语音信号频带传输通信系统仿真——基于DPCM编码和DPSK调制.ppt

1、语音信号频带传输通信系统仿真,基于DPCM编码和DPSK调制,-by Tsai,系统仿真整体方框图,设计步骤,1 录制语音文件 2 DPCM编码 3 帧转换、缓冲 4 DPSK调制解调 5 时延补偿 6 缓冲 7 DPCM解码 8 绘制误码率曲线,1录制语音信号,这里没有录制语音信号，直接下载了一个WAV文件，文件的参数设置如右图。 已知语音信号的频率范围是0.3Hz-3.4Hz,根据奈奎斯特定理，抽样频率设为8KHz。 零阶保持器（zero order hold）作用是零阶保持一个单位抽样时间，参数设置如图。,2 DPCM编码,图2-1 DPCM编码方框图,2 DPCM编码,对当前输入信号与

2、其前一个单位时间的输入信号的幅度差值进行编码（以下简称差值），图2-22-4为加法器和积分器的参数设置。,图2-2 Sum参数设置,图2-3 Unit Delay参数设置,图2-4 Sum2参数设置,2 DPCM编码,差值通过继电器relay编写极性码，差值为正，输出0；差值为负，输出1。参数设置见图2-5。,图2-5 Relay参数设置,2 DPCM编码,差值通过绝对值abs（图2-6）,在经由量化编码器(图2-7)对绝对值编码，输出的编码在通过整数位转换器（图2-8）将编码转换成7位二进制数。,图2-6 Abs参数设置,在MATLAB中编写程序： x=wavread(语音文件名)； t=1

3、/8000:1/8000:1 y=x（t）-x(t-1/8000); partition,codebook=( abs(y),27);,图2-7 Quanting Encoder参数设置,2 DPCM编码,再将极性码和7位二进制码通过Mux模块图（2-9）复用成一路输出。,图2-9 Mux参数设置,图2-8 Integer to Bit Converter参数设置,3 帧转换、缓冲、解缓冲,将输入的信号进行帧转换、缓冲、解缓冲，模块参数设置如图3-2 3-4.,图3-1 帧转换仿真方框图,图3-2 Frame Status Conversion参数设置,图3-3 Buffer参数设置,图3-4

4、 Unbuffer参数设置,4 DPSK调制解调,图4-1 DPSK调制解调方框图,4 DPSK调制解调,输入的语音信号在经过前几个步骤后，将每一个数据转换成8为的二进制数，故输入DPSK的数字信号频率为64KHz。 将数字信号进行差分编码（图4-2），单极性转换成双极性（图4-3），对载波信号（图4-4）调制（即数字信号和载波信号一起输入乘法器（图4-5）。,图4-2 Differential Encoder参数设置,图4-3 Unipolar toBipolar Converter参数设置,图4-4 Sine wave1参数设置,图4-5 Product参数设置,4 DPSK调制解调,已调

5、制信号通过一带通滤波器（图4-6）滤除频率范围外的噪声后，用相干解调法解调（即已调制信号和载波信号一起输入乘法器），再通过一低通滤波器（图4-7）。,我们之前将载波的频率设为1024K*pi,即512kHz,调制信号的频率为64kHz,故带通滤波器的下边带频率为（512-64）KHz，上边带频率为（512+64）KHz,图4-6 Analog Filter Design1参数设置,图4-7 Analog Filter Design2参数设置,4 DPSK调制解调,对从低通滤波器输出的信号抽样判决（图4-8）、差分解码（图4-9）。,图4-8 Sampled Quantizer Encoder,

6、图4-9 Differential Decoder参数设置,4 DPSK调制解调,将个阶段输出信号引入示波器（图4-10）观察，具体观察一开始输入的数字信号和解码后的信号的时延情况。,图4-10 Parameters参数设置,4 DPSK调制解调,观察示波器比较可知解码信号较一开始输入的数字信号有2个单位抽样时间的时延如图4-11所示。 将一开始的输入数字信号和解码信号输入误码率计算器（图4-12），计算结果由显示器（图4-13）显示出来。 加入高斯白噪声，如图4-14.,图4-11 示波器输出波形,图4-12 Error Rate Calculation参数设置,图4-13 Display参

7、数设置,图4-14 Gaussian Noise Genetator参数设置,5 时延补偿,从前面的操作中，我们可知输出信号有2个单位的时延，而我们是设置8个二进制数为一帧的，故这里再加上6个积分器使第一帧的8个二进制数全为0.每个积分器的参数设置如下。,图5-1 延时补偿方框图,图5-2 Unit Delay参数设置,6 缓冲 解缓冲 维度变换,输入的信号缓冲后成为81为一帧的信号，在经维度维度变换（图6-2）成为18为一帧的信号。,图6-1 缓冲方框图,图6-2 Reshape参数设置,7 DPCM解码,图7-1 DPCM解码仿真方框图,7 DPCM解码,输入的信号经解复用（图7-2），每

8、一帧的第一位为极性位，极性位通过继电器（图7-3），输入为0，输出+1；输入为1，输出-1。 每一帧的剩余7位再复用（图7-4）成一路输入位整数转换器（图7-5），接着通过量化解码器（图7-6），输出的信号与继电器输出信号相乘（图7-7）。 由乘法器输出的信号经过积分器、加法器和低通滤波器（图7-8）解码。,图7-2 Demux参数设置,图7-3 Relay参数设置,图7-4 Mux1参数设置,图7-5Bit to Integer Converter参数设置,图7-6 Quantizing Decoder1参数设置,图7-7 Product参数设置,至此，整个系统的仿真设计全部完成。运行仿真系

9、统，观察示波器输出波形图7-9.可以看出系统的输入信号和输出信号一直，故仿真符合要求。,图7-8 Analog Filter Design参数设置,图7-9 示波器显示波形,8 绘制误码率曲线,先将DPSK子系统的高斯白噪声参数设置改为图8-1所示，噪声的方差改为变量var。,图8-1 Gaussian Noise Genetator参数设置,8 绘制误码率曲线,去掉display模块，将误码率计算器的参数高位图8-2所示。,图8-2 Error Rate Calculation参数设置,8 绘制误码率曲线,在M文件中写下一下程序： clear clc x=-10:1:10; %横坐标的范围 for n=1:length(x) var=0.5/10(0.1*x(n); %噪声方差的值 sim(add.mdl); %引号中为设计系统的文件名 Pe(n)=ErrorVec(1); %编码后的误码率 end semilogy(x,Pe) %输出高斯白噪声信道编码后的误码