单路语音数字通信系统设计

湖南工程学院

课程设计

课程名称通信原理

课题名称单路语音数字通信系统设计

专业电子科学与技术

班级

学号

姓名

指导教师

2011年12 月7日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称通信原理

题目单路数字语音通信系统的设计

专业班级

学生姓名学号：

指导老师

审批

任务书下达日期2011年11月28日

设计完成日期2011年12月9日

目录

一.系统概述­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­1

1.1总体框架和原理­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­1

1.2 2FSK调制和解调原理­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­2

①调制部分­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­2

②解调部分­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­3

二．各单元电路设计­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­4

2.1语音信号采集模块­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­4

2.2 AD采样电路­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­7

2.3 2FSK调制电路­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­8

2FSK调制与解调的基本原理­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­8

2FSK调制与解调的原理框图­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­8

2.4. 2FSK解调­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­11

(a)带通滤波器­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­11

(b)包络检波器和抽样判决器­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­11

2.5 串行转并行和DA转换电路­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­12三．课程设计总结­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­13

四.参考文献­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­14

五.附录­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­15

一．系统概述：

1.1总体框架和原理：

要实现单路数字语音的通信，首先把模拟语音信号通过抽样、量化、编码转变为数字信号，编码后再经过调制，将数字信号转化成模拟信号，再将其解调，则模拟信号解调成数字信号，再让数字信号通过解码转变为模拟信号，该过程即完成了单路数字语音的通信系统。其原理框图如下所示：

语音信号

图1-1 单路数字语音通信系统原理框图

在量化时可以采用均匀量化，也可以采用非均匀量化，均匀量化是在抽样信号的取值范围内均匀划分量化等级的量化方法。它产生的量化噪声也是均匀的，与信号在取样点的幅度无关。因此，均匀量化会出现话音弱时的信噪比低、干扰大，而话音强时的信噪比高、干扰小的反常情况。故本次课程设计采用非均匀量化。非均匀量化的具体办法是压缩、扩张法，即在发送端对抽样信号先进行压缩处理再均匀量化，压缩器特性曲线在小信号时的斜率大，大信号时的斜率小，使抽样信号的小样值部分被充分放大，大样值部分被适当压缩。被压缩的抽样信号虽然再经过均匀量化，但在接收端，解码后的被压缩量化抽样信号之量化信噪比却得到了均衡，故能在较高的信噪比下，用与压缩器特性正好相反的扩张器恢复被压缩抽样信号的本来面目。

调制与解调有ASK，FSK，PSK和DPSK这四种基本的解调方法。

在这里采用开关法对信号进行调制，用2FSK非相干解调法（包络检波法）。

开关法是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的震荡作为输出。而对包络检波法，其判决准则是比较两个支路信号的大小，若支路上的信号包络较大，则判为收到“1”，反之则判为“0”。

1.2. 2FSK调制和解调原理

本课程设计采用2FSK方式进行调制通信编码。

2FSK系统分调制和解调两部分。

①调制部分

2FSK信号的产生方法主要有两种。第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，如(a)图所示，使其能够输出两个不同频率的码元。第二种方法是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出，如(b)图所示。这两种方法产生的2FSK信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK信号，在相邻码元之间的相位是连续的，如(c)图所示；而开关法产生的2FSK信号，则分别由两个独立的频率源产生不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续，如(d)图所示。本次设计用键控法实现2FSK信号。

图1-2调制原理

(c)相位连续 (d)相位不连续

图1-3波形设置

②解调部分

2FSK 信号的接收主要分为相干和非相干接收两类，本次设计采用非相干法(即包络解调法)，其方框图如下。用两个窄带的分路滤波器分别滤出频率为1f 和2f 的高频脉冲，经过包络检波后分别取出它们的包络。把两路输出同时送到抽样判决器进行比较，从而判决输出基带数字信号。 2FSK

n(t)

图1-4 FSK 信号包络解调方框图

设频率1f 代表数字信号1；2f 代表数字信号0，则抽样判决器的判决准则：

式中x1和x2分别为抽样判决时刻两个包络检波器的输出值。这里的抽样判决器，要比较x1、x2的大小，或者说把差值x1-x2与零电平比较。因此，有时称这种比较判决器的判决电平为零电平。

当FSK 信号为1f 时，上支路相当于接收“1”码的情况，其输出x1为正弦波加窄带高斯噪声的包络，它服从莱斯分布。而下支路相当于接收“0”码的情况，输出x2为窄带高斯噪声的包络，它服从瑞利分布。如果带通f1滤波器 带通f2滤波器 包络检波器包络检波器 抽样判决器