《通信原理》课程设计说明书解析Word格式.docx

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我们把“台阶”的高度σ称为增量，用“1”表示正增量，代表向上增加一个σ；

用“0”表示负增量，代表向下减少一个σ。

则这种阶梯状曲线就可用一个“0”、“1”数字序列来表示（如图1.1所示），也就是说，对f′（t）的编码只用一位二进制码即可。

此时的二进制码序列不是代表某一时刻的抽样值，每一位码值反映的是曲线向上或向下的变化趋势。

这种只用一位二进制编码将模拟信号变为数字序列的方法（过程）就称为增量调制（DeltaModulation），缩写为DM或ΔM调制。

增量调制最早由法国人DeLoraine于1946年提出，目的是简化模拟信号的数字化方法。

其主要特点是：

（1）在比特率较低的场合，量化信噪比高于PCM。

（2）抗误码性能好，能工作在误比特率为～的信道中，而PCM则要求信道的误比特率为～。

（3）设备简单，制造容易。

增量调制与PCM的本质区别是只用一位二进制码进行编码，但这一位码不表示信号抽样值的大小，而是表示抽样时刻信号曲线的变化趋向。

2ΔM的调制原理

如何在发送端形成f′（t）信号并编制成相应的二元码序列呢？

仔细分析一下图1.1，比较在每个抽样时刻Δt处的f（t）和f′（t）的值可以发现：

（1）当f（iΔt）>

f′（iΔt_）时，上升一个σ，发“1”码

（2）当f（iΔt）<

f′（iΔt_）时，下降一个σ，发“0”码

f′（iΔt）是第i个抽样时刻前一瞬间的量化值。

根据上述分析，我们给出增量调制器框图如图2.1所示：

图2.1增量调制原理框图

f′（iΔt）可以由编码输出的二进制序列反馈到一个理想的积分器以后得到。

由于该积分器又具有解码功能，因此又称为本地解码器（译码器）。

f（iΔt）和f′（iΔt）的差值，可以用一个比较电路（减法器）来完成。

量化编码可以用一个双稳判决器来执行，并生成双极性二进制码序列。

具体调制过程描述如下：

设f′（0-）=0（即t=0时刻前一瞬间的量化值为零），因此有：

t=0时，e（0）=f（0）-f′（0-）>

0，则Po（0）=1

t=Δt时，e（Δt）=f（Δt）-f′（Δt_）>

0，则Po（Δt）=1；

t=2Δt时，e（2Δt）=f（2Δt）-f′（2Δt_）<

0，则Po（2Δt）=0；

t=3Δt时，e（3Δt）=f（3Δt）-f′（3Δt_）>

0，则Po（3Δt）=1；

t=4Δt时，e（4Δt）=f（4Δt）-f′（4Δt_）<

0，则Po（4Δt）=0；

t=5Δt时，e（5Δt）=f（5Δt）-f′（5Δt_）>

0，则Po（5Δt）=1；

t=6Δt时，e（6Δt）=f（6Δt）-f′（6Δt_）>

0，则Po（6Δt）=1。

以此类推，即可得到如图2.2所示的波形：

图2.2增量调制过程示意图

发现图2.2中的f′（t）和图1.1的波形不一样。

其实，图1.1的阶梯波只是为了形象地说明增量调制原理，而实际积分器的输出波形如图2.3所示：

图2.3积分器输出信号

3ΔM的解调原理

为了完成整个通信过程，发送端调制出的信号必须在接收端通过解调恢复出原始模拟信号。

ΔM信号的解调比较简单，用一个和本地解码器一样的积分器即可。

在接收端和发送端的积分器一般都是一个RC积分器。

解调过程就是图2.2和图2.3中的积分过程。

当积分器输入“1”码时，积分器输出产生一个正斜变的电压并上升一个量化台阶σ；

而当输入“0”码时，积分器输出电压就下降一个量化台阶σ。

为了保证解调质量，对解码器有两个要求：

（1）每次上升或下降的大小要一致，即正负斜率大小一样。

（2）解码器应具有“记忆”功能，即输入为连续“1”或“0”码时，输出能连续上升或下降。

对积分器的输出信号进行低通滤波，滤除波形中的高频成分，即可得到与原始模拟信号十分近似的解调信号，如图3.1所示：

图3.1增量调制译码（解调）示意图

4增量调制存在的问题

增量调制尽管有前面所述的不少优点，但它也有两个不足：

一个是一般量化噪声问题；

另一个是过载噪声问题。

两者可统一称为量化噪声。

观察图1.1可以发现，阶梯曲线（调制曲线）的最大上升和下降斜率是一个定值，只要增量σ和时间间隔Δt给定，它们就不变。

