基于SystemviewPCM時(shí)分復(fù)用多路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

..通信原理課程設(shè)計(jì)基于Systemview的PCM時(shí)分復(fù)用多路系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：基于Systemview的PCM時(shí)分復(fù)用多路系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)容與要求：〔1〕基于Systemview軟件實(shí)現(xiàn)；〔2〕實(shí)現(xiàn)單路話音信號(hào)的抽樣、壓縮、均勻量化與編碼得到PCM信號(hào)；〔3〕實(shí)現(xiàn)多路PCM信號(hào)的時(shí)分復(fù)用；〔4〕實(shí)現(xiàn)接收端的分接與譯碼；〔5〕考慮實(shí)現(xiàn)位同步電路；〔6〕觀察輸出信號(hào)的眼圖，得出誤碼率-信噪比曲線；〔7〕分別選擇不同特性信道時(shí)考察誤碼率-信噪比曲線。一、設(shè)計(jì)目的通過(guò)通信原理實(shí)驗(yàn)箱或者Systemview軟件仿真進(jìn)一步深化通信原理課程知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，提高其利用通信原理知識(shí)處理通信系統(tǒng)問(wèn)題的能力，為今后專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的根底。通過(guò)必要的工程設(shè)計(jì)、初步的科學(xué)研究方法訓(xùn)練和實(shí)踐鍛練，增強(qiáng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，了解通信系統(tǒng)的新開(kāi)展。設(shè)計(jì)原理1.PCM實(shí)驗(yàn)原理脈沖編碼調(diào)制是把模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)母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)展傳輸。接收機(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1-1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)〔300Hz～3400Hz〕，進(jìn)展脈沖抽樣，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〞方法量化為有限個(gè)幅度取值的信號(hào)，再經(jīng)編碼，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼。(a)抽樣所謂抽樣，就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)展周期性掃描，把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)。該模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號(hào)中所有信息，也就是說(shuō)能無(wú)失真的恢復(fù)原模擬信號(hào)。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。(b)量化從數(shù)學(xué)上來(lái)看，量化就是把一個(gè)連續(xù)幅度值的無(wú)限數(shù)集合映射成一個(gè)離散幅度值的有限數(shù)集合。模擬信號(hào)的量化分為均勻量化和非均勻量化。由于均勻量化存在的主要缺點(diǎn)是：無(wú)論抽樣值大小如何，量化噪聲的均方根值都固定不變。因此，當(dāng)信號(hào)較小時(shí)，那么信號(hào)量化噪聲功率比也就很小，這樣，對(duì)于弱信號(hào)時(shí)的量化信噪比就難以到達(dá)給定的要求。通常，把滿足信噪比要求的輸入信號(hào)取值圍定義為動(dòng)態(tài)圍，可見(jiàn)，均勻量化時(shí)的信號(hào)動(dòng)態(tài)圍將受到較大的限制。為了克制這個(gè)缺點(diǎn)，實(shí)際中，往往采用非均勻量化。非均勻量化是根據(jù)信號(hào)的不同區(qū)間來(lái)確定量化間隔的。對(duì)于信號(hào)取值小的區(qū)間，其量化間隔也??；反之，量化間隔就大。它與均勻量化相比，有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，當(dāng)輸入量化器的信號(hào)具有非均勻分布的概率密度〔實(shí)際中常常是這樣〕時(shí)，非均勻量化器的輸出端可以得到較高的平均信號(hào)量化噪聲功率比；其次，非均勻量化時(shí)，量化噪聲功率的均方根值根本上與信號(hào)抽樣值成比例。因此量化噪聲對(duì)大、小信號(hào)的影響大致一樣，即改善了小信號(hào)時(shí)的量化信噪比。實(shí)際中，非均勻量化的實(shí)際方法通常是將抽樣值通過(guò)壓縮再進(jìn)展均勻量化。通常使用的壓縮器中，大多采用對(duì)數(shù)式壓縮。廣泛采用的兩種對(duì)數(shù)壓縮律是壓縮律和A壓縮律。PCM編碼方式采用的也是A壓縮律。c)編碼所謂編碼就是把量化后的信號(hào)變換成代碼，其相反的過(guò)程稱為譯碼。當(dāng)然，這里的編碼和譯碼與過(guò)失控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的疇。在現(xiàn)有的編碼方法中，假設(shè)按編碼的速度來(lái)分，大致可分為兩大類：低速編碼和高速編碼。通信中一般都采用第二類。編碼器的種類大體上可以歸結(jié)為三類：逐次比擬型、折疊級(jí)聯(lián)型、混合型。在逐次比擬型編碼方式中，無(wú)論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段碼的順序排列。仿真時(shí)將PCM編譯碼器分為編碼器和譯碼器模塊分別實(shí)現(xiàn)。2.時(shí)分復(fù)用原理時(shí)分復(fù)用就是將抽樣周期分成假設(shè)干個(gè)時(shí)隙，各路信號(hào)的抽樣值編碼按一定的順序占用某一時(shí)隙，用一個(gè)信道傳輸多路數(shù)字信號(hào)，既一個(gè)物理信道分為多個(gè)邏輯信道。3．SystemView軟件SystemView是一個(gè)用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析平臺(tái)。從濾波器設(shè)計(jì)、信號(hào)處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，直到一般的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立等各個(gè)領(lǐng)域，SystemView在友好而且功能齊全的窗口環(huán)境下，為用戶提供了一個(gè)精細(xì)的嵌入式分析工具。