脈沖編碼調(diào)制（PCM）的仿真

1、脈沖編碼調(diào)制（PCM）的仿真一、 教學(xué)目標(biāo)：1掌握PCM通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程、步驟、要求、工作內(nèi)容及設(shè)計(jì)方法； 2掌握用計(jì)算機(jī)仿真通信系統(tǒng)的方法。 3訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力，提高學(xué)生進(jìn)行通信工程設(shè)計(jì)的能力。二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)掌握PCM通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程、步驟、要求、工作內(nèi)容及設(shè)計(jì)方法。三、 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)：1 PCM系統(tǒng)工作原理話音輸入低通濾波抽 樣量 化編 碼話音輸出低通濾波解 調(diào)解 碼信道再 生圖1 PCM原理框圖脈沖編碼調(diào)制是把模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)幕痉椒ㄖ?，它通過(guò)抽樣、量化和編碼，把一個(gè)時(shí)間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號(hào)變換成時(shí)間離散、取值離散的數(shù)字信號(hào)，然后在信道中進(jìn)行傳輸。接

2、收機(jī)將收到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)再生、譯碼、平滑后恢復(fù)出原始的模擬信號(hào)。PCM系統(tǒng)的組成如圖1所示。話音信號(hào)先經(jīng)過(guò)防混疊低通濾波器，得到限帶信號(hào)（300Hz3400Hz），進(jìn)行脈沖抽樣，變成8KHz重復(fù)頻率的抽樣信號(hào)（即離散的脈沖調(diào)幅PAM信號(hào)），然后將幅度連續(xù)的PAM信號(hào)用“四舍五入”辦法量化為有限個(gè)幅度取值的信號(hào)，再經(jīng)編碼，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼。對(duì)于電話，CCITT（國(guó)際電話與電報(bào)顧問(wèn)委員會(huì) International Telephone and Telegraph Consultative Committee）規(guī)定抽樣率為8KHz，每抽樣值編8位碼，即共有28=256個(gè)量化值，因而每話路PCM編碼后的標(biāo)

3、準(zhǔn)數(shù)碼率是64kb/s。2 PCM仿真系統(tǒng)模型圖2 PCM仿真系統(tǒng)模型圖3 PCM仿真系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì) PCM信號(hào)源模塊設(shè)計(jì)  信號(hào)源模塊由信號(hào)發(fā)生器、低通濾波器和延時(shí)器組成。采用兩路信號(hào)，一路為頻率3000HZ的正弦信號(hào)，一路為高斯信號(hào)，信號(hào)通過(guò)低通濾波器后，通過(guò)延時(shí)得到編碼模塊的輸入信號(hào)。 編碼器模塊設(shè)計(jì) 主要由信號(hào)源子系統(tǒng)、低通濾波器、瞬時(shí)壓縮器、A/D轉(zhuǎn)換器、并/串轉(zhuǎn)換器、輸出端子構(gòu)成組成。 其主要工作過(guò)程是：信源信號(hào)經(jīng)過(guò) PCM 編碼器低通濾波器完成信號(hào)頻帶過(guò)濾，由于PCM量化采用非均勻量化，還要使用瞬時(shí)壓縮器實(shí)現(xiàn)A律壓縮后再進(jìn)行均勻量化，A/D轉(zhuǎn)換器完成

4、采樣及量化，由于A/D轉(zhuǎn)換器的輸出是并行數(shù)據(jù)，必須通過(guò)數(shù)據(jù)選擇器完成并/串轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，最后通過(guò)輸出PCM編碼信號(hào)。 PCM編碼器  低通濾波器：考慮到濾波器在通帶和阻帶之間的過(guò)渡，采用了低通濾波器，而沒(méi)有設(shè)計(jì)帶通濾波器。為實(shí)現(xiàn)信號(hào)在 300Hz3400Hz的語(yǔ)音頻帶內(nèi)，在這里采用了一個(gè)階數(shù)為3階的切比雪夫?yàn)V波器，其具有在通帶內(nèi)等波紋、阻帶內(nèi)單調(diào)的特性。 瞬時(shí)壓縮器：使用了我國(guó)現(xiàn)采用A律壓縮，注意在譯碼時(shí)擴(kuò)張器也應(yīng)采用A律解壓。 A/D 轉(zhuǎn)換器：完成經(jīng)過(guò)瞬時(shí)壓縮后信號(hào)時(shí)間及幅度的離散，采用均勻量化電平數(shù)為256級(jí)量化，編碼用8bit表示，第一

5、位為極性表示，這樣產(chǎn)生了語(yǔ)音壓縮編碼。         數(shù)據(jù)選擇器：為帶使能端的8路數(shù)據(jù)選擇器，與74151功能相同，在這里完成A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)的并/串轉(zhuǎn)換。通過(guò)數(shù)據(jù)選擇器還可以實(shí)現(xiàn)碼速轉(zhuǎn)換功能。 位同步模塊設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用數(shù)字鎖相環(huán)法提取位同步信號(hào)。主要由鑒相器、單位多諧振蕩器組成。 鑒相器：通過(guò)微分和整流獲得接收碼元所有的過(guò)零點(diǎn)信息，得到接收碼元相位。 單位多諧振蕩器：根據(jù)信息產(chǎn)生方波。 幀同步模塊 主要由4位計(jì)數(shù)器、8位鎖存器、模擬比較器、反相器和與門組成。實(shí)現(xiàn)功能： 4位計(jì)數(shù)器：進(jìn)行幀同步檢測(cè)信號(hào)時(shí)，進(jìn)行

6、相應(yīng)的移位檢測(cè)。 8位鎖存器：進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存，延時(shí)。 模擬比較器：進(jìn)行相位比較，檢測(cè)幀同步信號(hào)是否同步。 單穩(wěn)多諧振蕩器：根據(jù)輸入信息產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)波形。 反相器：進(jìn)行信號(hào)的反相、延時(shí)。 與門：進(jìn)行兩輸入信號(hào)的與運(yùn)算。 譯碼器模塊 由鎖存器、瞬時(shí)擴(kuò)張器、低通濾波器組成。 鎖存器：經(jīng)過(guò)串并轉(zhuǎn)換后的串行數(shù)字語(yǔ)言信號(hào)，經(jīng)過(guò)鎖存才可以將數(shù)據(jù)并行送至D/A轉(zhuǎn)換器。 瞬時(shí)擴(kuò)張器：實(shí)現(xiàn)與瞬時(shí)壓縮器相反的功能。 低通濾波器：對(duì)于量化是帶來(lái)的量化噪聲及信號(hào)再生是引入的定時(shí)抖動(dòng)失真，需要對(duì)再生信號(hào)進(jìn)行幅度及相位補(bǔ)償，同時(shí)濾除高頻分量。4 PCM仿真波形與分析根據(jù)仿真的框圖，在仿真波形輸出界面可看到PCM各點(diǎn)的仿真波

7、形，如圖3所示： （a）信源合成波形          （b）信源經(jīng)過(guò)A律壓縮后的波形 （c）PCM編碼的波形            （d）編碼引入波形 （e）A律擴(kuò)張后的輸出波形    （f）譯碼后恢復(fù)源信號(hào)的輸出波形 圖3  PCM仿真輸出波形四、課后作業(yè)或思考題：1、根據(jù)PCM仿真系統(tǒng)模型圖，敘述其模塊組成并說(shuō)出各模塊的功能。2、畫出仿真過(guò)程中各測(cè)