那么，如果原始模拟信号的变化率超过调制曲线的最大斜率，则调制曲线就跟不上原始信号的变化，从而造成误差。

我们把这种因调制曲线跟不上原始信号变化的现象叫做过载现象，由此产生的波形失真或者信号误差叫做过载噪声。

另外，由于增量调制是利用调制曲线和原始信号的差值进行编码，也就是利用增量进行量化，因此在调制曲线和原始信号之间存在误差，这种误差称为一般量化误差或一般量化噪声。

两种噪声示意图如图4.1所示：

图4.1两种量化噪声的示意图

仔细分析两种噪声波形我们发现，两种噪声的大小与阶梯波的抽样间隔Δt和增量σ有关。

我们定义K为阶梯波一个台阶的斜率，

（4.1）

式中,是抽样频率，该斜率被称为最大跟踪斜率，当信号斜率大于跟踪斜率时，称为过载条件，此时就会出现过载现象；

当信号斜率等于跟踪斜率时，称为临界条件；

当信号斜率小于跟踪斜率时，称为不过载条件。

可见，通过增大量化台阶（增量）σ进而提高阶梯波形的最大跟踪斜率，就可以减小过载噪声；

而降低σ则可减小一般量化噪声。

显然，通过改变量化台阶进行降噪出现了矛盾，因此，σ值必须两头兼顾，适当选取。

不过，利用增大抽样频率（即减小抽样时间间隔Δt），却可以“左右逢源”，既能减小过载噪声，又可降低一般量化噪声。

因此，实际应用中，ΔM系统的抽样频率要比PCM系统高得多（一般在两倍以上，对于话音信号典型值为16kHz和32kHz）。

另外，如果模拟信号为交流信号，且信号峰-峰值小于σ时，增量调制器的输出将不随信号的变化而变化，只输出“1”和“0”交替出现的数字序列。

只有当信号峰值大于σ/2时，调制器才输出随交流信号的变化而变化的数字序列,因此，把σ/2电平称为增量调制器的起始编码电平。

5电路设计

ΔM调制与解调系统电路如图5.1所示:

图5.1ΔM调制与解调系统电路

ΔM调制与解调系统组成框图如图5.2所示：

图5.2ΔM调制与解调系统组成框图

比较器电路原理图如图5.3所示：

图5.3比较器电路

本地译码器电路图如图5.4所示：

图5.4本地译码器电路

抽样脉冲发生器和抽样判决器电路图如图5.5所示：

图5.5抽样脉冲发生器和抽样判决器电路

低通滤波器电路图如图5.6所示：

图5.6低通滤波器电路

6心得体会

这次通信原理的课程设计，我们的题目是ΔM通信系统设计，经过翻阅《通信原理》的课本，以及相关资料，还有在网上搜集的类似设计，最终我们确定了设计思路和电路原理图。

增量调制可以看成PCM的一个特例，因为它们都是用二进制代码形式去表示模拟信号的方式。

但是在PCM中，信号的代码表示模拟信号的抽样值，而且，为了减小量化噪声，一般需要较长的代码及较复杂的编译码设备。

而ΔM是将模拟信号变换成仅由一位二进制码组成的数字信号序列，并且在接收端也只需要用一个线性网络，便可复制出原模拟信号。

首先跟据设计思路，设计各个模块的电路，再将各模块连接起来，通过再次的翻阅课本及相关资料，确定对应的参数，从而得到这个电路设计图。

接下来就是调试。

通过硬件的调试，修改相关元件的参数，最终达到设计要求。

通过这次通信原理的课程设计，我从中不仅学到了ΔM通信系统设计的设计原理和基本思路，深入了解了增量调制通信系统，而且也加深了对理论的认识，进一步理解了增量调制的原理，了解了如何设计硬件，通过硬件测试，如何发现问题并通过修改而解决问题，更学会了如何通过各种途径收集资料，从中获取需要的信息，并为我所用，成为自己的能力，这对于今后的学习还是工作都有着积极的影响。

参考文献

[1]樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯.通信原理.第5版.北京：

国防工业出版社，2003.9

[2]贺贵明.通信原理概论.武汉：

华中科技大学出版社，2000.8

[3]马海武，刘毓，达新宇.通信原理.北京：

北京邮电大学出版社，2004.1

致谢

在本次课程设计中，我从中学到了不少东西，不仅加强了动手能力，也加深了对理论的认识，其中离不开同组同学的帮助和支持，在此表示感谢。

课程设计不仅能检验我们对理论知识的掌握，也了解了设计的思路，在此我要感谢学校开设的这门课程，以及对我们的培养。

在课程设计过程中，当我们遇到困难时，指导老师的认真指导指引我们成功完成设计，在此表示万分的感谢！