单路数字语音通信系统仿真--通信原理课程设计

1、目录一 设计思路及系统总框图1二 各模块电路设计与仿真2 编码与译码21、根本原理22、设计与仿真4 调制与解调71、根本原理72、设计与仿真9三 系统总体设计及调试12四 总结与体会15一 设计思路及系统总框图实际中的语音信号为模拟信号，为实现信号有效高速的传输，首先须将模拟信号转换为数字信号。实现这一转换的过程称为语音编码。语音编码分为抽样、量化、编码三个步骤。这样，把取值连续的模拟信号转换成为了离散的数字基带信号。实际中大多数通信通道都是带通信道，即频率通带远离f=0的信道。基带信号只适合在低通型信道中传输。为了使数字信息在带通信道中传输，须用数字基带信号对载波进行调制，将载有信息的信号

2、频率搬迁到信道的频带之内。频带调制可以有效地使信号与信道的频谱特性相匹配，使信道噪声的影响减小到最低。至此，可以实现信号的发送。经过理想信道的传输，在接受端收到了无损耗的调制信号。对应于调制，在接收端首先对调制信号进行解调，恢复成原来的基带信号。得到恢复出来的数字基带信号后，再经过译码，便可将数字信号复原为原始的模拟语音信号。由此得到的系统框图如图1所示。模拟语音信号编码调制解调译码信道传输图1 系统总框图二 各模块电路设计与仿真 编码与译码1、根本原理脉冲编码调制PCM是将模拟信号变换成二进制信号的根本和常用方法。在脉冲编码调制中，首先对模拟信号最低以奈奎斯特速率进行抽样，然后对抽样值进行量

3、化和编码，从而得到数字信号。从通信的调制概念看，可以认为PCM编码过程是用模拟信号调制一个二进制的脉冲序列，载波是脉冲序列，调制改变脉冲序列的有无为“1、“0的过程。模拟信号输入抽样保持电路量化器编码器PCM信号译码器低通滤波器图2 PCM系统的原理方框图模拟信号输出实质上，脉码调制和A/D转换时一回事。PCM系统的原理方框图如图2所示。 图中模拟信号经抽样后得到了样值序列，样值序列在时间上是离散的，但在幅度上的取值还是连续的，即有无限多种取值。这样，就必须对样值进一步处理，使它成为在幅度上是有限种取值的离散样值。对样值幅度进行离散化处理的过程称为量化。1量化根据量化器的特性，量化又分为均匀量

4、化和非均匀量化，以量化间隔相等与否来区分。在数字 通信中，均匀量化那么有明显的缺乏，主要是小信号的信噪比小，大信号的信噪比大，同时，在保证 通话质量的前提下，编码位数较多。为了减少编码位数和提高小信号的信噪比，可采用非均匀量化的方法。非均匀量化可通过对信号非线性变换后再进行均匀量化来实现。进行非线性变换也即进行压缩变换。为了对不同的信号强度保持信号量噪比恒定，在理论上要求压缩特性为对数特性。国际电信联盟ITU提供两种建议，即A压缩律和压缩律。我国大陆采用A压缩律。实际中采用13折线法来近似A压缩律的曲线。2编码得到量化电压后，有不同的编码方法对其编码。即自然二进制码和折叠二进制码。由于折叠码的

5、误码对小电压的影响较小，有利于较小语音信号的平均量化噪声，故采用折叠码进行编码。在13折线法中采用的折叠码有8位。其中第一位表示量化值的极性正负，后面的7位分为段落码和段内码两局部。其中第24位是段落码，其他4位为段内码。段内码代表的16个量化电平是均匀划分的。2、设计与仿真根据PCM原理的系统框图，用SystemView做出的仿真如图3所示。图3 PCM系统的SystemView仿真各图符功能及参数设置：用图符0的高斯噪声和图符9的低通滤波器来产生一个400Hz的随机模拟信号。图符3为A率压缩器，用于对模拟信号的非均匀量化。图符6为8位的A/D转换器，用于实现对信号的抽样及编码，其中每一个抽

6、样值编码为8位的二进制码。图符10为D/A转换器，用于将锁存器送来的8位二进制码进行译码，转换为模拟值。图符11为A率的扩张器，用于对复原的压缩信号进行扩张恢复。图符13为400Hz的低通滤波器，用于对复原的信号滤除高频分量，恢复出原始信号。运行该PCM系统得到的仿真图形如图5所示。图5中，第一个波形为输入的模拟信号，第二个波形为模拟信号经A率压缩后的信号。可以看出，信号源波形经过压扩后，小信号明显进行了放大。第三个波形为译码后得到的波形。第四个波形为经过低通滤波复原出来的波形。除了细微的地方，信号根本得以恢复。图5 PCM系统仿真波形图 调制与解调1、根本原理数字调制的三种根本方式为幅度键控

