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基于SystemviewPCM时分复用多路系统设计

产品时间:2022-08-09 20:42

简要描述:

〔1〕基于 Systemview 软件实现; 〔2〕实现单路话音信号的抽样、压缩、均匀量化与编码得 到 PCM 信号; 〔3〕实现多路 PCM 信号的时分复用; 〔4〕实现接收端的分接与译码; 〔5〕考虑...

详细介绍

  〔1〕基于 Systemview 软件实现; 〔2〕实现单路话音信号的抽样、压缩、均匀量化与编码得 到 PCM 信号; 〔3〕实现多路 PCM 信号的时分复用; 〔4〕实现接收端的分接与译码; 〔5〕考虑实现位同步电路; 〔6〕观察输出信号的眼图,得出误码率-信噪比曲线〕分别选择不同特性信道时考察误码率-信噪比曲线。

  通过通信原理实验箱或者 Systemview 软件仿真进一步深 化通信原理课程知识,培养学生的专业素质,提高其利用通 信原理知识处理通信系统问题的能力,为今后专业课程的学 习、毕业设计打下良好的根底。通过必要的工程设计、初步 的科学研究方法训练和实践锻练,增强分析问题和解决问题 的能力,了解通信系统的新开展。

  脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的根本方法之一,它 通过抽样、量化和编码,把一个时间连续、取值连续的模拟 信号变换成时间离散、取值离散的数字信号,然后在信道中 进展传输。接收机将收到的数字信号经再生、译码、平滑后 恢复出原始的模拟信号。PCM 系统的组成如图 1-1 所示。

  话音信号先经过防混叠低通滤波器,得到限带信号〔300Hz~ 3400Hz〕,进展脉冲抽样,变成 8KHz 重复频率的抽样信号 〔即离散的脉冲调幅 PAM 信号〕,然后将幅度连续的 PAM 信号用“四舍五入〞方法量化为有限个幅度取值的信号,再 经编码,转换成二进制码。 (a) 抽样

  所谓抽样,就是对模拟信号进展周期性扫描,把时间上 连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后 还应当包含原信号中所有信息,也就是说能无失真的恢复原

  从数学上来看,量化就是把一个连续幅度值的无限数集 合映射成一个离散幅度值的有限数集合。模拟信号的量化分 为均匀量化和非均匀量化。由于均匀量化存在的主要缺点 是:无论抽样值大小如何,量化噪声的均方根值都固定不变。 因此,当信号 m(t) 较小时,那么信号量化噪声功率比也就很小, 这样,对于弱信号时的量化信噪比就难以到达给定的要求。 通常,把满足信噪比要求的输入信号取值围定义为动态围, 可见,均匀量化时的信号动态围将受到较大的限制。为了克 制这个缺点,实际中,往往采用非均匀量化。

  非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。 对于信号取值小的区间,其量化间隔 v 也小;反之,量化间 隔就大。它与均匀量化相比,有两个突出的优点。首先,当 输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度〔实际中常常 是这样〕时,非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信 号量化噪声功率比;其次,非均匀量化时,量化噪声功率的 均方根值根本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、 小信号的影响大致一样,即改善了小信号时的量化信噪比。

  实际中,非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压 缩再进展均匀量化。通常使用的压缩器中,大多采用对数式 压缩。广泛采用的两种对数压缩律是 压缩律和 A 压缩律。

  所谓编码就是把量化后的信号变换成代码,其相反的过 程称为译码。当然,这里的编码和译码与过失控制编码和译 码是完全不同的,前者是属于信源编码的畴。

  在现有的编码方法中,假设按编码的速度来分,大致可 分为两大类:低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二 类。编码器的种类大体上可以归结为三类:逐次比拟型、折 叠级联型、混合型。在逐次比拟型编码方式中,无论采用几 位码,一般均按极性码、段落码、段码的顺序排列。仿真时 将 PCM 编译码器分为编码器和译码器模块分别实现。

  2 .时分复用原理 时分复用就是将抽样周期分成假设干个时隙,各路信号的抽 样值编码按一定的顺序占用某一时隙,用一个信道传输多路 数字信号,既一个物理信道分为多个逻辑信道。 3.System View 软件

  System View 是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真 的动态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、完整通 信系统的设计与仿真,直到一般的系统数学模型建立等各 个领域,System View 在友好而且功能齐全的窗口环境下, 为用户提供了一个精细的嵌入式分析工具。

  System View 是美国 ELANIX 公司推出的,基于 Windows 环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具,它使 用功能模块(Token)描述程序。利用 System View,可以构 造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系 统,因此,它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和 仿真。用户在进展系统设计时,只需从 System View 配置 的图标库中调出有关图标并进展参数设置,完成图标间的 连线,然后运行仿真操作,最终以时域波形、眼图、功率 谱等形式给出系统的仿真分析结果。

