PCM时分复用电路的仿真设计

1、pcm时分复用电路的仿真设计摘 要：脉冲编码调制（pulse code modulation, pcm）通常是指模拟信号经抽样量化，直到转换成二进制符号的基本过程。时分复用（time division multiplexing, tdm）是指多路独立信号分时共用一条链路进行传输。systemview是一个具有动态分析能力的信号级的仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计及仿真，并能满足数字信号处理、数字滤波器的设计、通信系统等不同层次的设计仿真要求。本文以典型的电话信号为例，通过对多路pcm时分复用电路的设计及仿真，使我们进一步熟练掌握systemview仿真软件的使用，并在此基础上再次分析pc

2、m的编译码过程，同时了解时分复用的原理。关键词：脉冲编码调制；时分复用；systemview 脉冲编码调制（pulse code modulation ,pcm）的多路时分复用系统是构成准同步数字体系（plesiochronous digital hierarchy, pdh）的基础技术，是现代通信的一种重要技术。随着数字技术和超大规模集成技术的发展，新一代高集成度单板pcm基群复接设备采用了最新的超大规模集成电路和厚薄膜工艺技术，它可以在标准的pcm30/32基群即 2m传输通道上直接提供30路终端业务接口。与此同时，pcm设备广泛应用于专网军事交通医疗石油等行业，其中我们熟悉的iphone

3、的开发中也有pcm技术的应用。不过，它主要用于专网中特殊数字信号、固定电话信号以及以太网信号的编码传输。并且随各行业技术的飞速发展，pcm技术与它们结合都可以有很好的发展前景。本文主要是以典型的电话信号为例，通过systemview的仿真设计来分析pcm的编码过程，了解其再节省带宽方面的优越性，并认识时分复用的基本原理。1 脉冲编码调制的工作原理1.1 模拟信号的抽样由于语音信号的频率限制在300hz3400hz内，考虑到滤波器通带和阻带之间的过渡，为了实现信号的语音频率特性，在用systemview进行仿真设计时，没有采用带通滤波器，而是采用了低通滤波器。因此，在此只介绍低通模拟信号的抽样定

4、理。模拟信号通常是指在时间上连续的信号。在一系列离散的时间点上，对这种信号进行抽取样值成为抽样，如图1-1(a)所示。图中所示是模拟基带信号，在等间隔的时间内（理论上并不是必须如此）对它进行抽样。理论上，这个过程可以等效为模拟基带信号与周期为的单位冲激脉冲相乘，得到一系列的冲激脉冲=，如图1-1(e)。实际上，我们常用周期性的窄脉冲替代冲激脉冲。时域抽样定理指出：一个频谱受限的信号，如果频谱只占据- +的范围，则信号可以用等间隔的抽样值唯一地表示。而抽样间隔必须不大于，或者说，最低抽样频率为2。因此，若模拟基带信号的频谱限制在- +(如图1-1(b), 用频率2的冲激脉冲对其抽样，得到如图1-

5、1(f)所示的周期性的频谱，再通过一截止频率为的低通滤波器，就可以恢复原信号。 图1-1(a) 模拟基带信号 图1-1(b) 频谱 figure 1-1(a) analog baseband signal figure 1-1(b) spectrum 图1-1(c) 抽 样 脉 冲 信 号 图 1-1(d) 频 谱 figure 1-1(c) sampling pulse signal figure 1-1(d) spectrum 图1-1(e) 冲激脉冲 图1-1(f) 抽样后信号频 figure 1-1(e) impulse figure 1-1(f) the signal spectru

6、m after sampling1.2 抽样信号的量化1.2.1 量化的基本原理模拟信号经抽样后变为时间上离散，但取值上连续的模拟信号。这个信号必须经过量化才能变为数字信号。设模拟信号的抽样值为，其中为抽样周期,是整数。此抽样值仍然是一个取值连续的变量。若用个二进制数字码元来表示此抽样值的大小，则个二进制码元只能代表=个不同的抽样值。因此，必须将抽样值的范围划分为个区间，每个区间的所有抽样值都用一个二进制电平表示。这样就可以用个量化电平表示出连续的抽样信号，这就过程就成为量化。若个抽样值区间是等间隔划分的，则称这样的量化为均匀量化。当然量化区间也可以是不均匀划分的，成为非均匀量化。1.2.2

