通信原理1.docx

1、通信原理1目录1绪论1 1.1Systemview软件简介1 1.2PCM通信系统原理3 1.3PCM时分复用5 1.4简单的基带传输系统62系统模块设计7 2.1三路PCM传输系统总原理图设计7 2.2系统模块设计8 2.2.1信号源模块9 2.2.2编码及时分复用模块9 2.2.3模拟信道模块12 2.2.4帧识别模块13 2.2.5解时分复用及译码模块14 2.3简单的基带传输系统总原理图设计153系统仿真与调试16 3.1三路PCM传输系统的仿真结果17 3.1.1信号源输入波形17 3.1.2编码及复用波形17 3.1.3信道噪声波形17 3.1.4帧识别波形18 3.1.5解时分复

2、用及译码波形波形18 3.2简单基带传输系统仿真结果184心得与体会19参考文献131绪论 随着电子技术和计算机技术的发展，仿真技术得到了广泛的应用。基于信号的用于通信系统的动态仿真软件SystemView具有强大的功能，可以满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用，并且提供了嵌入式的模块分析方法，形成多层系统，使系统设计更加简洁明了，便于完成复杂系统的设计。 SystemView具有良好的交互界面，通过分析窗口和示波器模拟等方法，提供了一个可视的仿真过程，不仅在工程上得到应用，在教学领域也得到认可，尤其在信号分析、通信系统等领域。其可以实现复杂的模拟、数字及数模混合电路及各种速率系统，并提供

3、了内容丰富的基本库和专业库。 本文主要阐述了如何利用SystemView实现三路脉冲编码调制（PCM）的传输系统和基于信道编码的数字基带信号传输系统。三路PCM传输系统的实现通过模块分层实现，模块主要由信号源模块、编码及时分复用模块、模拟信道模块、帧识别模块、解时分复用及译码模块构成。通过仿真设计电路，分析电路仿真结果，为最终硬件实现提供理论依据 1.1Systemview软件简介在通信原理的学习过程中，一直都致力于通信理论及原理的学习，而理论知识给学习通信原理带来了不便，再加上现有的硬件条件又不能满足每一个通信系统的具体设计，所以很有必要通过另外的有效的途径来解决这一难题。借助于System

4、 View软件，可以形象、直观、方便地进行通信系统仿真设计与仿真分析。引入System View仿真实现三路PCM通信系统，将带来直观、形象的感受。加深对通信系统的理解。 通过运用System View可以构造各种复杂的数字、模拟、数模混合系统以及各种速率的通信系统。System View主要用于电路与通信系统的设计和仿真。利用System View软件，仿真通信系统，可以进一步加深了对通信原理的更好的更深层次的理解。System View具有良好的交互的界面，通过打开其分析窗口和示波器模拟等方法，它能给用户提供了一个可视化具体的的仿真过程，其可以实现复杂的模拟、数字及数模混合电路及各种速率系

5、统，并提供了内容丰富的基本库图示和专业库图示。system View是基于Windows环境下运行的用来进行通信系统的设计与仿真分析的可视化软件工具、它使用功能模块去描述程序，不需要与复杂的程序语言打交道，也不用写一句代码就可以完成各种通信系统的设计与仿真，快速地、有效的建立和修改系统、进行访问与参数的调整，方便地加入注释用户在进行通信系统的设计时，仅仅只需要从System view配置的图示库中调出有关图示并进行所要求的参数设置，完成图示间的各项连线，然后运行仿真操作，SystemView最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析的详细结果。每个模块对用户而言都是非常透明的，Sys

