语音信号频带传输通信系统仿真基于dpcm编码与ask调制毕业设计

语音信号频带传输通信系统仿真基于DPCM编码与ASK调制摘要本课程设计的主要内容是设计一个基于DPCM编码与ASK调制的语音信号频带传输通信系统，并对其进行仿真。该课程设计用的设计和仿真平台是MATLAB70集成系统中的SIMULINK。在SIMULINK中实现该课程设计，调整系统参数设置，通过观察比较发现输入的语音信号和输出的语音信号一致，其传输质量达到要求，最终结果达到设计的指标。关键词DPCM编解；ASK调制解调；MATLAB/SIMULINK1引言本课程设计的内容为设计一个基于DPCM编码与ASK调制的语音信号频带传输通信系统，并对其进行系统仿真。该系统的主要步骤是录制一段语音信号，对其进行DPCM编码后再进行ASK调制，送入加性高斯白噪声信道传输，在接收端对其进行ASK解调和DPCM解码以恢复原信号，回放比较传输前后的语音质量，并观察前后信号波形是否一致，绘制误码率曲线。11课程设计的目的1、对通信原理这门课程有更深入、更系统地认识。2、掌握一个系统的整体过程，能够对一个系统有全面的了解和认识，能够根据要求设计所需要的系统。3、掌握数字传输系统的好处与意义。4、掌握模拟信号的数字化，即模拟信号的编码，本课程设计用的是DPCM编码。5、掌握把数字信号转化为模拟信号，即数字信号的译码，本课程用的是DPCM的解码。6、掌握频带传输的意义和好处。7、掌握频带传输的调制与解调，本课程为ASK的调制与解调。8、学会运用设计平台来模拟所需设计的通信系统。12课程设计的要求1、模型设计应该符合工程实际，模块参数设置必须与原理相符合。2、处理结果和分析结论应该一致，而且应符合理论。3、独立完成课程设计并按要求编写课程设计报告书。13设计平台MATLAB中的SIMULINK。SIMULINK是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。SIMULINK具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点SIMULINK已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于SIMULINK。SIMULINK是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。SIMULINK提供了一个建立模型方块图的图形用户接口GUI，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。SIMULINKT000110F1XSIN2PIFTP1PREDICTOR,CODEBOOK,PARTITIONDPCMOPTX,P,17PREDICTOR009990CODEBOOKCOLUMNS1THROUGH6006110053400443003690030200231COLUMNS7THROUGH12001560007900000000790015600231COLUMNS13THROUGH170030200369004430053400611PARTITIONCOLUMNS1THROUGH6005770048900407003360026700194COLUMNS7THROUGH12001180003900039001180019400267COLUMNS13THROUGH1600336004070048900577DPCM编码模块的抽样时间与信号源一致，如图34所示图34DPCM编码模块参数设置DPCM解码模块与DPCM编码模块很类似，其参数设置如图35所示图35DPCM解码模块参数设置信号源经过DPCM编码模块再通过DPCM解码模块后，用示波器观察比较它们的波形从上到下分别时信号源波形、DPCM编码后波形和DPCM解码后波形，其波形如图36所示图36各个信号输出的波形图32ASK调制解调将信号源与载波通过相乘器进行相乘，在信道中传输，在接收端再次与载波通过相乘器进行相乘，接着通过低通滤波器、抽样判决器采样量化编码器，最后输出到示波器，并用误码器观察误码率。如图37所示图37ASK调制解调系统仿真框图其中信号源的参数设置如图38所示图38信号源参数设置在调制解调系统中，载波信号的频率一般要远大于信号源的频率。信号源采样时间001秒，即频率为100HZ，所以载波信号频率要大于100HZ。