多路话音PCM时分复用信号的2DPSK调制与解调

通信原理课程设计报告题目多路话音PCM时分复用信号的2DPSK调制与解调学院信息科学与工程学院班级通信0901姓名eleph1989学号20091221指导老师（声明：本文系eleph1989原创，非本人同意，严禁任何组织或个人以谋利为目的发表或出版，否则由此带来的法律责任自负。）2011年12月30日通信原理课程设计报告1目录一．设计任务书.....................................................................................................................2(一)设计题目........................................2(二)设计目的........................................2(三)设计要求........................................2(四)内容简介........................................2二．设计基本原理................................................................................................................4(一)整体设计原理....................................4(二)PCM编译码原理...................................5(三)时分多路复用原理................................9(四)二进制差分相移键控（2DPSK）....................10(五)眼图...........................................12(六)实验箱（旧）电路原理...........................15三．设计分析及实现结果..............................................................................................19四．设计过程中解决的问题.........................................................................................22五．PCM的2FSK调制与解调系统分析..................................................................23(一)实验箱电路原理.................................23(二)理想系统分析...................................27(三)存在的问题.....................................28六．设计心得.........................................................................................................................29参考文献...................................................................................................................................30通信原理课程设计报告2一．设计任务书(一)设计题目多路话音PCM时分复用信号的2DPSK调制与解调(二)设计目的通过通信原理实验箱进一步深化通信原理课程知识，培养学生的专业素质，提高其利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后专业课程的学习、毕业设计打下良好的基础。通过必要的工程设计、初步的科学研究方法训练和实践锻练，增强分析问题和解决问题的能力，了解通信系统的新发展。(三)设计要求（1）基于通信原理实验箱（旧）实现；（2）实现单路话音信号的PCM编码；（3）实现多路PCM信号的时分复用；（4）多路PCM信号2DPSK调制后传输；（5）实现接收信号的解调、分接与译码；（6）要考虑实现载波同步、位同步和帧同步电路。（7）观察输出信号的眼图。(四)内容简介脉冲编码调制（PCM）是现代语音通信中数字化的重要编码方式，2DPSK是数字调制方式的一种。本课程设计利用通信原理实验箱实现单路话音信号的抽样、压缩、均匀量化与编码得到两个单路PCM信号，接着将两路PCM信号进行复接，实现实现多路PCM信号的时分复用，又将多路PCM信号经2DPSK调制后传输，后经2DPSK进行解调，最后实现实现接收信号的PCM译码。可以为数字化通信系统奠定基础。课程设计用到了实验箱的大部分，本文介绍硬件电路实现的一系列通信原理课程设计报告3数字信号传输的设计思路及具体过程，并对实现结果进行分析。设计的整体框图如图1所示。图1多路话音PCM时分复用信号的2DPSK调制与解调设计总框图2DPSK解调PCM信号1话音输入1多路PCM信号2DPSK调制数字同步技术PCM译码话音输出PCM信号2话音输入2复接器通信原理课程设计报告4二．设计基本原理(一)整体设计原理本设计系统涵盖了数字频带传输的主要内容及时分复用技术,其设计思路是如下图所示的两路PCM/2DPSK数字电话系统。图2设计的详细整体框图图2中STA、STB分别为发端的两路模拟话音信号，BS为时钟信号，SLA、SLB为抽样信号，F为帧同步码，AK为绝对码，BK为相对码。在收端CP为位同步信号，FS为帧同步信号，F1、F2为两个路同步信号，SRA、SRB为两个PCM译码器输出的模拟话音信号。图中发滤波器用来限制进入信道的信号带宽，提高信道的频带利用率。收滤波器用来滤除带外噪声并与发滤波器、信道相配合满足无码间串扰条件。由于系统的频率特性、码速率与码间串扰之间的关系比较适合于软件仿真实验，再考虑到收端有关信号波形的可观测性，我们在本实验系统中省略了发滤波器、信道及收滤波器，而直接将2PSK调制器输出信号连接到载波提取单元和相干解调单元。FSTABSSLAPCM-APCMAK’STBBSSLBPCM-BBSBKcosctPCM编码PCM编码同步复接码变换2PSK调制发滤波器信道cosctBKAKPCM收滤波器载波同步低通位同步抽样判决码反变换CPCPFSF1F2F1CPCPSRASRB帧同步PCM译码PCM译码aabb信道编码信道译码AK’延迟AK通信原理课程设计报告5(二)PCM编译码原理脉冲编码调制(pulsecodemodulation，PCM)是概念上最简单、理论上最完善的编码系统，是最早研制成功、使用最为广泛的编码系统，但也是数据量最大的编码系统。PCM的编码原理比较直观和简单，图3为PCM系统的原理框图：图3PCM系统的原理框图图中，输入的模拟信号m(t)经抽样、量化、编码后变成了数字信号(PCM信号)，经信道传输到达接收端，由译码器恢复出抽样值序列，再由低通滤波器滤出模拟基带信号m(t)。通常，将量化与编码的组合称为模/数变换器（A/D变换器)；而译码与低通滤波的组合称为数/模变换器(D/A变换器)。前者完成由模拟信号到数字信号的变换，后者则相反，即完成数字信号到模拟信号的变换。PCM在通信系统中完成将语音信号数字化功能，它的实现主要包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。根据CCITT的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A律和μ律方式，我国采用了A律方式，由于A律压缩实现复杂，常使用13折线法编码,采用非均匀量化PCM编码。(1)抽样所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。(2)量化抽样量化编码信道干扰m(t)ms(t)A/D变换译码低通滤波msq(t)m(t)通信原理课程设计报告6量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。从数学上来看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。一个模拟信号经过抽样量化后，得到已量化的脉冲幅度调制信号，它仅为有限个数值。如图4所示，量化器输出L个量化值ky，k=1，2，3，…，L。ky常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度x落在kx与1kx之间时，量化器输出电平为ky。这个量化过程可以表达为：1(),1,2,3,,kkkyQxQxxxykL这里kx称为分层电平或判决阈值。通常kkkxx1称为量化间隔。图4量化器模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。均匀量化：用这种方法量化输入信号时，无论对大的输入信号还是小的输入信号一律都采用相同的量化间隔。为了适应幅度大的输入信号，同时又要满足精度要求，就需要增加样本的位数。但是，对话音信号来说，大信号出现的机会并不多，增加的样本位数就没有充分利用。为了克服这个不足，就出现了非均匀量化的方法。非均匀量化：非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔v也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的优点。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。模拟入yx量化器量化值通信原理课程设计报告7通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是压缩律和A压缩律。美国采用压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律，所谓A压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律：AXAAxy10,ln1，11,ln1ln1XAAAxy。由于A律压缩实现复杂，常使用13折线法编码,压扩特性图如图5所示：图5A律函数13折线压扩特性图这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路实现，本设计中所用到的PCM编码正是采用这种压扩特性来进行编码的。未压缩（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）1618141211y18786858483828106411281通信原理课程设计报告8表113折线时的x值与计算x值的比较y0818283848586871x012816.6016.3014.15179.7193.3198.111按折线分段时的x012816413211618141211段落12345678斜率161684212141表1中第二行的值是根据时计算得到的，第三行的值是13折线分段时的值。可见，13折线各段落的分界点与曲线十分逼近，同时按2的幂次分割有利于数字化。(3)编码所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。在逐次比较型编码方式中，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。下面结合13折线的量化来加以说明。表2段落码表3段内码段落序号段落码量化级段内码81111511111411107110131101121100610111101110