7、均匀量化 设模拟抽样信号的取值范围在和之间，量化电平数为, 则均匀量化的量化间隔为 且量化区间的端点 =+ =0,1，若量化输出电平取为量化间隔的中点，则 = =1,2，显然，量化输出的电平和量化前的模拟信号的抽样值大小一般是不同的，即输出量化电平存在误差，通常称这个误差为量化噪声（quantization noise）,并用信号功率与噪声功率之比（即信号量噪比）衡量此误差对信号影响的大小。对于给定的信号最大幅值，量化电平越多，量化噪声越小，信号量噪比越高。下面将对均匀量化时的平均信号量噪比作定量分析。均匀量化时，量化噪声功率的平均值= = =式中：为模拟信号的抽样值，即；为量化信号值，即；为

8、信号抽样值的概率密度；表示求统计平均值；为量化电平数；=+ ；=+- 。信号的平均功率= = 若一个均匀量化器的量化电平数为，其输入信号抽样值在区间内具有均匀的概率密度，可以有以上两公式求得量化器的平均输出信号量噪比为 = 由此可以看出，量化器的平均信号量噪比随量化电平数的增大而提高。1.2.3 非均匀量化在实际通信中，将满足量化器量噪比要求的输入信号取值范围定义为量化器的动态范围。在电话通信中，电话语音信号的动态范围约为，而高质量长途电话通信要求传输线路的信噪比至少应大于。若在电话语音信号的数字化过程中采用均匀量化，由于语音的小信号出现概率大，大信号出现概率小，则均匀量化器在大信号时的量噪比

9、大，在小信号时的量噪比难以达到要求，因而均匀量化器的动态范围受到较大限制。因此为满足电话通信质量的要求，人们提出了对数压扩的非均匀量化的方法。实际中，非均匀量化的实现方法通常是在进行量化之前，先将信号抽样值压缩(compression)，再进行均匀量化。这里的压缩是用一个非均匀电路将输入电压变换成输出电压。关于电话信号的压缩特性，itu制定了两种建议，即压缩律和压缩律，以及相应的近似算法13折线法和15折线法。我国大陆欧洲各国以及国际间互连时采用压缩律及相应的13折线法，北美日本和韩国等少数国家和地区采用压缩律及相应的15折线法。因此，下面我们只对压缩律及其近似的实现方法进行讨论。压缩律（简称

10、律）是指符合下式的对数压缩规律： = = 式中：为压缩器归一化输入电压；为压缩器归一化输出电压；为常数，它决定压缩程度。 律是物理可实现的。其中的常数不同，则压缩曲线的形状不同，这将特别影响小信号时的信号量噪比的大小。在实用中，选择=。由于上述律实现的压缩特性是一条平滑的曲线，很难用电子线路准确地实现。因此，在实际应用中，我们多采用13折线法来近似实现。表1-1对两种压缩方法做了比较。由表中可以看出用13折线法去近似实现律的误差是很小的。 表1-1 律和13折线法的比较table1-1 the comparison of law and 13 line method0101按折线分段时的01段

11、落12345678斜率16168421另外，恢复原信号大小的扩张（expansion）原理与压缩的过程相反，这里就不再赘述。1.3 脉冲编码调制 通常把模拟信号抽样量化，直到变为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制（pcm），简称脉码调制。pcm原理系统的原理方框图如图1-2所示。 译码器 低通滤波器pcm信号 抽样保持 量化器 编码器 模拟信号输入 抽样脉冲 模拟信号输出 图1-2 pcm原理系统的原理方框图 figure 1-2 pcm principle system block diagram 由于话音信号小电压出现的概率较大，所以为了减小话音信号的平均量噪比，pcm编码器采用了折叠

12、码，这样同时可以简化编码电路和过程。并且，考虑到量化间隔信号量噪比传输量和存储量之间的关系，在话音通信中，通常采用8位的pcm编码就能满足通信质量的要求。现在就以采用8位折叠码的13折线法为例来说明pcm的编码原理。第一位表示量化值的极性正负，后面7位表示量化值的模值。其中第二到第四位（）是段落码，表示8种不同斜率的段落；最后四位（）是段内码，可以表示每一段落的16种电平，并且这16个电平是均匀划分的。因此，这7位码功能表示128种量化值。表1-2(a)和表1-2(b)给出了段落码和段内码的编码规则。 表1-2(a) 段码编码规 表1-2(b) 段内码编码规则 table 1-2(a) par

