基于SystemView软件的PCM多路时分复用基带通信系统设计.docx
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基于SystemView软件的PCM多路时分复用基带通信系统设计.docx
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基于SystemView软件的PCM多路时分复用基带通信系统设计
通信原理
课程设计报告
题目PCM多路时分复用基带通信系统设计
学院
班级
姓名
学号
指导教师
2014年12月26日
一.任务书
(一)设计题目
基于SystemView软件的PCM多路时分复用基带通信系统设计
(二)设计内容及要求
(1)基于Systemview/Matlab/Simulink软件实现;
(2)实现单路话音信号的抽样、紧缩、均匀量化与编码取得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)观看输出信号的眼图,得出误码率-信噪比曲线;
(7)别离选择不同特性信道时考察误码率-信噪比曲线。
二.研究背景
(1)数字通信系统己成为现今通信的进展方向,但是自然界的许多信息通过传感器转换后,绝大部份是模拟量,脉冲编码调制(PCM)是把模拟信号变换为数字信号的一种调制方式,要紧用于语音传输,在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中取得普遍的应用,借助于Systemview软件,能够直观、方便地进行计算和仿真。
因此能够通过运行结果,分析系统特性。
(2)SystemView软件
SystemView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、信号处置、完整通信系统的设计与仿真,直到一样的系统数学模型成立等各个领域,SystemView在友好而且功能齐全的窗口环境下,为用户提供了一个周密的嵌入式分析工具。
SystemView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,它利用功能模块(Token)描述程序。
利用SystemView,能够构造各类复杂的模拟、数字、数模混合系统和各类多速度系统,因此,它可用于各类线性或非线性操纵系统的设计和仿真。
用户在进行系统设计时,只需从SystemView配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置,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.设计方案
一、设计原理
(1)PCM实验原理
脉冲编码调制:
脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的大体方式之一,它通过抽样、量化和编码,把一个时刻持续、取值持续的模拟
信号变换成时刻离散、取值离散的数字信号,然后在信道中
进行传输。
接收机将收到的数字信号经再生、译码、滑腻后
恢复出原始的模拟信号。
图1是PCM原理框图
编码器:
模拟信号输入→抽样保持→量化器→编码器→PCM信号输出
译码器:
PCM信号输入→译码器→低通滤波器→模拟信号输出
图1
话音信号先通过防混叠低通滤波器,取得限带信号(300Hz~3400Hz),进行脉冲抽样,变成8KHz重复频率的抽样信号(即离散的脉冲调幅PAM信号),然后将幅度持续的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。
(2)抽样
抽样,确实是对模拟信号进行周期性扫描,把时刻上持续的信号变成时刻上离散的信号。
该模拟信号通过抽样后还应当包括原信号中所有信息,也确实是说能无失真的恢恢复模拟信号。
它的抽样速度的下限是由抽样定理确信的。
(3)量化
量化确实是把一个持续幅度值的无穷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要紧缺点是:
不管抽样值大小如何,量化噪声的均方根值都固定不变。
实际中,非均匀量化的实际方式一般是将抽样值通过紧缩再进行均匀量化。
通常利用的紧缩器中,大多采纳对数式紧缩。
普遍采纳的两种对数紧缩律是μ紧缩律和A紧缩律。
PCM编码方式采纳的也是A紧缩律。
(4)编码
编码确实是把量化后的信号变换成代码,其相反的进程称为译码。
固然,那个地址的编码和译码与过失操纵编码和译码是完全不同的,前者是属于信源编码的范围。
在现有的编码方式中,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。
通信中一样都采纳第二类。
编码器的种类大体上能够归结为三类:
逐次比较型、折叠级联型、混合型。
在逐次比较型编码方式中,不管采纳几位码,一样均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。
仿真时将PCM编译码器分为编码器和译码器模块别离实现。
(5)时分复用原理
时分复用确实是将抽样周期分成假设干时隙,各路信号的抽样值编码按必然的顺序占用某一时隙,用一个信道传输多路数字信号,即一个物理信道分为多个逻辑信道。
2设计进程
1.信号源:
如以下图的模块0,产生的是正弦信号,正弦信号(如以下图所示)
2.PCM编码器模块PCM编码器模块要紧由信号源(模块0)、低通滤波器(模块1)、瞬时紧缩器(模块2)、A/D转换器(模块3)、并串转换器(模块9),输出端子(模块12)组成,实现模型如
