通信原理课程设计报告(增量调制通信系统)

武汉理工大学《数字通信系统课程设计》课程设计任务书学生姓名：吕义斌专业班级：电信1102班指导教师：吴巍工作单位：信息工程学院题目：△M通信系统设计初始条件：具备通信课程的理论知识；具备模拟与数字电路基本电路的设计能力；掌握通信电路的设计知识，掌握通信电路的基本调试方法；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、△M码速率128KB，有线通信，语音信号无明显失真；2、对系统各个组成部分与模块进行设计，包括△M编译码电路，同步脉冲序列，低通滤波器等；3、对△M斜线、临界过载等进行误差分析，设计相应电路以检测上述现象；4、进行系统仿真，调试并完成符合要求的课程设计书。时间安排：二十二周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《数字通信系统课程设计》1目录摘要..................................................................................................................................................21.增量调制原理...............................................................................................................................32.增量调制的过载特性与编码的动态范围...................................................................................52.1增量调制系统的量化误差...............................................................................................52.2过载特性...........................................................................................................................62.3动态范围...........................................................................................................................73.增量调制的抗噪性能...................................................................................................................83.1量化信噪比.......................................................................................................................83.2误码信噪比.......................................................................................................................94.增量调制系统模块电路设计分析...........................................................................................104.1加法器电路与限幅放大电路.........................................................................................104.2极性变换电路、积分器和射随器电路.........................................................................114.3抽样脉冲发生器电路与定时判决器.............................................................................124.4低通滤波器.....................................................................................................................124.5总体电路设计.................................................................................................................135.电路仿真及信号波形测量.........................................................................................................146.实物制作....................................................................................................................................167.课程设计实践心得体会............................................................................................................17附录1.............................................................................................................................................18附录2.............................................................................................................................................19参考文献.........................................................................................................................................20武汉理工大学《数字通信系统课程设计》2摘要增量调制简称，它是继PCM之后出现的又一种模拟信号数字化方法。最早是由法国工程师DeLoraine于1946年提出来的，其目的在于简化模拟信号的数字化方法。在以后的三十多年间有了很大发展，特别是在军事和工业部门的专用通信网和卫星通信中得到广泛应用，不仅如此，近年来在高速超大规模集成电路中已被用作A/D转换器。增量调制获得广泛应用的原因主要有以下几点：（1）在比特率较低时，增量调制的量化信噪比高于PCM的量化信噪比；（2）增量调制的抗误码性能好。能工作于误码率为～的信道中，而PCM要求误比特率通常为～；（3）增量调制的编译码器比PCM简单。增量调制最主要的特点就是它所产生的二进制代码表示模拟信号前后两个抽样值的差别(增加、还是减少)而不是代表抽样值本身的大小，因此把它称为增量调制。在增量调制系统的发端调制后的二进制代码1和0只表示信号这一个抽样时刻相对于前一个抽样时刻是增加(用1码)还是减少(用0码)。收端译码器每收到一个1码，译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量化阶，而收到一个0码，译码器的输出相对于前一个时刻的值下降一个量化阶。关键字：模拟信号数字化增量调制量化量化信噪比误码性武汉理工大学《数字通信系统课程设计》31.增量调制原理增量调制（DeltaModulation，△M）是一种最简单的差分脉冲编码调制（DifferentialPCM，DPCM）。当DPCM系统中量化器的量化电平数取为2时，此DPCM系统就成为增量调制系统。原理方框图如下：抽样延迟二电平量化)(tmkmkekrkm*km延迟kr*km（a）编码器（b）译码器图1.1增量调制原理方框图图1.1示出增量调制原理方框图。图1.1中预测误差kkkmme被量化成两个电平和-。置称为量化台阶（quantizationstep）。这就是说，量化器输出信号kr只取两个值或-。因此，kr可以用一个二进制符号表示。例如，用“1”表示“”，及用“0”表示“-”。译码器由“延迟相加电路”组成，它和编码器中的相同。所以无传输误码时，*mk=*mk。在实际系统电路设计中，为了简单起见，通常用一个积分器（integrator）来代替上述“延迟相加电路”，并将抽样器放在相加器后面，与量化器合并为抽样判决器，如下图1.2所示。抽样判决器积分器)(tm)(tm)(tT)(td)(te积分器低通滤波器)(td)(ts编码器（b）译码器图1.2增量调制原理方框图武汉理工大学《数字通信系统课程设计》4图1.2中编码器输入模拟信号为)(mt,它与预测信号)(mt值相减，得到预测误差)(et。预测误差)(et被周期为sT的抽样冲击序列）（tT抽样。若抽样值为负值，则判决输出电压（用“1”表示）；若抽样值为正值，则判决输出电压-（用“0”表示）。这样就得到二进制输出数字信号。图1.3中示出了这一过程。因积分器含抽样保持电路，故)(mt为阶梯波形。图1.3增量调制波形图在解调器中，积分器只要每收到一个“1”码元就使其输出升高，每收到一个“0”码元就使其输出降低，如下图1.4所示。这样就可以恢复图1.3中的阶梯形电压。这个阶梯电压通过低通滤波器平滑后，就可以得到十分接近编码器的原来输入的模拟信号。Ts2TsTs2Ts)(td)(tm积分器)(td)(tm图1.4解调器中积分器译码原理图输出二进制波形Ts武汉理工大学《数字通信系统课程设计》52.增量调制的过载特性与编码的动态范围2.1增量调制系统的量化误差由上述增量调制原理可知，译码器恢复的信号是阶梯形电压经过低通滤波平滑后的解调电压。它与编码器输入模拟信号的波形相似，但存在误差，即量化噪声（quantizationnoise）。在分析系统量化噪声时，通常假设信道加性噪声很小，不造成误码。在这种情况下，系统中量化噪声有两种形式，一种是一般量化噪声，另一种则被称为过载量化噪声。如图1.3所示的量化过程，本地译码器输出与输入的模拟信号作差，就可以得到量化误差e(t)，具体计算方法为：)()()(etxtxt，tte~)(的波形是一个随机过程。如果e(t)的绝对值小于量化阶，即|(t)x-x(t)||e(t)|，e(t)在到范围内随机变化，这种噪声被称为一般量化噪声。过载量化噪声(有时简称过载噪声)发生在模拟信号斜率陡变时，由于量化阶是固定的，而且每秒内台阶数也是确定的，因此，阶梯电压波形就有可能跟不上信号的变化，形成了包含很大失真的阶梯电压波形，这样的失真称为过载现象，也称过载噪声，具体情况如图2.2(b)所示；如果无过载噪声发生，则模拟信号与阶梯波形之间的误差就是一般的量化噪声，如图2