单路数字语音通信系统仿真Word文档格式.docx
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利用SystemView对一个单路语音数字通信系统进行仿真，信道视为理想信道，语音编码方式和调制方式不限。
1、确定一个单路语音通信系统的系统方框图；
2、利用SystemView对系统进行仿真。
二、设计要求
1、给出系统框图以及仿真电路图，说明各模块参数设置；
2、给出语音编、调制、解调、解码的仿真结果，并对其进行分析；
主要设计条件
SystemView软件；
说明书格式
1.课程设计封面；
2.任务书；
3.说明书目录；
4.设计基本原理与系统框图。
5.各单元电路设计；
6.系统进行调试结果；
7.总结与体会；
8.附录；
9.参考文献。
进度安排
2月16日：
下达设计任务书，介绍课题内容与要求；
2月17日：
查找资料；
2月18日—20日：
设计系统框图、完成仿真电路图的连接；
2月21日—24日：
设置调试仿真参数，得出仿真结果并进行分析；
2月25日—26日：
编写并打印设计报告；
2月27日：
答辩。
参考文献
1、樊昌信主编，通信原理，国防工业出版社。
2、南利平主编，通信原理简明教程，清华大学出版社。
3、浣喜明，通信原理实验指导书，湖南工程学院。
4、罗卫兵等，SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计，西安电子科技大学出版社。
一、设计思路及系统总框图·
·
1
二、各模块电路设计与仿真·
2
Ⅰ编码与译码·
1、基本原理·
1）量化·
2）编码·
3
2、设计与仿真·
Ⅱ调制与解调·
6
1）调制·
2）解调·
7
8
三、系统总体设计及调试·
10
四、总结与体会·
14
五、附录·
15
六、参考文献·
19
一、设计思路及系统总框图
实际中的语音信号为模拟信号，为实现信号有效高速的传输，首先须将模拟信号转换为数字信号。
实现这一转换的过程称为语音编码。
语音编码分为抽样、量化、编码三个步骤。
这样，把取值连续的模拟信号转换成为了离散的数字基带信号。
实际中大多数通信通道都是带通信道，即频率通带远离f=0的信道。
基带信号只适合在低通型信道中传输。
为了使数字信息在带通信道中传输，须用数字基带信号对载波进行调制，将载有信息的信号频率搬迁到信道的频带之内。
频带调制可以有效地使信号与信道的频谱特性相匹配，使信道噪声的影响减小到最低。
至此，可以实现信号的发送。
经过理想信道的传输，在接受端收到了无损耗的调制信号。
对应于调制，在接收端首先对调制信号进行解调，恢复成原来的基带信号。
得到恢复出来的数字基带信号后，再经过译码，便可将数字信号还原为原始的模拟语音信号。
由此得到的系统框图如图1所示。
模拟语音信号
编码
调制
解调
译码
信道传输
图1系统总框图
二、各模块电路设计与仿真
Ⅰ编码与译码
1、基本原理
脉冲编码调制PCM是将模拟信号变换成二进制信号的基本和常用方法。
在脉冲编码调制中，首先对模拟信号最低以奈奎斯特速率进行抽样，然后对抽样值进行量化和编码，从而得到数字信号。
从通信的调制概念看，可以认为PCM编码过程是用模拟信号调制一个二进制的脉冲序列，载波是脉冲序列，调制改变脉冲序列的有无（为“1”、“0”）的过程。
模拟信号输入
抽样保
持电路
量化器
编码器
PCM
信号
译码器
低通滤
波器
图2PCM系统的原理方框图
模拟信号输出
实质上，脉码调制和A/D转换时一回事。
PCM系统的原理方框图如图2所示。
图中模拟信号经抽样后得到了样值序列，样值序列在时间上是离散的，但在幅度上的取值还是连续的，即有无限多种取值。
这样，就必须对样值进一步处理，使它成为在幅度上是有限种取值的离散样值。
对样值幅度进行离散化处理的过程称为量化。
1）量化
根据量化器的特性，量化又分为均匀量化和非均匀量化，以量化间隔相等与否来区分。
在数字电话通信中，均匀量化则有明显的不足，主要是小信号的信噪比小，大信号的信噪比大，同时，在保证电话通话质量的前提下，编码位数较多。
为了减少编码位数和提高小信号的信噪比，可采用非均匀量化的办法。
非均匀量化可通过对信号非线性变换后再进行均匀量化来实现。
进行非线性变换也即进行压缩变换。
为了对不同的信号强度保持信号量噪比恒定，在理论上要求压缩特性为对数特性。
国际电信联盟ITU提供两种建议，即A压缩律和
压缩律。
我国大陆采用A压缩律。
实际中采用13折线法来近似A压缩律的曲线。
2）编码
得到量化电压后，有不同的编码方法对其编码。
即自然二进制码和折叠二进制码。
