30语音通信仿真

通信原理实验报告专业：电子信息技术工程年级：2011级不姓名：陈兰兰学号：20113015指导教师：刘德春阿坝师专电子信息工程系30/32路语音通信系统仿真摘要：为了提高信道利用率，使多个信号沿同一信道传输而互相不干扰，称多路复用。目前采用较多的是频分多路复用和时分多路复用。频分多路复用用于模拟通信，例如载波通信，时分多路复用用于数字通信，例如PCM通信。时分多路复用是一种数字复用技术，在数字通信系统中，模拟信号的数字传输或数字基带信号的多路传输一般都采用时分多路复用方式来提高系统的传输效率。时分复用是将不同源端的数字数据合并到一个时间共享的链路上，适用于媒体数据速率容量超过要传输的几路数字信号总速率的情况。时分多路复用通信，是各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。由抽样定理可知，抽样的一个重要作用，是将时间上连续的信号变成时间上离散的信号，其在信道上占用时间的有限性，为多路信号沿同一信道传输提供了条件。具体说，就是把时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙，以达到互相分开，互不干扰的目的。主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。实验要求：熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台，熟悉时分复用的原理。构建30/32路中任意5路语音通信系统仿真，建立仿真模型,并分析仿真波形。设计原理：3.1PCM编码实现框图PCM的实现主要包括三个步骤完成：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。根据CCITT的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A律和μ律方式，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,采用非均匀量化PCM编码示意图见图3.1。编码量化器A律压缩脉冲抽样低通滤波话音输入编码量化器A律压缩脉冲抽样低通滤波话音输入信信道解码A律扩展低通滤波语音输出解码A律扩展低通滤波语音输出图1PCM原理框图3.2基带信号时分复用原理抽样定理：一个频带限制在0到fm以内的低通模拟信号x(t),可以用时间上离散的抽样值来传输，抽样值中包含有x(t)的全部信息。当抽样频率fs≧2fm时，可以从已抽样的输出信号中用一个带宽为fm≦B≦fs—fm的理想低通滤波器不失真地恢复出原始信号。时分复用是建立在抽样定理基础上的。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。这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在单路抽样信号在时间上离散的脉冲间留出很大的空隙。因此，可以在空隙中插入若干路其他抽样信号，只要各路抽样信号在时间上不重叠并且能区分开，那么一个信道就可以能同时传输多路信号，达到多路复用的目的。这种多路复用技术称为时分多路复用，图3.2为基带信号的时分复用原理框图。图3.2基带信号时分复用原理3.3时分多路复用原理假设对30/32路中的5路PCM信号进行时分多路复用，系统框图及波形如图3.3和图3.3—1所示。各路信号首先通过相应的低通滤波器使之变为带线信号，然后送到抽样电子开关，电子开关每Ts秒将各路信号依次抽样一次，这样N个样值按先后顺序错开插入抽样间隔Ts，之内，最后得到的复用信号是N个抽样信号之和，其波形如图1.3所示。各路信号脉冲间隔为Ts，各路复用信号脉冲的间隔为Ts/N。由各个消息构成单一抽样的一组脉冲叫做一帧，一帧中相邻两个脉冲之间的时间间隔叫做时隙，未被抽样脉冲占用的时隙叫做保护时间。图3.3时分复用系统框图在接收端，合成的多路复用信号由与发送端同步的分路转换开关区分不同路的信号，把各路信号的抽样脉冲序列分离出来，再用低通滤波器恢复各路所用的信号。多路复用信号可以直接送到某些信道传输，或者经过调制变换成适合于某些信道传输的形式在进行传输。传输接收端的任务是将接收到的信号经过解调或经过适当的反变换后恢复出原始多路信号。