基于SystemviewPCM时分复用多路系统设计

..通信原理课程设计基于Systemview的PCM时分复用多路系统设计课程设计题目：基于Systemview的PCM时分复用多路系统设计课程设计容与要求：〔1〕基于Systemview软件实现；〔2〕实现单路话音信号的抽样、压缩、均匀量化与编码得到PCM信号；〔3〕实现多路PCM信号的时分复用；〔4〕实现接收端的分接与译码；〔5〕考虑实现位同步电路；〔6〕观察输出信号的眼图，得出误码率-信噪比曲线；〔7〕分别选择不同特性信道时考察误码率-信噪比曲线。一、设计目的通过通信原理实验箱或者Systemview软件仿真进一步深化通信原理课程知识，培养学生的专业素质，提高其利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后专业课程的学习、毕业设计打下良好的根底。通过必要的工程设计、初步的科学研究方法训练和实践锻练，增强分析问题和解决问题的能力，了解通信系统的新开展。设计原理1.PCM实验原理脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的根本方法之一，它通过抽样、量化和编码，把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号，然后在信道中进展传输。接收机将收到的数字信号经再生、译码、平滑后恢复出原始的模拟信号。PCM系统的组成如图1-1所示。

话音信号先经过防混叠低通滤波器，得到限带信号〔300Hz～3400Hz〕，进展脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽样信号〔即离散的脉冲调幅PAM信号〕，然后将幅度连续的PAM信号用"四舍五入〞方法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码，转换成二进制码。(a)抽样所谓抽样，就是对模拟信号进展周期性扫描，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。(b)量化从数学上来看，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。模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。由于均匀量化存在的主要缺点是：无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此，当信号较小时，那么信号量化噪声功率比也就很小，这样，对于弱信号时的量化信噪比就难以到达给定的要求。通常，把满足信噪比要求的输入信号取值围定义为动态围，可见，均匀量化时的信号动态围将受到较大的限制。为了克制这个缺点，实际中，往往采用非均匀量化。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根本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致一样，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缩再进展均匀量化。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压缩律和A压缩律。PCM编码方式采用的也是A压缩律。c)编码所谓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，这里的编码和译码与过失控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的畴。在现有的编码方法中，假设按编码的速度来分，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：逐次比拟型、折叠级联型、混合型。在逐次比拟型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段码的顺序排列。仿真时将PCM编译码器分为编码器和译码器模块分别实现。2.时分复用原理时分复用就是将抽样周期分成假设干个时隙，各路信号的抽样值编码按一定的顺序占用某一时隙，用一个信道传输多路数字信号，既一个物理信道分为多个逻辑信道。3．SystemView软件SystemView是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台。从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到一般的系统数学模型建立等各个领域，SystemView在友好而且功能齐全的窗口环境下，为用户提供了一个精细的嵌入式分析工具。SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块(Token)描述程序。利用SystemView，可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系统，因此，它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进展系统设计时，只需从SystemView配置的图标库中调出有关图标并进展参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。设计过程任务：〔1〕基于Systemview软件实现；〔2〕实现单路话音信号的抽样、压缩、均匀量化与编码得到PCM信号；信号源子系统的组成：由三个幅度一样、频率不同的正弦信号〔图符7、8、9〕合成，如下列图所示:2.PCM编码器模块PCM编码器模块主要由信号源〔图符7〕、低通滤波器〔图符15〕、瞬时压缩器〔图符16〕、A/D转换器〔图符8〕、并/串转换器〔图符10〕、输出端子构成〔图符9〕，实现模型如下列图所示:信源信号经过PCM编码器低通滤波器〔图符15〕完成信号频带过滤，由于PCM量化采用非均匀量化，还要使用瞬时压缩器实现A律压缩后再进展均匀量化，A/D转换器〔图符8〕完成采样及量化，由于A/D转换器的输出是并行数据，必须通过数据选择器〔图符10〕完成并/串转换成串行数据，最后通过图符〔9〕输出PCM编码信号。PCM编码器组件功能实现〔1〕低通滤波器：为实现信号的语音频率特性，考虑到滤波器在通带和阻带之间的过渡，采用了低通滤波器，而没有设计带通滤波器。为实现信号在300Hz－3400Hz的语音频带，在这里采用了一个阶数为3阶的切比雪夫滤波器，其具有在通带等波纹、阻带单调的特性。〔2〕瞬时压缩器：瞬时压缩器采用A律压缩，注意在译码时扩器也应采用A律解压。比照压缩前后时域信号，明显看到对数压缩时小信号明显放大，而大信号被压缩，从而提高了小信号的信噪比，这样可以使用较少位数的量化满足语音传输的需要。〔3〕A/D转换器：完成经过瞬时压缩后信号时间及幅度的离散，通常认为语音的频带在300Hz－3400Hz，根据低通采样定理，采样频率应大于信号最高频率两倍以上，在这里A/D的采样频率为8Hz即可满足，均匀量化电平数为256级量化，编码用8bit表示，其中第一位为极性表示，这样产生了64kbit/s的语音压缩编码。〔4〕数据选择器：图符10为带使能端的8路数据选择器，与74151功能一样，在这里完成A/D转换后的数据的并/串转换，图符11、12、13为选择控制端，在这里控制轮流输出并行数据为串行数据。通过数据选择器还可以实现码速转换功能。4.PCM译码器模块PCM译码器是实现PCM编码的逆系统。PCM译码器模块主要由ADC出来的PCM数据输出端、D/A转换器、瞬时扩器、低通滤波器构成。实现模型如下列图所示：PCM译码器组件功能实现D/A转换器(图符1)：用来实现与A/D转换相反的过程，实现数字量转化为模拟量，从而到达译码最根本的要求，也就是最起码要有步骤。〔1〕瞬时扩器〔图符8〕：实现与瞬时压缩器相反的功能，由于采用A律压缩，扩也必须采用A律瞬时扩器。〔2〕低通滤波器〔图符3〕：由于采样脉冲不可能是理想冲激函数会引入孔径失真，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，需要对再生信号进展幅度及相位的补偿，同时滤除高频分量，在这里使用与编码模块中一样的低通滤波器。〔3〕存放器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储一位二级制代码，存放N位二进制代码的存放器，需用n个触发器来构成。移位存放器中的数据可以在移位脉冲作用下一次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，在这里是进展串行到并行的转换。系统仿真模型如下列图：5.仿真结果通过输入输出的时域观测窗口，我们得到仿真结果信号源的波形信号源经压缩后的波形PCM编码的波形PCM译码时经过D/A转化并用A律扩后的输出波形〔5〕译码后恢复源信号的输出波形以上数据波形可以看出在PCM编码的过程中，译码输出的波形具有一定的延迟现象，其波形根本上不