信號進行抽樣量化，并編碼為數字信號，根據PCM的要求，設定編碼位數為8位，輸出真假值為1和0，閾值為0.5，最大最小輸入為正負1.28v；并放置一個100Hz的采樣時鐘信號對模擬信號進行抽樣。由此可得出8位編碼的PCM信號。（5）放置一個數模轉換器，將編碼好的PCM信號重新還原為模擬信號。數模轉換器的參數設置與模數轉換器基本相同（6）將模數轉換器的8個數據位與數模轉換器相對應的8個數據位相連，將數字信號送入數模轉換器。（7）放置一個擴張器，接收從數模轉換器產生的經過壓縮的模擬信號，并對其進行擴張，還原為原始信號，參數的設置與壓縮器基本相同。五、實驗報告1.為驗證信號與恢復不失真條件和分析信號失真的原因，對采樣仿真電路分別選取100Hz、200Hz、500Hz等幾種