6、tem view的各个模块在运行时是事件是如何驱动，时间是如何采样，如何执行等细节性问题，用户可以不去关心，用户只须知道各个模块的输入、输出以及模块的具体功能，而不需要考虑模块内部是怎么实现的如何运行的，于是留给用户的事情就是如何利用这些模块来建立所需要的模型以完成自己的仿真设计任务;正是由于具有这些独特的特点，所以System View被广泛的应用在通信的设计与仿真中，通过相应的设计与仿真将展示三路PCM通信系统实现的设计思路及具体过程，并对仿真结果加以进行分析.1.2PCM通信系统原理PCM，中文名称为脉码调制，60年代它就开始应用在市内电话网来扩充信道的容量，它的应用使已有音频电缆的大部

7、分芯线的信道传输容量扩大了二十四至四十八倍。它由A.里弗斯在1937年时提出的，它为数字通信奠定了坚实的基础，到70年代的中、末期，世界各个国家相继把脉码调制成功地应用于卫星通信、同轴电缆通信和光纤通信等中、大容量传输系统。到80年代初，脉码调制已用于大容量干线传输和市话中继传输以及数字程控交换机，并在用户话机中采用此种技术. PCM在通信系统中完成将语音信号数字化功能。PCM的实现主耍包括三个步骤完成: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。为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，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

8、化PCM. 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.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。抽样信号虽然是时间轴上离散的信号，但仍然是模拟信号，其样值在一定的取值范围内，可有无限多个值。显然，对无限个样值一一给出数字码组来对应是不可能的。为了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法把样值分级“取整”，使一定取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值。这一过程称为量化量化后的抽样信号在一定

9、的取值范围内仅有有限个可取的样值，且信号正、负幅度分布的对称性使正、负样值的个数相等，正、负向的量化级对称分布。若将有限个量化样值的绝对值从小到大依次排列，并对应地依次赋予一个十进制数字代码(例如，赋予样值0的十进制数字代码为0)，在码前以“+”、“一”号为前缀，来区分样值的正、负，则量化后的抽样信号就转化为按抽样时序排列的一串十进制数字码流，即十进制数字信号.简单高效的数据系统是二进制码系统，因此，应将十进制数字代可以确定所需二进制编码长的二进制码流的过程称为编码.PCM通信系统的主要优点有:传输性能比较稳定、远距离信号再生中继时噪声不会出现累积、抗干扰性能力强，而且还可以使用保密编码、纠错

10、编码和压缩编码等来提高系统的可靠性、保密性、有效性等。 PCM可以面向向用户提供多种多样的业务，不仅可以提供从2M到155M速率的数字数据专线业务，还可以提供远程教学、图像传送、话音等其他业务。它尤其适用于对数据传输速率要求较高，需要更高带宽的用户使用。 PCM线路的特点有:1, PCM线路可以提供很高的带宽，满足用户的大数据量的传输。2,通过SDH设备进行网络传输，线路协议十分简单，3，支持从2M开始的各种速率，最高可达155M的速率。4，界面非常丰富便于用户连接内部的网络。5，可以承载更多的数据传输业务。6,线路使用费用相对便宜，能够提供较大的带宽。 1.3PCM的时分复用 相对于模拟通信

11、来说，要实现数字通信必须要有同步技术或称为定时，它包括时钟同步(也称位同步)和帧同步，这是数字通信系统的一个重要特征。PCN的时分复用包括帧同步和位同步两个模块实现。位同步是为了达到收、发端频率同频、同相，在设计传输码型时，一般要考虑传输的码型中应含有发送端的时钟频率成分。这样，接收端从接收到的经过复用的码元信号中提取出发端时钟频率来进而得到同频、同相的收端时钟，就可以做到位同步;位同步是最基本的同步，是实现帧同步的前提，位同步的基本含义是收、发两端的时钟频率必须同频、同相，这样接收端才能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。帧同步是为了保证收、发咧应的话路在时间上保持一致，这样接收端就能正确

