1、 通信原理課程設(shè)計報告題 目： 增量調(diào)制 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 電子2班 姓 名： 莊昆瑜 學(xué) 號： 0804030221 湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 二一一年六月目 錄 一、課程設(shè)計的目的二、課程設(shè)計的內(nèi)容和原理三、設(shè)計的要求及各具體模塊的實現(xiàn)四、設(shè)計結(jié)果分析及比較五、課程設(shè)計的總結(jié)及體會六、參考文獻一、課程設(shè)計的目的1. 通過實驗加深對課本理論知識的理解。2. 掌握SystemView進行通信原理仿真的方法。3. 通過實驗進一步掌握增量調(diào)制系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理。4. 通過實驗現(xiàn)象對比，了解系統(tǒng)各項參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。5. 通過實驗提高自己獨立分析問題和解決問題的能力。二

2、、課程設(shè)計的內(nèi)容和原理 本課程設(shè)計通過SystemView仿真對模數(shù)轉(zhuǎn)換和壓縮編碼的重要方法-增量調(diào)制(DM)進行了驗證和研究，增量調(diào)制(DM)是對信號相鄰樣值的增加量進行1比特量化編碼的方式。它是在脈沖編碼調(diào)制 (PCM)方式的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的一種模擬信號的數(shù)字化傳輸方式。增量調(diào)制是差值脈沖編碼調(diào)制的一個重要特例,也稱為 1bit量化的差值脈沖編碼調(diào)制。在增量調(diào)制系統(tǒng)中, 抽樣頻率要比 PCM 高得多, 叫做過抽樣。量化器把預(yù)測差值僅量化為+或-1兩值之一,即1b it量化器,預(yù)測器常用一階預(yù)測,可用積分器實現(xiàn)，由于抽樣頻率增加,相鄰樣值之間的相關(guān)性增加,因而使預(yù)測增益提高。線性增量調(diào)制原

3、理基本思想是對抽樣值與預(yù)測值的差值進行量化。當(dāng)分脈沖編碼調(diào)制(DPCM)系統(tǒng)的量化電平取為2和預(yù)測器是一個延遲為Ts的延遲線時,該DPCM系統(tǒng)被稱作為增量調(diào)制系統(tǒng)。當(dāng)量化臺階(也稱量化間距)為常數(shù)時,系統(tǒng)預(yù)測值或者系統(tǒng)恢復(fù)值以線性變化的趨勢跟蹤輸入信號,也叫線性增量調(diào)制(LDM)。其編碼、解碼原理及框圖如上述所示。這里量化實質(zhì)上就是一個常數(shù)(此常數(shù)為量化臺階)和符號函數(shù) (sign)的乘積。線性增量調(diào)制編碼與解碼設(shè)計實現(xiàn)如下圖1和圖2所示: 圖1 增量調(diào)制系統(tǒng)的編碼器系統(tǒng)設(shè)計如圖1(編碼器)、圖2(解碼器)所示:差分m(k) -k= e,被量化成+或-,即eok=+或-，值稱之為量化臺階。eo

4、k是二進制符號,可經(jīng)信道傳輸給遠(yuǎn)方的增量調(diào)制解碼器 圖2 增量調(diào)制系統(tǒng)的解碼器三、設(shè)計的要求及各具體模塊的實現(xiàn) 1.設(shè)計的要求（1）分析各個模塊在系統(tǒng)中的作用，并說明系統(tǒng)構(gòu)成的原理。（2）說明系統(tǒng)各個參數(shù)設(shè)定的具體依據(jù)。（3）改變系統(tǒng)參數(shù)，結(jié)合輸出波形分析造成輸出波形失真的原因。2.系統(tǒng)組成及原理 圖3 系統(tǒng)設(shè)計框圖 該系統(tǒng)是一個簡單的基于SystemView的增量調(diào)制仿真實驗電路圖，系統(tǒng)信號源通過frequence sweep（圖符32）產(chǎn)生起始頻率100Hz，終止頻率10Khz的波形來模擬。圖符5為一個比較器（作為判決器），圖符29、21、10構(gòu)成了一個預(yù)測器，判決器輸入信號a與預(yù)測器的預(yù)

5、測值b進行比較，當(dāng)a>=b時判決器輸出+1，否則輸出-1。預(yù)測器預(yù)測值實際就是上一時刻的抽樣值與差值（）的疊加，圖符10改變增益就可以改變大小，而圖符21（加法器）正是完成了上一時刻的抽樣值與差值（）的疊加。解碼器部分直接使用積分器和巴特沃斯低通濾波器組成，低通濾波器主要用來濾除輸出信號中的高頻成分，使輸出波形更加平滑。圖符13,26,28分別輸出顯示輸出波形、經(jīng)過判決器抽樣后的波形、輸入波形。3.系統(tǒng)各個參數(shù)設(shè)定和具體依據(jù) （1）輸入信號頻率設(shè)置輸入信號頻率設(shè)置不能過高，本系統(tǒng)設(shè)置為初始頻率100Hz，終止頻率10e+3，頻率過高會產(chǎn)生斜率過載（量化）失真，這是因為頻率過高，會導(dǎo)致輸入