信源信号通过PCM编码器低通滤波器(模块1)完成信号频带过滤,由于PCM量化采纳非均匀量化,还要利用瞬时紧缩器实现A律紧缩后再进行均匀量化,A/D转换器(模块3)完成采样及量化,由于A/D转换器的输出是并行数据,必需通过数据选择器(模块9)完成并串转换成串行数据,最后输出(模块12)PCM编码信号。
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,采纳了低通滤波器,而没有设计带通滤波器。
为实现信号在300Hz-3400Hz的语音频带内,在那个地址采纳了一个阶数为3阶的切比雪夫滤波器,其具有在通带内等波纹、阻带内单调的特性。
(2)瞬时紧缩器:
瞬时紧缩器采纳A律紧缩,注意在译码时扩张器也应采纳A律解压。
对照紧缩前后时域信号,明显看到对数紧缩时小信号明显放大,而大信号被紧缩,从而提高了小信号的信噪比,如此能够利用较少位数的量化知足语音传输的需要。
(3)A/D转换器:
完成通过瞬时紧缩后信号时刻及幅度的离散,通常以为语音的频带在300Hz-3400Hz依照低通采样定理,采样频率应大于信号最高频率两倍以上,在那个地址A/D的采样频率为8Hz即可知足,均匀量化电平数为256级量化,编码用8bit表示,其中第一名为极性表示,如此产生了64kbit/s的语音紧缩编码。
(4)数据选择器:
图符10为带使能端的8路数据选择器,与74151功能相同,在那个地址完成A/D转换后的数据的并串转换,模块6,7,8为选择操纵端,在那个地址操纵连番输出并行数据为串行数据。
通过数据选择器还能够实现码速转换功能。
4.PCM译码器模块
PCM译码器是实现PCM编码的逆系统。
PCM译码器模块要紧由ADC出来的PCM数据输出端、D/A转换器(模块24)、瞬时扩张器(模块25)、低通滤波器(模块26)组成。
实现模型如以下图所示:
5.PCM译码器组件功能实现
(1)D/A转换器(模块24):
用来实现与A/D转换相反的进程,实现数字量转化为模拟量,从而达到译码最大体的要求,也确实是最最少要有步骤。
(1)瞬时扩张器(模块25):
实现与瞬时紧缩器相反的功能,由于采纳A律紧缩,扩张也必需采纳A律瞬时扩张器。
(2)低通滤波器(模块26):
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按时抖动失真,需要对再生信号进行幅度及相位的补偿,同时滤除高频分量,在那个地址利用与编码模块中相同的低通滤波器。
(3)寄放器是由具有存储功能的触发器组合起来组成的。
一个触发器能够存储一名二级制代码,寄存N位二进制代码的寄放器,需用n个触发器来组成。
移位寄放器中的数据能够在移位脉冲作用下一次逐位右移或左移,数据既能够并行输入、并行输出,也能够串行输入、串行输出,还能够并行输入、串行输出,串行输入、并行输出,在那个地址是进行串行到并行的转换。
6.帧同步模块
模块67数据选择器,模块72乘法器,模块71输出信号
7.眼图模块
眼图:
确实是由解调后竞购低通滤波器输出的基带信号,以码元按时作为同步信号在示波器屏幕上显示的波形,干扰和失真所产生的传输畸变,能够在眼图上清楚的显示出来,在本次实验中我通过量次对眼图输入不同数据值来观看输出的眼图结果,取得了在输入结果是600e-6的时候取得了近似的眼图图像,同时也存在误差。
四.仿真实现
仿真结果
(1)通过输入输出的时域观测窗口,咱们取得仿真结果信号源的波形
(2)通过紧缩后的图形
(3)PCM编码后的波形
(4)抽样后信号波形
(5)通过D/A转换器后的波形
(6)译码后恢复源信号的输出波形
以上数据波形能够看出在PCM编码的进程中,译码输出的波形具有必然的延迟现象,可是由于某些缘故造成了波形的失真。
(7)最后通过改变style下的数据600e-6取得输出信号的眼图:
在本次实验中我通过量次对眼图输入不同数据值来观看输出的眼图结果,取得了在输入结果是600e-6的时候取得了近似的眼图图像,同时也存在误差。
眼图图像如以下图,
五.结论与体会
本周通过对PCM多路时分复用基带通信系统的课程设计,使我收成颇丰。
通过这次设计,把握了PCM编码的工作原理及PCM系统的工作进程,学会了利用仿真软件SystemView(通信系统的动态仿真软件),并学会通过应用软件仿真来实现各类通信系统的设计,对以后的学习和工作都起到了必然的作用,增强了动手能力和学业技术。
课程设计是培育学生综合运用所学知识,发觉,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察进程。
通过这段课程设计的日子,从开始的课题分析到编程再到SystemView仿真结果,都给我留下了很深的印象。
能够学到很多很多的的东西,同时不仅能够巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我知道了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会效劳,从而提高自己的实际动手能力和独立试探的能力。
通过理论与实际的结合,能够更好的把握该门学科知识,为后一时期的进一步学习打下好的基础,同时,通过本次强化训练看出自己运用仿真软件的不熟练,能够及时的调整自己,认真学好如何利用仿真软件和把握该门学科。
对尔后的学习生活有重要阻碍。
参考文献
[1]樊昌信,《通信原理》,北京:
国防工业出版社
[2]曹志刚,《现代通信原理》,北京:
清华大学出版社
[3]苗长云,《现代通信原理及应用》,北京:
电子工业出版社
[4]程岱松,《数字通信系统的SystemView仿真与分析》,北京:
北京航空航天大学出版社
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