7、调制ASK、频率键控调制FSK和相位键控调制PSK。三者中，2PSK信号具有最好的误码率性能。但是2PSK信号传输系统中存在相位不确定性，造成接受码元“0和“1的颠倒。为此，采用差分相移键控法2DPSK。1调制2PSK是利用载波的绝对相位传送数字信息，因此又称为绝对调相。而2DPSK是用前后码元的载波相位相对变化来传送数字信息的，因此又称为相对调相。2DPSK信号的产生过程是，首先对数字基带信号进行码反变换，即由绝对码变为相对码，然后再进行绝对调相。码反变换的规那么为： (1.1)式1.1中为模2加，为的前一个码元，最初的可任意设定。模2加2PSK调制延迟Ts2DPSK信号图6 2DPSK调制

8、框图2DPSK调制框图如图6所示。.2解调abcdcp解调信号对2DPSK信号的解调有两种方法，一种是相干解调，另一种是差分解调。用差分解调法时不需要恢复本地载波，只需由收到的信号单独完成。将2DPSK信号延时一个码元间隔Ts，然后与2DPSK信号本身相乘。相乘器起相位比拟的作用，相乘结果经低通滤波后再抽样判决，即可恢复出原始数字信息。差分解调框图如图7所示。延迟TsLPF抽样判决位同步2DPSK信号图7 差分解调框图差分解调又称延迟解调，只有2DPSK信号才能采用这种方法解调。差分相干解调不需要相干载波，但是抗噪声能力差，而且要做到精确的延迟一个码元周期也较难实现。2、设计与仿真根据以上框图

9、在SystemView做出仿真图如下列图所示。 各图符功能及参数设置：图符0为伪随机信号，频率为1600Hz，用以产生一系列的随机数字信号。图符4、3用于相对码的绝对调相。图符5、6解调，将收到的信号与当前信号相乘。图符7为三阶的Butterworth低通滤波器，频率为320Hz，滤除高频分量。图符9、10、17、16、12组成抽样判决局部，复原出信号。运行该模块得到的仿真结果如图10所示。图10 2DPSK差分解调仿真波形图图10中，第一个波形为原始数字信号，即绝对码；第二个波形为码反变换后的波形，即相对码，可以看到该波形符合“1变，0不变的规那么。第三个波形为调制后的波形，该波形属于对相对

10、码的绝对调相。第四个波形为解调后经抽样判决得到的波形，可以看到，波形与第一个波形相同，即信号得以成功解调。三 系统总体设计及调试将以上PCM编解码局部及2DPSK调制和解调局部连接起来，就得到一个能实现单路语音通话的系统。总系统图如下列图所示。调试结果： 11所示为输入的模拟语音信号。图12所示为模拟信号经过A律压缩后的波形。图13所示为压缩信号经过编码后的PCM信号。图14所示为待发送的PCM信号经码反变换后的图。图15所示为PCM信号经过调制后的图。图16所示为发送的PCM信号解调得到的信号图。图17所示为原始语音信号译码复原出来的信号的图。从图17可看出，除了一些细小的地方，信号根本上得

11、到恢复。四 总结与体会为期两周的课程设计已接近尾声，虽然有两周的时间但感觉却那么的短暂，每天都过得很充实。在这两周的时间里，我收获了很多，感触也很多。 刚拿到课程设计的任务书时，感觉很迷茫，有种无从下手的感觉，因为在此之前，我从没接触过system view这个软件，仔细看了下设计要求我就去图书馆借了几本介绍这个软件的书及相关的资料。前两天都是不断的在熟悉软件和了解设计的原理，在运用软件的时候因为有许多元器件我都不熟悉，所以经常会出现问题，但老师都会给我们指导，遇到很难理解的地方，老师总是很耐心的给我们讲解，经过自己查找资料和老师的讲解，于是慢慢的对软件熟悉了，遇到一些问题

12、便自己反复的思考，解决不了的再和与同学们的讨论，终于我逐渐明白了单路数字语音通信系统原理，它由四个单元模块组成：编码，调制，解调，解码。在了解了这些单元电路的根本性质和原理后，我就开始逐步研究每个单元电路的组成。很快，每个单元模块的仿真都很成功，波形也都出来了。 但是在把单元电路连接成总电路时，却总出不最后的波形，这让我很着急，试着改了几次，波形还是不对，老师说是参数设置的不正确，我在书上找到了功率谱密度的计算方法，并仔细查看了带通滤波器与低通滤波器的截止频率与输入语音信号之间的关系，不断的调试后，终于把总波形也调出来了。 课程设计其实并没有我想象的那么难，当我们遇到不懂的地方，只要自己能够耐心的去弄明白，去翻书，掌握更系统的知识，答案在不知不觉中就出来了。 这次的课程设计使我深刻认识到课程设计并不是走过场，它不仅弥补了理论知识的缺乏，让我们进一步认识到理论联系实践的重要性，而且很好的稳固了自己专业课的理论知识，让我对通信原理这门课程有了一个很系统的认识，一份耕耘一份收获，如果我们付出了足够的努力，一定能收获很多。我相信虽然我不一定做到最好，但我一定会竭尽全力做到更好。&