通信原理课程设计--luoll

河 南 农 业 大 学

通信原理课程设计 题 目： 模拟信号的数字化 班 级： 08电信(2)班 学生姓名： 罗练练 学 号： 0804101048 指导教师： 季宝杰 完成日期： 2011.6.20

机 电 工 程 学 院

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一、设计题目：

模拟信号的数字化

二、设计目的:

1、掌握使用matlab语言及其工具箱进行基本新信号分析与处理。 2、用matlab和simulink设计一个通信系统，加深对通信原理基本原理和

matlab所用技术的理解。

3、提高和挖掘学生将所学知识与实际应用相结合的能力， 4、培养学生的合作精神和独立分析问题的和解决问题的能力， 5、提高学生科技论文的写作水平

三、实验原理：

基带信号的采样定理是指，对于一个频谱宽度为B Hz的基带信号，可惟一地被均匀间隔不大于1/(2B)秒的样值序列所确定。采样定理表明，如果以不小于1/(2B)次/秒的速率对基带模拟信号均匀采样，那么所得到样值序列就包含了基带信号的全部信息，这时对该序列可以无失真地重建对应的基带模拟信号。例如，电话话音信号的最高频率为3400Hz，为了保证无失真采样，对其进行采样的最低速率必须大于等于6800次/秒，考虑到实际低通滤波器的非理想特性，数字电话通信系统中规定采样率为8000次/秒。

模拟信号的数字化也可简单地理解为模数转换，即首先对输入的模拟信号进行采样，然后对采样结果进行幅度离散化（量化）并编码为字符串，一般输出为二进制序列。

为了保证在足够大的动态范围内数字电话话音具有足够高的信噪比，提出了非均匀量化：在小信号时采用较小的量化间距，而在大信号时用大的量化间距。在数学上，非均匀量化等价于对输入信号进行动态范围压缩后再进行均匀量化。小信号通过压缩器时增益大，大信号通过压缩器时增益小。这样就使小信号在均匀量化之前得到较大的放大，等价于以较小间距直接对小信号进行量化，而以较大间距对大信号进行量化。在接收端要进行相应的反变换，即扩张处理，以补偿压缩过程引起的信号非线性失真。中国和欧洲的PCM数字电话系统采用A律压扩方式，即：

?Ax　　??1?lnAy?? (2-1)

sgn(x)?(1?lnAx)??1?lnA压缩系数A=87.6。

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A律压缩扩张曲线可用折线来近似，16段折线点是：

x=[-1,-1/2,-1/4,-1/8,-1/16,-1/32,-1/64,-1/128,0,1/128, 1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1]y=[-1,-7/8,-6/8,-5/8,-4/8,-3/8,-2/8,-1/8,0,1/8, 2/8,3/8,4/8,5/8,6/8,7/8,1]

其中靠近原点的4根折线斜率相等，可视为一段，因此总折线数为13段，称为13段折线近似。用Simulink中的Look-Up Table查表模块可以实现对13折线近似的压缩扩张计算的建模，压缩模块的输入向量设置为：

[-1,-1/2,-1/4,-1/8,-1/16,-1/32,-1/64,-1/128,0,1/128, 1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1]

输出量向量设置为：[-1:1/8:1]。

扩张模块的设置与压缩模块的设置相反。

四、设计任务与步骤：

（一） 设计一个13折线近似的PCM编码器。使它能够对取舍在[-1,1]内归一化信号样值进行编码。

PCM是脉冲编码调制的简称，是现代数字电话系统的标准语音编码方式。A律PCM数字电话系统中规定：传输语音的信号频段为300~3400Hz，采样率为8000次/s，对样值进行13折线压缩后编码为8位二数字序列。因此，PCM编码输出的数码速率为64kbps。

PCM编码的二进制序列中，每个样值用8位二进制码表示，其中最高比特位表示样值的正负极性，规定负值用0表示，正值用1表示。接下来的3位比特表示样值的绝对值所在的8段折线的段落号，最后4位是样值处于段落内16个均匀间隔上的间隔序号。在数学上，PCM编码较低的7位相当于对样值的绝对值进行13折线近似压缩后的7位均匀量化编码输出。

测试模型和仿真结果如图所示。其中信号源用一个常数表示。以Saturation作为限幅器，Relay模块的门限设置为0，其输出即可作为PCM编码输出的最高位，即确定极性码。样值取绝对值后，以Look-Up Table(查表)模块进行13折线压缩，并用增益模块将样值范围放大到0~127，然后用间距为1的Quantizer模块进行四舍五入取整量化，并用Integer to Bit Converter将整数转换成长度为8个比特的二进制数据，最后用Display模块显示编码结果。将PCM编码器封装成一个子系统，整个文件模型保存为ex2_1.mdl。

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图 2-1 13折线A率编码器

信号源常数可以设置为—1到1之间任意数，对应的编码结果就会随之变化。 Saturation模块参数设置：upper limit 1,lower limit:-1

重点是Lookup Table模块要根据A律压缩扩张曲线的16段折线点来设置参数，由于我们之前加入了一个求绝对值模块，所以这里应该舍去负数取值部分：

Vector of input values: [0,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1] Vector of output values: [0:1/8:1]

增益模块系数可以设置为127;更多参数设置依照设计说明。 （二） 设计一个对应上面编码器的PCM解码器。

其中PCM编码子系统就是图2-1中已编好部分。可以应用建立子模块调用，直接运用于PCM解码器。PCM解码器中首先分离并行数据中的最位(极性码)和7位数据，然后将7位数据转换为整数值，再进行归一化、扩张后与双极性的极性码相乘得出解码值。将该模型中的部分封装为一个PCM解码子系统。整个文件模型保存为ex2_2.mdl。

图2-2 13折线A律解码器

此任务过程中应学会子模块建立，调用和使用。相关参数设置可以参照第一个任务。很多设置是正好相反的。比如增益模块系数设为1/127。Display模块Decimation参数设为1而第一任务中设为了8.这与要显示的数据有关。Lookup Table模块参数设置为：

Vector of output values: [0,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1]

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Vector of input values: [0:1/8:1] 举几个例子如下：

第二个任务也基本可以实现。

（三） 在以上编码器和解码器的基础上，建立PCM串行传输模式，并在传输信道中加入指定错误概率的随机误码。

仿真模型如图2-3所示，其中PCM编码和解码子系统内部结构参见图2-1和图2-2。加入正弦信号，PCM编码输出经过并串转换后得到二进制码流送入二进制对称信道。在解码端信道输出的码流经过串并转换后送入PCM编码，通过低通滤波器后输出解码结果并显示波形。文件模型保存为ex2_3.mdl。

其实发现用Analog Filter Design低通滤波器容易出现问题比如:

The \ariableStepDiscrete\solver cannot be used to simulate block diagram 'ex2_3' because it contains continuous states.

图2-3 PCM串行传输模型 不如用万能数字滤波器,如下

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7wut.html