载波信号参数如图39所示图39载波信号参数设置高斯白噪声的抽样时间为001，如图310所示图310高斯白噪声的参数设置带通滤波器的下频应该小于载波频率与调制信号频率之差，上频应该大于载波频率与调制信号频率之差，参数设置如图311所示图311带通滤波器的参数设置低通滤波器的频带边缘频率与信号源的频率相同，参数设置如图312所示图312低通滤波器参数设置抽样判决器的抽样频率与信号源的频率相同，参数设置如图313所示图313抽样判决器的参数设置输入信号经过ASK调制解调系统后，输出的各个波形从上到下分别是输入信号、载波信号、已调信号、经过乘法器的解调信号、经过低通滤波器的解调信号，输出信号如图314所示图314各点信号的波形由示波器的输出波形可知，信号的调制解调成功，但存在001秒的时延，即信号时延了2比特（用时延时间乘以采样量化编码器的采样频率）。因而，误码器的可接纳时延为2比特，其参数设置如图315所示图315误码器的参数设置经过误码器的2比特时延后，其误码率为0，如图316所示图316误码率的查看33加入高斯白噪声输入信号经过DPCM编码后，再经过ASK调制，送入加性高斯白噪声信道传输，在接收端对其进行ASK解调和DPCM解码以恢复原信号。其仿真电路图如图317所示图317加高斯白噪声的信号传输仿真图图317所示的仿真图中有四个子系统，分别为INTEGERTOFRAMEBIT、ASKSYSTEM、BITTOINTEGER和UNITDELAY。经过DPCM编码的信号实现频带传输并进行ASK调制及解调，则在进行DPSK调制前信号必须进行帧转换，将经DPCM编码量化为N比特的编码序列以每帧的形式输出，每一帧含有N个比特，再经过缓冲器BUFFER和解缓冲器UNBUFFER将比特一个一个的输出，并在解调后再对其进行变换。因此图317所示的仿真图中INTEGERTOFRAMEBIT和BITTOINTEGER子系统所对应的框图如图318、图319所示图318INTEGERTOFRAMEBIT子系统框图图319BITTOINTEGER子系统框图ASKSYSTEM所对应的框图如图320所示图320ASKSYSTEM子系统框图DPCM编码模块参数设置同图33一样，DPCM解码模块参数设置与图34一样。由于DPCM将输入信号在11上的样值均匀量化为N4比特的编码序列，所以十进制与二进制的转换器中每个整数的比特数为4，缓冲器中的缓冲的大小也为4比特，二进制变为十进制的转换器中每个整数的比特数也为4。因此把INTEGERTOFRAMEBIT和BITTOINTEGER子系统中的这些相关模块参数设置为图321、图322、图323所示图321十进制转换为二进制模块参数设置图322BUFFER模块参数设置ASKSYSTEM之系统中各模块的参数与33节ASK调制解调的对应模块的参数一样，对该系统进行仿真，从ASK子系统中观察个点的波形从上到下分别是经过DPCM编码变换后的信号、载波信号、已调信号、经过乘法器的解调信号、传输信道中的信号和解调信号，在示波器SCOPE中显示，如图323所示图323ASK子系统中各点的波形对照图314，可知图323也有2比特的延时，同样地把误码器中延时比特数改2，得到该系统的误码率，如图324所示图324该系统的误码率由于每帧有4比特，经过系统后延时2比特，则在延时子系统UNITDELAY中有2个单位时延模块，其时延的时间为抽样判决的时间1/400，UNITDELAY子系统的框图如图324所示图324UNITDELAY子系统框图该系统的输入信号和经过该传输系统后的输出信号的波形在示波器SCOPE1中显示，如图324所示图324该系统的输入信号和输出信号波形由上图可以看出，输入信号经过DPCM编码，ASK调制,ASK解调，DPCM解码后的输出波形基本符合设计要求。34以语音信号为信源在SIMULINK中新建一个文件来录制一段语音信号，其框图如图325所示图325语音的录制声波输入模块的参数设置如图326所示图326声波输入模块参数设置声波保存模块的参数设置如图327所示图327声波保存模块参数设置声波录制完毕后，在对应的目录下会有一个文件名为HEIMAWAV的波形文件。参照图315可得语音信号系统仿真电路图，其仿真电路图如图328所示图328语音信号系统仿真框图在上图中从左到右有四个子系统，分别是INTEGERTOFRAMEBIT框图与图318一样、ASKSYSTEM框图与图320一样、UNITDELAY和BITTOINTEGER框图与图319一样，UNITDELAY对应的框图如图329所示图329UNITDELAY子系统框图声波输入模块参数设置如图330所示图330声波输入模块参数设置DPCM编码中参数PREDICTORNUMERATOR、QUANTIZATIONPARTITION、QUANTIZATIONCODEBOOK同样用MATLAB中的DPCMOPT函数求出P8X,FS,BITSWAVREADLINGMINGWAVPREDICTOR,CODEBOOK,PARTITIONDPCMOPTX,P,50PREDICTORCOLUMNS1THROUGH8021360207650748706342110310928205783COLUMN902305CODEBOOKCOLUMNS1THROUGH80154901549015490154901250012500125001250COLUMNS9THROUGH160125001250012500125001250012500125001250COLUMNS17THROUGH240125001250012500125000317003170031700317COLUMNS25THROUGH320031700317003170031700317003170031700317COLUMNS33THROUGH400030300254002540019700160001180007500049COLUMNS41THROUGH480000000026000710009500113001650020300235COLUMNS49THROUGH500028800345PARTITIONCOLUMNS1THROUGH80154901549015490139901250012500125001250COLUMNS9THROUGH160125001250012500125001250012500125001250COLUMNS17THROUGH240125001250012500078400317003170031700317COLUMNS25THROUGH320031700317003170031700317003170031700310COLUMNS33THROUGH400027900254002170016400153001120005600013COLUMNS41THROUGH480000200041000800010700135001880022000251COLUMN4900335语音信号系统仿真电路参数设置可参照33小节逐个进行设置，设置如下十进制与二进制的转换模块将NUMBEROFBITSPERINTEGER设为8；缓冲器的OUTPUTBUFFERSIZE设为8；时延模块的SAMPLETIME设为1/64000；载波信号的FREQUENCY设为1024000PI；带通滤波器的LOWERPASSBANDEDGEFREQUENCY设为892000PI，UPPERPASSBANDEDGEFREQUENCY设为1148000PI；低通滤波器的PASSBANDEDGEFREQUENCY设为128000PI；抽样判决器的SAMPLETIMES设为1/64000；误码器的RECEIVEDELAY设为2；二进制与十进制转换器的NUMBEROFBITSPERINTEGER设为8；高斯白噪声的SAMPLETIME设为001对该系统经行运行仿真，得到系统的误码率如图331所示图331语音系统的误码率输入的语音信号和输出的语音信号如图332所示图332语音信号的输入和输出波形有上图可以看出输入的语音波形与输出的语音波形很相似，而且误码率也在设计的要求范围内，因此该语音系统的设计满足了要求。将经DPCM编码、ASK调制解调、DPCM解码所得的输出语音信号可以通过如图333框图来对其进行播放。播放时听到的语音与所录制的输入语音很接近，也比较清晰。图333输出的语音信号播放框图4出现的问题及解决方法41出现的问题问题1、在解调时没有加噪声出现误码率。解答办法出现误码数据时，合理修改误码器中的RECEIVEDELAY的数据就可可以使误码数据为零。问题2、示波器中的波形只出现一部分。解决办法双击示波器，修改DATAHISTORY中的LIMITDATAPOINTSTOLAST的数据，再重新运行SIMULINK观察示波器即可看到准确图形。问题3、将DPCM编解码框图与ASK调制解调框图整合后输出波形严重失真。解决办法DPCM编解码模块与ASK调制解调模块整合使，必须在调制之前进行帧转换，并在解调后进行帧反变换。问题4、解调波形时无失真，但解码后波形严重失真。解决办法这是由于信号经过低通滤波器后会产生时延，而本次课程设计中信号是以帧的形式进行传输，因而在解调输出端若直接使用解调信号，将会产生严重失真。因而，要在解调输出端加入延时模块，使其延时的比特数恰好等于一帧所含的比特数。系统的时延可从解调信号的波形图中看出，加入的模块数等于一帧所含的比特数减去系统时延的比特数。5结束语通信系统仿真可以很好地了解通信原理的原理，能够对原理进行仿真，这对于我们专业的学生来说就更加重要了。因为我们以后会经常用到系统仿真来设计我们所需的通信系统，需要从仿真结果检验出我们所设计的系统是否达到目标，从中及时发现并解决设计问题，不断地改进和优化方案，这样可以提高效率，节约投资，缩短开发设计时间。因此，了解和掌握通信系统仿真对于通信专业学生而言尤其重要。课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，