13、agraph coding rules table 1-2(b) segment within the coding rules量 化间 隔段内码 量 化间 隔段内码15 11117 011114 11106 011013 11015 010112 11004 010011 10113 001110 10102 00109 10011 00018 10000 0000段落序号段落码段落范围（量化单位） 8 11110242048 7 110 5121024 6 101 256512 5 100 128256 4 011 64128 3 010 3264 2 001 1632 1 000 016

14、在上述编码方法中，虽然段内码是按均匀量化来编码的，但是由于各个段落的斜率不同，长度不等，故不同段落的量化间隔是不同的。其中第1和第2段最短，斜率最大，其横坐标的归一化动态范围只有，再将其等分为16小段后，每一小段的动态范围只有。这就是最小量化间隔，即量化单位。若希望均匀量化对小电压保持同样的动态范围，则需要11位编码。现在采用非均匀量化，只需要7位编码就够了。由此可以看出，pcm编码可以节省带宽。典型的电话信号的抽样频率是8000hz，故在采用非均匀量化编码器时，典型的数字电话传输比特率为，并且这个速率被itu制定的建议所采用。2 时分复用和systemview的概念2.1 时分复用从上述分析

15、看出，一路话音信号经pcm编码后得到的数字信号，其中每路信号的采样间隔=，每个样值量化编码为。若每路话音信号中的每样值的脉冲宽度所占时间远小于采样间隔，则的其余空闲时间可用来传送第二路第三路，等其它各路pcm信号。这样，将各路pcm信号有序排列，就可以实现在时间上将各路独立信号分割开来，并将其合成一复合信号在同一信道传输，这就是信道复用的方法之一 时分复用。上述路合成信号的信息速率为。在接收端由适当的同步检测器就可以从时分复用信号中分离各路信号。2.2 数字复接 数字复接器可将两路或两路以上的各路数字信号按时分复用方式合并成一合路的数字信号，在信道上传输。在接收端的数字分接器可将一合路信号分解

16、为原各路数字信号。现在以路pcm数字电话时分复用数字复接系统为例说明其工作原理。 一路话音信号的最高频率为3400hz，根据抽样定理，抽样频率取8khz，抽样间隔=khz=。每个抽样值以律13折线编码，编为8位码，即对每个用户每经过要传送8位码。pcm路系统要传送32路数字信号（其中30路为数字电话信号，2路为同步及信令信号），因此将抽样间隔=分为32个时隙，每个时隙填充码元，构成一帧，如图2-1所示。由基群帧构成的数字序列信号成为数字基群信号，又称数字一次群信号。ts0 ts1 ts2 ts15 ts16ts17 ts30ts31 (32个时隙) 图2-1 帧结构示意图 figure 2-1

17、 frame structure diagram 图2-1中，ts0为帧同步时隙，传送帧同步信号，ts16为信令时隙，传送信令，ts1ts15和ts17ts31为用户话路时隙，传送用户数字话音信号。 由pcm数字信号基群的帧结构形式可知，其系统比特率为 =式中，为采样频率；为一帧所含的时隙数；为一个时隙中所含的码元数。 由若干个一次群帧采用时分复用的方式可构成二次群信号；由若干个二次群帧采用时分复用的方式可构成三次群信号，以此类推可构成更高次群信号。对于时分多路电话通信系统，itu制订了两种准同步数字体系（plesiochronous digital hierarchy,pdh），并提出了两个

18、pdh体系的建议，即e体系和t体系，前者被我国大陆欧洲及国际间连接采用。这种建议的层次路数和比特率的规定见表2-1。表2-1 e体系table 2-1 e system 体 系 层次 比特率（） 路数（每路） e 体 系 e-1 2.048 30 e-2 8.448 120 e-3 34.368 480 e-4 139.264 1920 e-5 565.148 7680 2.3 systemview 的概念 systemview是美国elanix公司推出的，基于windows环境的用于系统仿真的可视化软件工具。它以模块化和和交互式的界面，在windows窗口下，为用户提供了一个嵌入式的分析引擎