12、接收发送端送来的每一个话路信号，当然这必须是在位同步的前提下实现为了建立收、发系统的帧同步，需要在每一帧(或几帧)中的固定位置插入具有特定码型的帧同步码。这样，只要收端能正确识别出这些帧同步码，就能正确辨别出每一帧的首尾，从而能正确区分出发端送来的各路信号. 时分复用是建立在抽样定理基础上的。这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙，利用这种空隙便可以传输其他信号的抽样值。因此，这就有可能沿一条通道同时传送若干个基带信号.时分复用技术，它可以在同一个通道上传输多路信号定义是将不同的信号相互交织在不同的时间段内，沿着同一个信号传输:在接收端再运用相对应的某种方法，将各个时间

13、段内的信号提取出来还原成原始信号的通信技术。这种技术的抽样定理使连续(模拟)的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲值所代替 时分复用是无论帧或时隙都是互不重叠的情况下，把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，然后根据一定的时隙分配原则，使各个发信端在每帧内只能按指定的时隙向收信设备发送信号，如果能够达到位同步和帧同步。收信端可以分别在各时隙中接收到各发信端发送的信号而不会受到其他信息的干扰。同时，发信端发向多个收信端的信号都按一定的顺序安排。在彼此约定好的时间间隙来传输信息，各收信端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来.。 1.4简单的基带传输系统计

14、算机等数字设备中，二进制数字序列最方便的电信号形式为方波，即“1”或“0”分别用高（或低）电平或低（或高）电平表示，人们把方波固有的频带称为基带，方波电信号称为基带信号。在信道上直接传送数据的基带信号称为基带传输。一般来说，要将信源的数据经过变换变为直接传输的数字基带信号，这项工作由编码器完成。在发送端，由编码器实现编码；在接收端由译码器进行解码，恢复发送端原发送的数据。基带传输是一种最简单最基本的传输方式。 2 系统模块设计 2.1系统总原理图 图2.1.1三路PCM通信系统总原理图 本设计采用的设计思路是:三路信号分别经过各自进行PCM编码(抽样、量化、编码)，由于PCM编码输出是并行信号

15、，所以必须经过并串转换变成串行信号然后通过复用，经过调制，进入加有高斯噪声的通道，通过解调、分路，由于分路出的信号是串行的，D/A输入是并行数据，所以必须通过串并变换电路，然后译码、D/A之后经过低通滤波器后，输出原始各自的信号。 三路信号分别经过各自的低通滤波器然后进入编码子系统进行PCM编码和数字复接，形成三合一波形后经过加有高斯噪声的信道后，分别经过帧同步子系统和位同步子系统，进行时分复用的时隙分配。经过串并变换器等一系列的处理，最后分出三路时隙供三路信号传输，完成数字分接。然后经过串并变换和锁存器进入各自的译码模块，经过数模变换、解扩和低通滤波器完成信号的恢复 2.2系统模块设计 2.

16、2.1信号源模块 图2.2.1信号源模块设计图 2.2.2 3路编码及时分复用模块 图2.2.2 3路时分复用及编码模块设计图 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“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

17、缩再进行均匀量化。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w压缩律和A压缩律。美国采用w压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律。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。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:这里的编码和解码与差错控制编码和解码是完全不同的，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，大致可分为两大类: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

18、方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。在13折线法中，无论输入信号是正是负，均按8段折线 (8个段落)进行编码.若用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值，其中用第一位表示量化值的极性，其余七位(第二位至第八位)则表示抽样量化值的绝对大小具体的做法是:用第二至第四位表示段落码，它的8种可能状态来分别代表8个段落的起点电平。其他四位表示段内码，它的16种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级.这样处理的结果，8个段落被划分成2=128个量化级 压缩器:使用我国先采用的A律压缩，注意在译码时也应采用A律解压。提高小信号的信噪比。A/D转换器:完成经过压缩