由于折叠码的误码对小电压的影响较小，有利于较小语音信号的平均量化噪声，故采用折叠码进行编码。
在13折线法中采用的折叠码有8位。
其中第一位表示量化值的极性正负，后面的7位分为段落码和段内码两部分。
其中第2~4位是段落码，其他4位为段内码。
段内码代表的16个量化电平是均匀划分的。
2、设计与仿真
图3PCM系统的SystemView仿真
根据PCM原理的系统框图，用SystemView做出的仿真如图3所示。
各图符功能及参数设置：
①用图符12的高斯噪声和图符1的低通滤波器来产生一个100Hz的随机模拟信号。
②图符3为A率压缩器，用于对模拟信号的非均匀量化。
③图符9为8位的A/D转换器，用于实现对信号的抽样及编码，其中每一个抽样值编码为8位的二进制码。
④图符37为8选一数据选择器，用于实现编码得到的8位二进制码的并串转换及分时传送。
⑤图符38、39、40、41、42组成了一个8进制计数器，用于控制8选一数据选择器的分时发送。
⑥图符43为8位移位寄存器，用于实现8位分时传送的数据的接收及串并转换。
⑦图符17为8位锁存器，用于将接收到的数据每8位作为一个整体锁存。
⑧图符10为D/A转换器，用于将锁存器送来的8位二进制码进行译码，转换为模拟值。
⑨图符11为A率的扩张器，用于对还原的压缩信号进行扩张恢复。
⑩图符13为100Hz的低通滤波器，用于对还原的信号滤除高频分量，恢复出原始信号。
由于A/D将一个抽样值转换为8位的二进制码，所以发送时须先经过并串转换方能发送。
在接收端同样要先串并转换再锁存才能进行D/A转换。
同时在接收端要正确区分8位数据的开始与结束，才能正确还原出原始信号，否则，接收端译码出来的信号与原始信号将不一致。
图符36、52、58的延时器是为了使发送和接受的时间互相配合。
图4为A/D转换器、8进制计数器、8位移位寄存器、8位锁存器的时序图。
图4中，计数器输出C2C1C0为111时，由计数器控制的数据选择器送出一帧的最后一位。
在计数器变换为下一状态000之前，A/D转换器启动一次转换。
于是，在计数器输出C2C1C0为000时，A/D已完成转换，数据选择器开始送出一帧的第一个值。
同时，移位寄存器接收第一个值。
移位寄存器接收完第8个值后，锁存器马上执行一次锁存。
于是，数据得以正确接收。
图4A/D转换器、计数器、移位寄存器、锁存器的时序图
输入的模拟信号频率为100Hz，根据奈奎斯特定理，A/D转换器的抽样频率（即图符53）取400Hz。
每个抽样值转换为8位的二进制码，则计数器的计数频率（即图符39）为3200Hz。
同理，移位寄存器的频率（即图符44）也为3200Hz。
每接收8位数据，锁存器锁存一次，故锁存器的频率（即图符35）为400Hz。
运行该PCM系统得到的仿真图形如图5所示。
图5中，第一个波形为输入的模拟信号，第二个波形为模拟信号经A率压缩后的信号。
可以看出，信号源波形经过压扩后，小信号明显进行了放大。
第三个波形为信号的PCM编码。
第四个波形为译码后得到的波形。
第五个波形为经过低通滤波还原出来的波形。
除了细微的地方，信号基本得以恢复。
图5PCM系统仿真波形图
Ⅱ调制与解调
数字调制的三种基本方式为幅度键控调制（ASK）、频率键控调制（FSK）和相位键控调制（PSK）。
三者中，2PSK信号具有最好的误码率性能。
但是2PSK信号传输系统中存在相位不确定性，造成接受码元“0”和“1”的颠倒。
为此，采用差分相移键控法（2DPSK）。
1）调制
2PSK是利用载波的绝对相位传送数字信息，因此又称为绝对调相。
而2DPSK是用前后码元的载波相位相对变化来传送数字信息的，因此又称为相对调相。
2DPSK信号的产生过程是，首先对数字基带信号进行码反变换，即由绝对码变为相对码，然后再进行绝对调相。
码反变换的规则为：
（1.1）
式1.1中
为模2加，
为
的前一个码元，最初的
可任意设定。
模2加
2PSK调制
延迟Ts
2DPSK信号
图62DPSK调制框图
2DPSK调制框图如图6所示。
.
2）解调
a
b
c
d
cp
解调信号
LPF
抽样判决
位同步
图7差分解调框图
对2DPSK信号的解调有两种办法，一种是相干解调，另一种是差分解调。
用差分解调法时不需要恢复本地载波，只需由收到的信号单独完成。
将2DPSK信号延时一个码元间隔Ts，然后与2DPSK信号本身相乘。
相乘器起相位比较的作用，相乘结果经低通滤波后再抽样判决，即可恢复出原始数字信息。
差分解调框图如图7所示。
图七中各点波形如图8所
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