19、，使用方便。使用它，用户可以用图幅（token）去描述自己的系统，无需与复杂的程序语言打交道，不用写代码即可完成各种系统的设计与仿真。利用systemview，可以构成各种复杂的模拟数字数模混合系统和各种多速率系统，它可用于各种线性或非线性系统的设计和仿真。用户在进行系统设计时，只需要从systemview配置的图幅库中调出有关图幅，进行各个图幅的参数设置和相互间的连线，即可进行仿真操作，给出分析结果。systemview提供功能强大的分析计算器，可以根据用户的需要对结果进行各种分析，对系统设计和修改十分有利。systemview的图幅资源十分丰富，包括基本库（main library）和专业

20、库（optional library），基本库中包括加法器、乘法器、多种信号源、接收器、各种函数运算器等，专业库有通信（communication）、逻辑（logic）、数字信号处理（dsp）、射频模拟（rf/analog）等特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证。另外，systemview还通过自定义库的形式提供了is95和dvb扩展图幅库，方便用户进行cdma通信系统和狮子电视业务的分析，用户还可以自己用c语言编写自己的用户自定义库，使得systemview的应用更加方便。systemview能自动执行系统连接检查，给出简介错误提示或尚悬空的待连接端信息。通知用户连接出错并通过显示指

21、出出错的图标。这个特点对用户的诊断是十分有效的。systemview的另一个重要特点是它可以从各种不同角度、以不同方式按要求设计多种滤波器，并可自动完成滤波器各指标如幅频特性（波特图）、传递函数、根轨迹图等之间的转换。在系统设计和仿真方面，systemview还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。在窗口内，可以通过鼠标方便地控制内部数据的图形放大、缩小、滚动等。另外，分析窗中还带有一个功能强大的“接受计算器”，可以完成对仿真运行结果的各种运算、频谱分析、滤波。systemview还具有与外部文件的接口，可直接获得并处理输入输出数据。提供了与编程语言vc+或仿真工具matlab的接

22、口，可以很方便地调用其函数。systenview还具有与硬件设计的接口；与xilinx公司的软件core generator配套，可以将systemview系统中的部分器件生成下载fpga芯片所需的数据文件；另外，systemview还有与dsp芯片设计的接口，可以将其dsp库中的部分器件生成dsp芯片编程的c语言源代码。总之，elanix公司开发的systemview软件虽小，但功能强大，使用方便，是专用于动态系统仿真的专用软件，特别是在通信系统分析和设计领域具有广阔的应用前景。3 pcm时分复用电路的仿真设计3.1 pcm电路及其传输过程 基于systemview对pcm电路及其传输的全过

23、程进行设计仿真时，其流程图如下图3-1所示。话音输入低通滤波瞬时压缩抽样保持量化解调解码信道再生瞬时扩张低通滤波语音输出调制编码 图 3-1 pcm电路及其传输的流程图 figure 3-1 the flow chart of the pcm circuit and its transfer在此，我们将不对pcm在传输过程中调制解调技术进行讨论，而重点研究pcm在发送端和接收端的编译码过程。3.2 pcm编码电路的仿真设计基于systemview的pcm编码电路如下图3-2所示，其中各模块说明见表3-1。在通信系统中，语音信号的频率范围为300hz3400hz，又考虑到滤波器的过渡带，用高斯信

24、号通过低通滤波器来模拟语音信号。如图3-2所示，在模块0前输入端子输入高斯信号，通过低通滤波器转换为语音信号，经过压缩器完成瞬时压缩，为信号的非均匀量化做准备，经过模数转换器使模拟信号转换为8位数字信号，再通过8位数据选择器使量化的8位并行数字信号变成串行数字信号，从而完成pcm的整个编码过程（模块10的作用将在时分复用时说明）。. 图3-2 pcm编码电路 figure 3-2 pcm coding circuit 表3-1 pcm编码电路模块参数表 table 3-1 pcm coding circuit module parameter table模块编号模块名称模块参数0 ,10输入端