（a）第一路波形（b）第二路波形（c）第三路波形（d）合成波形图3.3-1时分复用波形3.4时分复用帧结构帧结构的概念就是把多路话音数字码以及插入的各种标记按照一定的时间顺序排列的数字码流组合。我国采用的是30/32路PCM基群结构，即在传输数据时先传第1路信号，然后传第2路信号，第3路信号……直到传完第32路，再传第1路，第2路……如此循环下去。每一路信号占用的不同的时间位置，称为时隙，用TS0、TS1、TS2、……TS31来表示。其中TS0用于传输同步码、监视码、对端告警码组（简称对告码）；TS16用于传输信令码；TS1—TS15传前15个话路的话音数字码，TS17—TS31传输后15个话路的话音数字码，显然，在32个时隙中只有30个时隙用于传话音数字码，记作PCM30/32。将所用话路都抽样一次的时间叫帧长，也就是同一个话路抽样两次的时间间隔。因为每个话路的抽样频率是8000HZ，即每秒抽样8000次，所以两个抽样值之间的时间间隔是1/8000，等于125µs，这也就决定了帧长是125µs。由于编码需要时间，所以每个样值应达到一定的宽度，这个时间宽度就是时隙，即每个话路在一帧中所占的时间，等于3.91（125/32）µs，每个时隙的样值编8位码，因此，每位码占用的时间是0.448µs（3.91µѕ/8）.PCM30/32基群帧结构如图3.4：

图3.4PCM30/32基群帧结构3.530/32路中数字信号的选择现在需要同时传输三路信号利用pcm编码进行设计这个时分多路信号的传输。帧同步信号的频率为位同步信号的三十二分之一。时分复用输出信号每一帧由32位组成。因为每个话路的抽样频率是8000HZ，即每秒抽样8000次，则32话路的抽样频率是32*8000HZ。即每秒抽样32*8000次。抽样时间取决于该信号的长短，但相位不一样，则所选择的电路就错开了。30/32路中数字信号的选择如图3.5：图3.530/32路中数字信号的选择基于simulink30/32路中任意5路语音通信系统仿真线性调频信号发生器:仿真中任意选取五路信号分别为线性调频信号发生器:仿真中任意选取五路信号分别为350Hz~3000Hz,600Hz~2500Hz,500Hz~2600Hz,400Hz~2700Hz,700Hz~3200Hz,目标时间都取5000secs.低通滤波器:滤波器阶数低通滤波器:滤波器阶数都取8阶语音信号输入时，通带截止频率为3400Hz。解码后语音信号的输出经过的低通滤波器的通带截止频率分别为1800Hz，1700Hz，1600Hz，1600Hz，1500Hz。A律压缩与AA律压缩与A律扩展:峰值信号幅度都取1，且A=87.6。量化器:量化器:采样时间都取-1，量化间隔取1/128。编码器与解码器:都取一个字节编码器与解码器:都取一个字节8个字符。量化器:采样时间都取-1量化器:采样时间都取-1，量化间隔取1/128。量化器:采样时间都取-1，量化间隔取1/128。量化器:采样时间都取-1，量化间隔取1/128。脉冲抽样:解码前抽样信号幅度值都为脉冲抽样:解码前抽样信号幅度值都为1,周期为1/256000secs,占空比为50，相位延迟为0。选择数字信号的抽样信号幅度值不变，周期变为32/256000secs,占空比为100/32,相位延迟分别为2/256000secs，5/256000secs，10/256000secs，25/256000secs，30/256000secs。如图是部分解码前与选择数字信号的抽样脉冲信号的信息。4.2PCM编码与解码的仿真图4.1PCM编码与解码模块图4.1-1仿真过程中的波形语音信号通过低通滤波器滤去一些无用的高频分量,以及其他的一些杂散信号,再通过乘法器与脉冲信号进行抽样，再通过A律压缩，量化器，编码，图形向下移动128，再向上移动128，解码，A律扩展，最后再通过低通滤波器，从而得到仿真结果。如图4.1-1中原来信号的波形、编码后的波形、向下移动128的波形、向上移动128的波形及仿真最后结果的波形。4.330/32路中任意5路语音通信系统仿真实验中任意选取5路语音信号仿真，语音信号编码后通过脉冲信号选取所需的数字信号，即通过乘法器与脉冲信号相乘进行选择。则实验中选择所需的数字信号进行相加，再经过选取得到原来信号的数字信号从而进行解码得到原来的语音信号。图4.330/32路中任意5路语音通信系统仿真图4.3-130/32路中任意5路数字信号的选择图4.3-2任意2路语音信号仿真前后的波形对照图4.3-330/32路中任意5路语音信号仿真