基于Systemview的PCM时分复用多路系统的课程设计祥解

通信原理课程设计

学院: 信息科学与工程学院

班级: 通信11级

姓名:

学号:

指导老师：

济南大学

2013年 12月 25 日

通信原理课程设计

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基础。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，了解通信系统的新发展。

二、设计内容

基于Systemview的PCM时分复用多路系统设计

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。

三、设计内容

1、SystemView是一种电子仿真工具。它是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计和仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理，滤波器设计，直到复杂的通信系统等不同层次的设计，仿真要求。此外SystemView具有良好的交互界面，简单易学，通过分析窗口和示波器模拟等方法，提供了一个可视的仿真过程。本文主要阐述了如何利用SystemView设计PCM时分复用多路系统。通过仿真设计电路，分析电路仿真结果，为最终硬件实现提供理论依据。此外该软件支持外部数据的输入和输出，支持用户自己编写代码(C/C＋＋)，兼容Matlab软件。同时，提供了与硬件设计工具的接口，给使用者提供了很大的便利。

2、PCM 脉冲编码调制是Pulse Code Modulation的缩写，是数字通信的编码方式之一。模拟信号数字化必须经过三个过程，即抽样、量化和编码，PCM 编码的主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间根据抽样定理进行抽样,

使其离散化,同时将抽样值按四舍五入取整量化,同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值，以实现由模拟向数字的转换。1.抽样(Samping) 抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号，抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理。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。例如，话音信号带宽被限制在0.3～3.4kHz内，用8kHz的抽样频率，就可获得能取代原来连续话音信号的抽样信号。对一个正弦信号进行抽样获得的抽样信号是一个脉冲幅度调制（PAM）信号，再对抽样信号进行检波和平滑滤波，即可还原出原来的模拟信号。2.量化（quantizing）抽样信号虽然是时间轴上离散的信号，但仍然是模拟信号，其样值在一定的取值范围内，可有无限多个值。显然，对无限个样值一一给出数字码组来对应是不可能的。为了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法把样值分级“取整”，使一定取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值。这一过程称为量化。量化后的抽样信号与量化前的抽样信号相比较，当然有所失真，且不再是模拟信号。这种量化失真在接收端还原模拟信号时表现为噪声，并称为量化噪声。量化噪声的大小取决于把样值分级“取整”的方式，分的级数越多，即量化级差或间隔越小，量化噪声也越小。小信号量化技术要多，大信号量化级数要少，从而保持信噪比恒定。 3. 编码（Coding）量化后的抽样信号在一定的取值范围内仅有有限个可取的样值，且信号正、负幅度分布的对称性使正、负样值的个数相等，正、负向的量化级对称分布。若将有限个量化样值的绝对值从小到大依次排列，并对应地依次赋予一个十进制数字代码（例如，赋予样值0的十进制数字代码为0），在码前以“＋”、“－”号为前缀，来区分样值的正、负，则量化后的抽样信号就转化为按抽样时序排列的一串十进制数字码流，即十进制数字信号。简单高效的数据系统是二进制码系统，因此，应将十进制数字代码变换成二进制编码。根据十进制数字代码的总个数，可以确定所需二进制编码的位数，即字长。这种把量化的抽样信号变换成给定字长的二进制码流的过程称为编码。话音PCM的抽样频率为8kHz，每个量化样值对应一个8位二进制码，故话音数字编码信号的速率为8bits×8kHz＝64kb/s。量化噪声随量化级数的增多和级差的缩小而减小。量化级数增多即样值个数增多，就要求更长的二进制编码。因此，量化噪声随二

进制编码的位数增多而减小，即随数字编码信号的速率提高而减小。自然界中的声音非常复杂，波形极其复杂，通常我们采用的是脉冲代码调制编码，即PCM 编码。PCM通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码[2]。

3、System View 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，System View 在友好而且功能齐全的窗口环境下，为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。System View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System View，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。用户在进行系统设计时，只需从System View配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，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。

4.System View软件中重要元件简介

5.原理

PCM即脉冲编码调制，在通信系统中完成将语音信号数字化功能。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。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1。

图3.1 PCM原理框图

下面将简单介绍PCM编码中抽样、量化及编码的原理：

(a) 抽样

所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，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。