25、子meta io library meta in1低通滤波器operator library linear sys butterworth lowpass iir 3 poles fc=3.8e+3hz2压缩器a-law max input=1v3模数转换器logic library twos complement gate delay = 0sec threshold = 500.e-3v true output = 1v false output = 0v no. bits = 8 min input = -1v max input = 1v48位数据选择器logic library mu

26、x-d-8 gate delay = 0sec threshold = 500.e-3v true output = 1v false output = 0v rise time = 0sec fall time = 0 sec5脉冲序列source library pulse train amp = 1v freq = 32.e+3hz pulsew = 1e-6sec offset = 0v phase = 0 deg6脉冲序列source library pulse train amp = 1v freq = 32.e+3hz pulsew = 15.63e-6sec offset =

27、0v phase = 0 deg7脉冲序列source library pulse train amp = 1v freq = 64.e+3hz pulsew = 7.82e-6sec offset = 0v phase = 0 deg8脉冲序列source library pulse train amp = 1v freq=128.e+3hz pulsew = 3.91e-6sec offset = 0v phase = 0 deg9阶跃函数source library step fct amp = 0v start = 0sec offset = 0v11乘法器multiplier non

28、 parametric12输出端子meta io library meta out13 ,14 ,15分析接收器sink library analysis主要模块的具体作用分析：模块1是3阶butterworth线性低通滤波器，考虑到过渡带，其截至频率设定为3800hz，完成对高斯信号的转换。模块2是律13折线压缩器，对信号进行压缩。模块3是ad转换器是模拟信号转换为数字信号，实质上是完成了量化和编码的功能，它由模块5控制其抽样的频率。由于systemview仿真的限制，要求抽样频率为信号的5到7倍，失真才会不明显，同时也为了后面时分复用电路的仿真设计提供数据的方便，所以，模块5的频率设为32

29、khz。模块4是并串转换器，实质是带使能端的8位数据选择器，其功能相当与74151，由模块9控制其工作，由模块6,7,8完成对编码信号的选择，并为对应模块5的频率，模块6,7,8的频率分别设为32khz、64khz和128khz，并且占空比都为50%，使8位并行传输的数字信号转换为现代通用的串行传输的方式。3.3 pcm译码电路的仿真设计基于systemview的pcm译码电路如下图3-3所示，其中各模块说明见表3-2。pcm信号由输入端子进入8位移位寄存器完成信号的串并转换，并由8位锁存器锁存数据，使每8个数字信号由数模转换器转换为1个抽样信号，还原成量化的连续信号，再经过扩张器和低通滤波器

30、，最终恢复出原语音信号。 图3-3 pcm译码电路 figure 3-3 pcm decoding circuit主要模块的具体作用分析：模块1是8位移位寄存器，完成数字信号的串并转换的功能，其作用类似于74164，有两路“与”输入，一个清零输入和一个外部时钟信号输入。一个“与”输入端接pcm数字信号，为了不影响pcm信号，将另一“与”输入端设置为高电平，外部时钟信号频率和串行传输的数字比特率一样，为256khz，同时清零信号需要设置为高电平。模块2是8位锁存器，使每8bit数字信号转换为一帧信号提供给数模转换器，其作用类似于74373，区别在于没有三态输出方式。它由时钟（频率与原抽样频率相同

31、，为32khz）信号控制其每帧的产生输出。模块3是模数转换器，将锁存器送来的每帧信号变为量化后的抽样信号，最终形成时间连续取值离散的信号。模块4是扩展器，使数模转换器的输出信号得到扩展，其作用是为了抵消在 pcm编码过程中律压缩器的作用，在这里使用律扩展器。模块5是低通滤波器，由于抽样脉冲不可能是理想的冲激脉冲，因此会引入失真。另外，量化时会引入量化噪声，信号再生时也会有定时抖动失真。所以，需要对再生信号进行幅值和相位的补偿，滤除高频分量，这里采用了与编码电路相同的低通滤波器。 表3-2 pcm译码电路模块参数表table 3-2 pcm decoding circuit module par

32、ameter table模块编号模块名称 模块参数0输入端子meta io library meta in18位移位寄存器logic library shift-8in gate delay = 0sec threshold = 500.e-3v true output = 1v false output = 0v rise time = 0sec fall time = 0v 28位锁存器logic library latch-8t gate delay = 0sec threshold = 500.e-3v true output = 1v false output = 0v rise t