6、信號頻率的斜率增大，當(dāng)其大于抽樣周期決定的固定斜率時，量化階（）便跟不上信號斜率的變化，因而產(chǎn)生斜率過載（量化）失真。（2）比較器（判決器設(shè)置） 輸入信號為a，預(yù)測采樣值為b，根據(jù)增量調(diào)制原理，當(dāng)a>=b時輸出為1，反之為-1。 （3）預(yù)測器增益設(shè)置 預(yù)測器增益設(shè)置要根據(jù)輸入信號的頻率設(shè)置，因為這個增益值決定了量化階（） 的大小，頻率越大，量化階應(yīng)該設(shè)置更大一些，否則會發(fā)生量化失真。 （4）輸出信號低通濾波器參數(shù)設(shè)置 根據(jù)采樣定理低通濾波器輸入信號采樣頻率（Filter input sample）必須大于輸入信號頻率的2倍，本系統(tǒng)輸入頻率為10KHz，因此我們將采樣頻率設(shè)置為30KHz而

7、低通濾波器截止頻率（Low Cuttoff）最大不能高于采樣頻率兩倍，當(dāng)然截止頻率不宜設(shè)置得過高，否則會引入高頻噪聲，也不可以設(shè)置得過低，否則會將有用信號也濾掉，本系統(tǒng)我們選用1KHz。4、 設(shè)計結(jié)果分析及比較 Sink13顯示波形Sink25顯示波形Sink28顯示波形 有實驗結(jié)果分析可知，輸出端（Sink13）較好的還原了輸入信號（Sink25），經(jīng)過判決器后輸出的波形為連續(xù)的1和-1，從波形上來看，就是一些看似無規(guī)律的方波，而積分器正是在這些方波為高（即1）時積分，而在為低（-1）時反積分，從而還原輸入信號。但是在上圖中我們看到在信號低頻部分（即波形左邊部分）有失真現(xiàn)象，這是因為量化階（

8、）設(shè)置比較大，雖然能夠較好的還原高頻部分，但卻在低頻部分卻產(chǎn)生了失真，下面我們通過減小預(yù)測器中增益器（圖符10）的增益來減小量化階（）。 將增益改為100e-3 原輸入信號 增益改變前（200e-3）的輸出信號 增益改變后（100e-3）的輸出信號通過以上兩張輸出波形對比，我們發(fā)現(xiàn)增益減小后低頻部分曲線明顯圓滑了很多，說明改變前低頻失真是由于量化階過大，曲線的變化梯度要小于量化階。但是我們同時也發(fā)現(xiàn)增益改變后輸出信號的高頻部分（波形的右邊部分）出現(xiàn)了交嚴(yán)重的失真，這個失真就是我們前面所講到的斜率過載（量化）失真。下面我們再來討論下濾波器參數(shù)對系統(tǒng)的影響。首先我們改變改變一下濾波器的截止頻率，看

9、看會對系統(tǒng)產(chǎn)生什么影響。 將濾波器采樣頻率減小到20e+3 原輸入信號波形 采樣頻率改變前（30e+3）的輸出波形 采樣頻率（20e+3）改變后的輸出波形 通過以上兩輸出波形圖對比可知，采樣頻率減小后，輸出波形發(fā)生嚴(yán)重失真，說明采樣頻率設(shè)置較高可以更好的還原輸入信號。 接著我們改變一下濾波器的截止頻率，看看會對系統(tǒng)產(chǎn)生什么影響。 將截止頻率調(diào)高至5e+3Hz 截止頻率調(diào)高后（5e+3Hz）的輸出波形將截止頻率調(diào)低至100Hz 將截止頻率調(diào)低后（100Hz）的輸出波形 截止頻率改變前（1e+3Hz）的輸出波形 通過對比以上三張輸出波形圖，可以明顯看到，當(dāng)截止頻率調(diào)的過高時引入了高頻噪聲，導(dǎo)致輸出波形出現(xiàn)毛刺；而將頻率調(diào)的過低后將輸入濾波器的有用高頻信號濾除了，只剩下低頻信號。5、 課程設(shè)計的總結(jié)及體會通過這次課程設(shè)計，我較熟練的掌握了SystemView進行通信原理仿真的方法和技巧。之前也經(jīng)歷了很多失敗，一是對軟件還不夠熟悉，更主要的是因為沒有充分理解增益調(diào)制的原理，懵懵懂懂的開始操作失敗是必然的。通過認(rèn)真查閱資料、仔細(xì)看書我對試驗原理有了較為全面的理解。實驗初步成功后我反復(fù)改變實驗參數(shù)，并猜測其可能導(dǎo)致的實驗結(jié)果，期間有不少試驗結(jié)果與我的猜想一致，這令我十分興奮。這個過程是新奇和快樂的，它不僅加深了我對理論知識的理解，同