SystemView是美國(guó)ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運(yùn)行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(Token)描述程序。利用SystemView，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)和各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。用戶在進(jìn)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需從SystemView配置的圖標(biāo)庫(kù)中調(diào)出有關(guān)圖標(biāo)并進(jìn)展參數(shù)設(shè)置，完成圖標(biāo)間的連線，然后運(yùn)行仿真操作，最終以時(shí)域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。設(shè)計(jì)過(guò)程任務(wù)：〔1〕基于Systemview軟件實(shí)現(xiàn)；〔2〕實(shí)現(xiàn)單路話音信號(hào)的抽樣、壓縮、均勻量化與編碼得到PCM信號(hào)；信號(hào)源子系統(tǒng)的組成：由三個(gè)幅度一樣、頻率不同的正弦信號(hào)〔圖符7、8、9〕合成，如下列圖所示:2.PCM編碼器模塊PCM編碼器模塊主要由信號(hào)源〔圖符7〕、低通濾波器〔圖符15〕、瞬時(shí)壓縮器〔圖符16〕、A/D轉(zhuǎn)換器〔圖符8〕、并/串轉(zhuǎn)換器〔圖符10〕、輸出端子構(gòu)成〔圖符9〕，實(shí)現(xiàn)模型如下列圖所示:信源信號(hào)經(jīng)過(guò)PCM編碼器低通濾波器〔圖符15〕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)展均勻量化，A/D轉(zhuǎn)換器〔圖符8〕完成采樣及量化，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〔圖符10〕完成并/串轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，最后通過(guò)圖符〔9〕輸出PCM編碼信號(hào)。PCM編碼器組件功能實(shí)現(xiàn)〔1〕低通濾波器：為實(shí)現(xiàn)信號(hào)的語(yǔ)音頻率特性，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300Hz－3400Hz的語(yǔ)音頻帶，在這里采用了一個(gè)階數(shù)為3階的切比雪夫?yàn)V波器，其具有在通帶等波紋、阻帶單調(diào)的特性。〔2〕瞬時(shí)壓縮器：瞬時(shí)壓縮器采用A律壓縮，注意在譯碼時(shí)擴(kuò)器也應(yīng)采用A律解壓。比照壓縮前后時(shí)域信號(hào)，明顯看到對(duì)數(shù)壓縮時(shí)小信號(hào)明顯放大，而大信號(hào)被壓縮，從而提高了小信號(hào)的信噪比，這樣可以使用較少位數(shù)的量化滿足語(yǔ)音傳輸?shù)男枰??！?〕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，通常認(rèn)為語(yǔ)音的頻帶在300Hz－3400Hz，根據(jù)低通采樣定理，采樣頻率應(yīng)大于信號(hào)最高頻率兩倍以上，在這里A/D的采樣頻率為8Hz即可滿足，均勻量化電平數(shù)為256級(jí)量化，編碼用8bit表示，其中第一位為極性表示，這樣產(chǎn)生了64kbit/s的語(yǔ)音壓縮編碼?！?〕數(shù)據(jù)選擇器：圖符10為帶使能端的8路數(shù)據(jù)選擇器，與74151功能一樣，在這里完成A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)的并/串轉(zhuǎn)換，圖符11、12、13為選擇控制端，在這里控制輪流輸出并行數(shù)據(jù)為串行數(shù)據(jù)。通過(guò)數(shù)據(jù)選擇器還可以實(shí)現(xiàn)碼速轉(zhuǎn)換功能。4.PCM譯碼器模塊PCM譯碼器是實(shí)現(xiàn)PCM編碼的逆系統(tǒng)。PCM譯碼器模塊主要由ADC出來(lái)的PCM數(shù)據(jù)輸出端、D/A轉(zhuǎn)換器、瞬時(shí)擴(kuò)器、低通濾波器構(gòu)成。實(shí)現(xiàn)模型如下列圖所示：PCM譯碼器組件功能實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換器(圖符1)：用來(lái)實(shí)現(xiàn)與A/D轉(zhuǎn)換相反的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量，從而到達(dá)譯碼最根本的要求，也就是最起碼要有步驟。〔1〕瞬時(shí)擴(kuò)器〔圖符8〕：實(shí)現(xiàn)與瞬時(shí)壓縮器相反的功能，由于采用A律壓縮，擴(kuò)也必須采用A律瞬時(shí)擴(kuò)器?！?〕低通濾波器〔圖符3〕：由于采樣脈沖不可能是理想沖激函數(shù)會(huì)引入孔徑失真，量化時(shí)也會(huì)帶來(lái)量化噪聲，及信號(hào)再生時(shí)引入的定時(shí)抖動(dòng)失真，需要對(duì)再生信號(hào)進(jìn)展幅度及相位的補(bǔ)償，同時(shí)濾除高頻分量，在這里使用與編碼模塊中一樣的低通濾波器?！?〕存放器是由具有存儲(chǔ)功能的觸發(fā)器組合起來(lái)構(gòu)成的。一個(gè)觸發(fā)器可以存儲(chǔ)一位二級(jí)制代碼，存放N位二進(jìn)制代碼的存放器，需用n個(gè)觸發(fā)器來(lái)構(gòu)成。移位存放器中的數(shù)據(jù)可以在移位脈沖作用下一次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出，在這里是進(jìn)展串行到并行的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)仿真模型如下列圖：5.仿真結(jié)果通過(guò)輸入輸出的時(shí)域觀測(cè)窗口，我們得到仿真結(jié)果信號(hào)源的波形信號(hào)源經(jīng)壓縮后的波形PCM編碼的波形PCM譯碼時(shí)經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)化并用A律擴(kuò)后的輸出波形〔5〕譯碼后恢復(fù)源信號(hào)的輸出波形以上數(shù)據(jù)波形可以看出在PCM編碼的過(guò)程中，譯碼輸出的波形具有一定的延遲現(xiàn)象，其波形根本上不