33、ime = 0sec fall time = 0sec3模数转换器logic library dac twos complement gate delay = 0sec threshold = 500.e-3v no. bits = 8v min output = -1v max output = 1v4扩展器comm library decompand a-law max input = 1v5低通滤波器operator library linear sys butterworth lowpass iir 3 poles fc = 3.8e+3hz6输出端子meta io library m

34、eta out7脉冲序列source library pulse train amp = 1v freq = 256.e+3hz pulsew = 100.e-9sec offset = 0v phase = 0deg 8阶跃函数source library step fct amp = 1v start = 0sec offset = 0v9脉冲序列source library pulse train amp = 1v freq = 32.e+3hz pulsew = 1.e+6sec offset = 0v phase = 0deg 10,11分析接收器sink library analy

35、sis3.4 pcm编译码电路的仿真设计将编译码电路连接起来，完成整个pcm的编译码过程，其电路如下图3-4所示。 图3-4 pcm编译码电路 figure 3-4 pcm encoding and decoding circuit 高斯信号经低通滤波器后生成话音信号，其波形如下图3-5所示： 图3-5 话音信号波形 figure 3-5 voice signal waveform 经律压缩后的信号波形如下图3-6所示： 图3-6 律压缩后的信号波形 figure 3-6 law compressed signal waveform 由以上两图可以看出，压缩器对小信号的扩展作用和对大信号的压缩

36、作用，从而提高了小信号的信噪比，这样就可以使用较少的编码位数达到较高的量化精度，满足了话音信号质量的要求。在译码部分中，数模转换器输出的时间连续取值离散的信号波形如下图3-7所示： 图3-7 数模转换器输出信号波形 figure 3-7 dac output signal waveform经律扩展后波形如图3-8所示： 图3-8 律扩展后的信号波形 figure 3-8 law expanded signal waveform最后经低通滤波器恢复出原始信号，其波形如下图3-9所示： 图3-9 低通滤波后输出信号波形 figure 3-9 low-passed filtered output s

37、ignal waveform 图3-5和图3-9比较可知，信号波形的失真是很小的，但有一定的延迟。3.5 pcm同步码电路的仿真设计为保证复接和分接时多路tdm信号时钟的统一，在3032路pcm电路中总有群同步码和信令码等额外的开销。因此，在介绍时分复用电路之前，我们先来认识另一个同步码生成电路。其电路如下图3-10所示，各模块说明见表3-3。由电路图可知，三个脉冲序列控制8位数据选择器选择输出模块3、4阶跃函数的高低电平，输出8位的同步码00011011，在时分复用时构成一帧数据，其波形如下图3-11所示。 图3-10 同步码生成电路 figure 3-10 synchronization

38、code generating circuit 表3-3 同步码生成电路模块参数表table 3-3 synchronization code generating circuit module parameter table模块编号模块名称 模块参数0脉冲序列source library pulse train amp = 1v freq=128.e+3hz pulsew = 3.91e-6sec offset = 0v phase = 0 deg1脉冲序列source library pulse train amp = 1v freq = 64.e+3hz pulsew = 7.82e-6

39、sec offset = 0v phase = 0 deg2脉冲序列source library pulse train amp = 1v freq = 32.e+3hz pulsew = 15.63e-6sec offset = 0v phase = 0 deg3阶跃函数source library step fct amp = 0v start = 0sec offset = 0v4阶跃函数source library step fct amp = 1v start = 0sec offset = 0v58位数据选择器logic library mux-d-8 gate delay = 0

40、sec threshold = 500.e-3v true output = 1v false output = 0v rise time = 0sec fall time = 0 sec6乘法器multiplier non parametric7输入端子meta io library meta in8输出端子meta io library meta out9分析接收器sink library analysis 图3-11 同步码波形 figure 3-11 synchronous code waveform3.6 pcm时分复用电路的仿真设计时分复用的原理在上文中已经简要说明，其方框图可如下

