《通信原理》课程设计说明书解析

1、武汉理工大学通信原理课程设计说明书1增量调制的基本概念在PCMK统中，为了得到二进制数字序列，要对量化后的数字信号进行编码，每个抽样量化值用一个码组(码字)表示其大小。码长一般为7位或8位，码长越大，可表示的量化级数越多，但编、解码设备就越复杂。那么能否找到其它更为简单的方法完成信号的模/数转换呢？如图1.1所示：图1.1增量调制波形示意图图中在模拟信号f的曲线附近，有一条阶梯状的变化曲线f'(t),f'(t)与f(t)的形状相似。显然，只要阶梯“台阶”和时间间隔At足够小，则f'(t)与f(t)的相似程度就会提高。对f'(t)进行滤波处理，去掉高频波动，所得到

2、的曲线将会很好地与原曲线重合，这意味着f'(t)可以携带f(t)的全部信息(这一点很重要)。因此，f'(t)可以看成是用一个给定的“台阶”6对f(t)进行抽样与量化后的曲线。我们把“台阶”的高度称为增量，用“1”表示正增量，代表向上增加一个用“0”表示负增量，代表向下减少一个(To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(Delt

3、aModulation),缩写为DM®；AM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102103的信道中，而PCM则要求信道的误比特率为104106。(3)设备简单，制造容易。增量调制与PCM勺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。152AM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？仔细分析下图1.1,比较在每个抽样时刻At处的f(t

4、)和f'(t)的值可以发现：(1)当f(iAt)>f'(iAt_)时，上升一个优发“1”码(2)当f(iAt)<f'(iAt_)时，下降一个仇发“0”码f'(iAt)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：(a)增量调制器(编码器)框图(b) RC积分器图2.1增量调制原理框图f'(iAt)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(iAt)和f'(iAt)的差值，可以用一个比较电路(减法器)来完成。量化编码可以

5、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)=1t=At时，e(At)=f(At)-f'(At_)>0,则Po(At)=1;t=2 At 时,e(2 At)=f(2 At)-f t=3 At 时,e(3 At)=f(3 At)-f t=4 A t 时,e(4 A t)=f(4 A t)-f t=5 At 时,e(5 At)=f(5 At)-f t=6 At 时,e(6 At)=f(6 At)-f 以此类推，即

6、可得到如图(2 A t_)<0 ,则 Po(2 A t)=0 ;(3 At_)>0 ,则 Po(3At)=1 ;(4 A t_)<0 ,则 Po(4 A t)=0 ;(5 At_)>0 ,则 Po(5At)=1 ;(6 At_)>0 ,则 Po(6At)=1 。2.2所示的波形:(a)抽样脉冲0 2工 3J： 4J 5,t：6.t： 7 18.1 9；t10；t11 -t12；t13；t14；t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

7、示：0. t 2. t 3.t： 4.'t 5.t： 61 7/t 8.'t 9.'t10.t11 .,t12.13；tl4；t(d)积分器输出信号图2.3积分器输出信号3AM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。AM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百而当/&入“0"码时，积分器输出电压就下降一个量化台阶(To为了保

8、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：(a)增量解调器(译码器)框图(b)各点波形图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，只要增量和时间间隔At

9、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：n(t)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At和增量有关。我们定义K为阶梯波一个台阶的斜率，K=f（4.1）:ts式中，fs是抽样频

10、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）6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6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，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At）,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，AM系统的抽样频率要比PCM（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

11、果模拟信号为交流信号，且信号峰-峰值小于6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/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/2电平称为增量调制器的起始编码电平。5电路设计AM调制与解调系统电路如图5.1所示:12BK1-2二分坂64KH萍豚汨12Ek也知蚣“HS-蒯信亭脸,编码输出积分印眄输出误差信号E法源限幅他K积分器2,nOhm双极耻冲定时判决器2.2kGhm1022uF显性变地-p0022lF图5.1AM调制与解调系统电路AM调制与解调系统组成框图如图5.2所示:图5.2AM调制与解调系统组成框图比较器电

12、路原理图如图5.3所示:12VR1ci i di候拉信号八'k hm.R8牌信号门N I kOhmf -C21 uF比较器心1R41 口监即1 kOhmC3100 uF12V小R23 k i-i J iR38.2 k Ohm时场输出器很2W11 kOhmR6300 OhmR76 2 k Ohm24 k Ohm2.4kOhmir33 k Ohm图5.3比较器电路本地译码器电路图如图5.4所示:1 与 E 口 onn“单极科IIN口 560 Ohm|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:二分频器muI54KHz OUT-I-bff.-|D1I抽样判决器油样脉

13、冲发生器;I三IIN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:6心得体会这次通信原理的课程设计，我们的题目是AM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AM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

14、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AM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，2003.92贺贵明.通信原理概论.武汉