实验五模拟信号的数字传输仿真

1、实验五 模拟信号的数字传输仿真一、实验目的1.分析验证抽样定理。2.掌握PCM的编码原理。3.掌握PCM编码信号的压缩与扩张的实现方式二、实验内容1.设计一个抽样与恢复仿真模型。2.设计一个PCM调制系统的仿真模型。3.采用信号的压缩与扩张方式来提高信号的信噪比三、实验原理1.抽样定理实质上研究的是随时间连续变化的模拟信号经抽样变成离散序列后，能否由此离散序列值重建原始模拟信号的问题。对于低通型和带通型模拟信号，分别对应不同的抽样定理，抽样定理是模拟信号数字化的理论基础。对上限频率为fH的低通型信号，低通抽样定理要求抽样频率应满足： 当采样频率小于奈奎斯特频率时，在接收端恢复的信号失真比较大，

2、这是因为存在信号的混频；当采样频率大于或等于奈奎斯特频率时，恢复信号于原信号基本一致。理论上，理想的抽样频率为2倍的奈奎斯特带宽，但实际工程应用中，限带信号绝不会严格限带，通常选取抽样频率的2.55倍的最高频率进行采样以避免失真。2.PCM脉冲编码调制在现代通信系统中，以PCM（脉冲编码调制）为代表的编码调制技术被广泛地应用于模拟信号和数字传输中，所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号的抽样量化值变换成代码，其编码方式如下图所示：PCM编码经过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。为了便于用数字电路实现，其量化电平数一般为2的整数次幂，这样可以将模拟信号量化为二进制编码形式。其

3、量化方式可分为两种：（1）均匀量化编码常用二进制编码，主要有自然二进码和折叠二进码两种。（2）非均匀量化编码常用13折线编码，它用8位折叠二进码来表示输入信号的抽样量化值，第一位表示量化值的极性，第二至第四位（段落码）的8种可能状态分别代表8个段落的起始电平，其它4位码（段内码）的16种状态用来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。通常情况下，我们采用信号压缩与扩张技术来实现非均匀量化，就是在保持信号固有的动态范围的前提下，在量化前将小信号放大，而将大信号进行压缩。采用信号压缩后，用8位编码就可以表示均匀量化11位编码是才能表示的动态范围，这样能有效地提高校信号编码时的信噪比。四、实验步骤

4、1.用Systemview软件建立的一个正弦信号的采样仿真电路，如下图所示： 本实验被采样的模拟信号源是幅度1V、频率为100Hz的正弦波，抽样脉冲为窄矩形脉冲，脉宽为1微秒。抽样器用乘法器代替。用于恢复信号的低通滤波器采用三阶巴特沃斯低通滤波器。2. 用Systemview软件建立的一个脉冲编码调制仿真电路，如下图所示：在SystemView系统仿真软件中，提供了A律和律两种标准的压缩器和扩张器，可以根据需要选取其中一种进行仿真实验。（1）设置一个均值为0，标准差为0.5的具有高斯分布的随机信号作为仿真用的模拟信号源。（2）在信号源的后方放置一个巴特沃思低通滤波器，设置其截止频率为10Hz，

5、滤除高频分量。（3）在滤波器右侧放置一个A律13折线的压缩器（通信库Processors标签下），对信号进行压缩，并设定最大输入为1v。（4）放置一个模数转换器（在逻辑库下的Mix Signal中），对压缩的模拟信号进行抽样量化，并编码为数字信号，根据PCM的要求，设定编码位数为8位，输出真假值为1和0，阈值为0.5，最大最小输入为正负1.28v；并放置一个100Hz的采样时钟信号对模拟信号进行抽样。由此可得出8位编码的PCM信号。（5）放置一个数模转换器，将编码好的PCM信号重新还原为模拟信号。数模转换器的参数设置与模数转换器基本相同（6）将模数转换器的8个数据位与数模转换器相对应的8个数据位相连，将数字信号送入数模转换器。（7）放置一个扩张器，接收从数模转换器产生的经过压缩的模拟信号，并对其进行扩张，还原为原始信号，参数的设置与压缩器基本相同。五、实验报告1.为验证信号与恢复不失真条件和分析信号失真的原因，对采样仿真电路分别选取100Hz、200Hz、500Hz等几种