41、图3-12所示。同步数字信号话音数字信号话音数字信号信令数字信号话音数字信号话音数字信号外部时钟 定时码速率调整复接分接恢复原信号同步提 取 定时同步数字信号话音数字信号话音数字信号信令数字信号话音数字信号话音数字信号 图3-12 pcm时分复用原理方框图 figure 3-12 pcm time-division multiplexing principle block diagram我们用一路同步信号和三路pcm信号来简单模拟仿真时分复用电路，进一步理解时分复用的原理。其电路如下图3-13所示。图幅106是同步码生成电路，其内部电路如上图3-10所示；图幅19、48、65为pcm编码电路，

42、其内部电路如上图3-2所示；图幅36、82、94为pcm译码电路，其内部电路如上图3-3所示；模块0、1、2是延迟器；模块7是“或”运算；模块8、9、10、11是“与”运算。 图3-13 pcm时分复用电路 figure 3-13 pcm time-division multiplexing circuit 为保证三路pcm数字信号pcm1、pcm2 、pcm3的同步，在三路数字信号前加复合帧同步码，在此采用了30/32路pcm 通信中较为通用的群同步码00011011。典型的话音信号的频率在300hz3400hz，又因理想滤波器是不可实现的，实际的滤波器的截至边缘不可能做到如此陡峭，根据时域

43、抽样定理知抽样频率比23400hz大一些，通常采用8000hz。在pcm编码过程中，每个抽样信号量化编码成8bit的数字信号，每秒抽样8000次，则每路pcm信号的传输比特率为64。当四路信号时分复用时，将每抽样间隔时间均分为四等份，每等份传输一路信号，所以每路信号的比特率要提高到原来的四倍，即256。正如上述pcm编译码过程中，信号的抽样频率为32khz，8位数字选择器的时钟信号分别为32khz，64khz，128khz。图3-13中模块4时钟信号的频率8khz，模块1、2、3的延迟s、s、s，用来选通每帧信号在对应的时隙进行传输。最后通过“或”操作复合为时分复用信号。解时分复用时也采用了同

44、步的方式来实现的。通过不同支路复合时的不同时隙的选通信号与复合信号进行“与”操作来选出对应的每帧pcm信号，在经过pcm译码电路恢复出单路语音信号。第一、二、三路话音信号经pcm时分复用电路的输入和输出信号的时域波形如下图3-14(a)和3-14(b)、3-14(c)和3-14(d)、3-14(e)和3-14(f)所示。通过输入输出的时域窗口得到的仿真结果分析可知，经过pcm编码后时分复用传输，再经过解时分复用pcm译码后得到的信号，与原语音信号相比，波形失真较小，但有一定的延迟。 图3-14(a) 第一路输入信号时域波形 figure 3-14(a) time-domain waveform

45、 of the first input signal 图3-14(b) 第一路输出信号时域波形 figure 3-14(b) time-domain waveform of the first output signal 图3-14(c) 第二路输入信号时域波形 figure 3-14(c) time-domain waveform of the second input signal 图3-14(d) 第二路输出信号时域波形 figure 3-14(d) time-domain waveform of the second output signal 图3-14(e) 第三路输入信号时域波形

46、 figure 3-14(e) time-domain waveform of the third input signal 图3-14(f) 第三路输出信号时域波形 figure 3-14(f) time-domain waveform of the third output signal4 结束语本文主要研究的是通信系统中典型的电话系统。通过对话音信号进行抽样量化编码，采用时分复用的方法完成模拟信号的数字传输，再通过其逆过程恢复原话音信号，并进一步熟悉了通信系统中一些关于同步帧群等的概念，也掌握的一些有关systemview软件的基本操作，使我们对日常生活中的通信系统有了简单的整体宏观认识

47、。参考文献1 樊昌信.曹丽娜主编.通信原理.第六版，北京，国防工业出版社，20102 周炯磐庞沁华续大我吴伟陵杨鸿文编著通信原理第三版，北京，北京邮 电大学出版社，20083 郑君里应启衔杨为理编著信号与系统第二版，北京，高等教育出版社，20004 阎石主编数字电子技术基础第五版，北京，北京高等教育出版社，19985 孙屹主编systemview 通信仿真开发手册北京，国防工业出版社，2004 the simulation and design of time division multiplexing circuit of pcmabstract: systemview is a dynam

48、ic analysis of the signal level of the simulation software, mainly for the circuit and communication system design and simulation, and can meet the needs of digital filter processing, digital filter design, communication systems at different levels of design simulation.pulse code modulation ( pcm ) usua