  三.设计过程 任务: 〔1〕基于 Systemview 软件实现; 〔2〕实现单路话音信号的抽样、压缩、均匀量化与编码得 到 PCM 信号;

  1. 信号源子系统的组成:由三个幅度一样、频率不同的正弦 信号〔图符 7、8、9〕合成,如下列图所示:

  2. PCM 编码器模块 PCM 编码器模块主要由信号源〔图符 7〕、低通滤波器〔图 符 15〕、瞬时压缩器〔图符 16〕、A/D 转换器〔图符 8〕、 并/串转换器〔图符 10〕、输出端子构成〔图符 9〕,实现模 型如下列图所示:

  带过滤,由于 PCM 量化采用非均匀量化,还要使用瞬时压缩器 实现 A 律压缩后再进展均匀量化,A/D 转换器〔图符 8〕完成采

  选择器〔图符 10〕完成并/串转换成串行数据,最后通过图符〔9〕 输出 PCM 编码信号。 3. PCM 编码器组件功能实现 〔1〕低通滤波器:为实现信号的语音频率特性,考虑到滤波器 在通带和阻带之间的过渡,采用了低通滤波器,而没有设计带通 滤波器。为实现信号在 300Hz-3400Hz 的语音频带,在这里采 用了一个阶数为 3 阶的切比雪夫滤波器,其具有在通带等波纹、 阻带单调的特性。 〔2〕瞬时压缩器:瞬时压缩器采用 A 律压缩,注意在译码时扩 器也应采用 A 律解压。比照压缩前后时域信号,明显看到对数压 缩时小信号明显放大,而大信号被压缩,从而提高了小信号的信 噪比,这样可以使用较少位数的量化满足语音传输的需要。 〔3〕A/D 转换器:完成经过瞬时压缩后信号时间及幅度的离散, 通常认为语音的频带在 300Hz-3400Hz,根据低通采样定理,采 样频率应大于信号最高频率两倍以上,在这里 A/D 的采样频率 为 8Hz 即可满足,均匀量化电平数为 256 级量化,编码用 8bit 表示,其中第一位为极性表示,这样产生了 64kbit/s 的语音压缩 编码。

  〔4〕数据选择器:图符 10 为带使能端的 8 路数据选择器,与 74151 功能一样,在这里完成 A/D 转换后的数据的并/串转换,图符 11、 12、13 为选择控制端,在这里控制轮流输出并行数据为串行数据。

  4. PCM 译码器模块 PCM 译码器是实现 PCM 编码的逆系统。PCM 译码器模块主要 由 ADC 出来的 PCM 数据输出端、D/A 转换器、瞬时扩器、低 通滤波器构成。实现模型如下列图所示:

  PCM 译码器组件功能实现 (1)D/A 转换器(图符 1):用来实现与 A/D 转换相反的过程, 实现数字量转化为模拟量,从而到达译码最根本的要求,也 就是最起码要有步骤。 〔1〕瞬时扩器〔图符 8〕:实现与瞬时压缩器相反的功能, 由于采用 A 律压缩,扩也必须采用 A 律瞬时扩器。 〔2〕低通滤波器〔图符 3〕:由于采样脉冲不可能是理想冲 激函数会引入孔径失真,量化时也会带来量化噪声,及信号 再生时引入的定时抖动失真,需要对再生信号进展幅度及相 位的补偿,同时滤除高频分量,在这里使用与编码模块中一 样的低通滤波器。

  〔3〕存放器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。 一个触发器可以存储一位二级制代码,存放 N 位二进制代码 的存放器,需用 n 个触发器来构成。 移位存放器中的数据 可以在移位脉冲作用下一次逐位右移或左移,数据既可以并 行输入、并行输出,也可以串行输入、串行输出,还可以并 行输入、串行输出,串行输入、并行输出,在这里是进展串 行到并行的转换。 系统仿线.仿真结果 通过输入输出的时域观测窗口,我们得到仿线)信号源的波形

  以上数据波形可以看出在 PCM 编码的过程中,译码输出的 波形具有一定的延迟现象,其波形根本上不失真的在接收端 得到恢复,传输的过程中实现了数字化的传输过程。

  通过这次设计,根本掌握了 PCM 编码的工作原理及 PCM 系 统的工作过程,学会了使用仿真软件 Systemview,通过应用 软件仿真来实现通信系统的设计,加强了动手能力和学业技 能。面对这样一个全新的软件,尤其还是英文版的,一开场 真的无从下手,没方法只好自己动手慢慢摸索。

 


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