19、后信号时间及幅度的离散。数据选择器:完成A/D转换后的数据的并串转换。三路路信号进入编码器模块，由于PCM量化采用非均匀量化，还要使用压缩器实现A率压缩后再进行均匀量化，A/D转换器完成采样和量化，A/D输出是并行数据，必须通过数1K11Z的方波信号，经过4, 8, 16分频后输入数据选择器247、255、256、288的地址输入端，使用帧同步码11011000作为247数据选择器的数据输入端，产生帧同步信号。相同的道理，运用数据选择器255、256、288分别产生第一路、第二路、第三路PCM信号.然后用第一路、第二路、第三路PCM信号加上帧同步信号作为数据选择器260的数据输入端产生四合一波

20、形。 2.2.3 模拟信道模块 图2.2.3 模拟信道模块设计图信道衰减为20dB，信道中加入了白噪声来模拟真实的信道 2.2.4帧识别模块图2.2.4帧识别模块设计图设置11011000为帧头。当检测到寄存器输出的该数据流时通过四个特殊位置的非门与输出值为8的阶跃信号通过比较器比较。其输出与L-enable相连。2.2.5解时分复用及译码模块 图2.2.5 解时分复用及译码模块设计图 锁存器：将信号中的串行信号经过三个移位寄存器，使三个移位寄存器里分别存放帧同步信号后面的3路经过量化的原始信号，当帧同步信号到来时，打开锁存器使能端，此时将相应的移位寄存器里的数值锁存到锁存器中并输出，以供后续

21、电路DAC芯片进行并串转换。 扩张器:实现与压缩器相反的功能，由于采用A律压缩，扩张也必须采用A律扩张器。低通滤波器:由于采用脉冲不可能是理想冲击函数会引起孔径失真，量化时也会带来量化噪声，及信号再生时引入的定时抖动失真，需要对再生信号进行幅度及相位的补偿，同时滤除高频分量，在这里使用与编码模块中相同的低通滤波器。2.3简单的基带传输系统总原理图设计 图2.3.1简单的基带传输系统总原理图3 系统仿真及调试 3.1三路PCM传输系统的仿真结果 3.1.1信号源输入波形 图3.1.1信号源输入波形 3.1.2编码及复用波形 图3.1.2 编码及复用波形 3.1.3信道噪声波形 图3.1.3 信道

22、噪声波形 3.1.4帧识别波形 图3.1.4帧同步信号波形 3.1.5解时分复用及译码波形 图3.1.5解时分复用及译码波形 3.2简单基带传输系统仿真结果 图3.2简单基带传输系统仿真结果4 心得与体会 此次课程设计，让我对通信原理等科目和原理知识有了更深入的细致的了解，与此同时，我也真切的感觉和发现，仅仅懂得一堆理论，只会纸上谈兵是相当不够的，我还需要多多的进行实物的的制作或者是通过仿真软件进行独立的设计与仿真，才能发现很多平时学习中忽略的知识点。通过这次设计，掌握了PCM编码的工作原理及三路PCM传输系统的工作过程，学会了使用仿真软件SystemView（通信系统的动态仿真软件），并学会

23、通过应用软件仿真来实现各种通信系统的设计，对以后的学习和工作都起到了一定的作用，加强了动手能力和学业技能。总体来说，这次实习我受益匪浅。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐因为理论运用到活生生的现实中来的时候，往往会出现这样或那样的偏差或问题。所以这次课程设计的实践其实对我本人是一次很好的成长机会参考文献 1叶淦华.通信原理教程.第一版.北京:中国电力出版社，2005 2褚振勇，齐亮，田红心，高楷娟.现代通信原理及应用.第二版.西安:西安电子科技大学出版社，2006 3周炯盘，庞沁华.通信原理.北京:北京邮电大学出版社，2005 4 田耕，序文波，张延伟.System View的设计与分析.北京:电子工业出版 5 Kaijian Liu, Haibo Zbang and Guangmin Wu.Simulation of PCM communicationsystem based on System View.IEEE Communication Magazine,2007,21(5) :72-74 6曹志刚，钱亚生.现代通信原理.第三版.北京:清华大学出版社，1998 7李宗豪.基本通信原理.第一版.北京:北京邮电大学出版社2005