基于Systemview的PCM时分复用多路系统设计
两路语音PCM时分复用系统的设计
摘要数字通信系统是采用数字信号来传递信息的通信系统,数字通信过程中主要涉及信源编码与译码、信道编码与译码、数字调制与解调等技术问题。
而脉冲编码调制就是一种常用的信源编码方法,将模拟信号抽样、量化,直到转换成为二进制符号的基本过程。
为了扩大通信系统链路的容量,在一条链路上传输多路独立的信号,为此引入了一种复用技术来实现多路信号共同传输的目的。
而在本系统设计中,所运用的复用技术是时分复用,同时基于现场可编程门阵列器件作为主控芯片,在Quartus II软件中使用硬件描述语言Verilog HDL编写PCM编译码和时分复用模块的程序,再对其进行波形仿真以验证程序的正确性,从而设计出语音信号的PCM编码与译码、时分复用的过程。
本设计中,将两路语音信号通过外围硬件电路模块送至FPGA中进行PCM编码、译码处理,最后通过后级外围电路实现语音信号的重现。
关键词:语音脉冲编码调制时分复用FPGADesign of Two-way V oice PCM Systemby Time Division MultiplexingABSTRACT A digital communication system is a communication system that transmit information by using digital signal, and digital communication mainly relates to the source coding and decoding, channel coding and decoding, digital modulation and demodulation technology. Pulse code modulation is a common source coding, and it is that the analog signal sampling ,quantization ,until the transformation become the basic process of binary symbols. In order to expand the capacity of communication link system ,a transmission of multiple independent signal on a link, therefore introduction of a division multiplexing technology to achieve the purpose of multiplexing.In this system design, we use a time division multiplexing technology, and based on the Field Programmable Gate Array, using Verilog HDL hardware description language to write PCM encoding and decoding and time division multiplexing module in Quartus II, then Waveform simulation to verify the correctness of the program, thus design a voice signal process of PCM encoding and decoding, time division multiplexing. In this system design, The two-way voice signal through the peripheral hardware circuit module is sent to the FPGA for PCM encoding and decoding, finally to achieve reproducible speech signal through the peripheral circuit. Key Words:V oice Pulse code modulation Time division multiplexing FPGA目录摘要 (I)ABSTRACT........................................................... I I 目录1 引言 (1)1.1 选题背景与意义 (1)1.2 QuartusⅡ软件 (2)1.3 FPGA的介绍 (3)1.4 本文内容简介 (4)1.5 实施过程简介 (4)1.6 设计结果简介 (4)2 基本原理介绍 (5)2.1 模拟信号的数字化 (5)2.1.1 采样定理 (5)2.1.2 量化原理 (5)2.1.3 A律13折线 (5)2.2 脉冲编码调制 (7)2.3 时分复用技术 (9)2.4 PCM一次群帧结构 (10)3 系统设计介绍 (11)3.1 总体框图 (11)3.2 外围硬件电路的介绍 (12)3.2.1 拾音电路 (12)3.2.2 仪用放大器 (12)3.2.3 带通滤波器 (13)3.2.4 抬升电路 (13)3.2.5 A/D转换电路 (14)3.2.6 D/A转换电路 (14)3.2.7 功率放大器 (15)3.3 基于FPGA的模块设计 (16)3.3.1 系统时钟的设计 (16)3.3.2 前端模块设计 (16)3.3.3 后级模块设计 (18)3.3.4 同步时钟的提取 (20)3.3.5 整体FPGA系统原理框图 (20)4 设计的结果 (21)致谢 (22)参考文献 (22)附录 (23)1 系统实物图 (23)2 FPGA中主要模块程序 (24)1 引言1.1 选题背景与意义在当今信息化极其高度的社会,信息和通信已经与现代社会的发展密不可分。
通信原理课程设计---基于Sysyemview的PCM时分复用多路系统设计
通信原理课程设计学院: 信息科学与工程学院班级: 通信0903姓名:学号:指导老师:课程设计任务书课程设计题目:基于Sysyemview的PCM时分复用多路系统设计课程设计内容与要求:(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。
1 .PCM实验原理脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的基本方法之一,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,然后在信道中进行传输。
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),进行脉冲抽样,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”办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。
2 .时分复用原理时分复用就是将抽样周期分成若干个时隙,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。
在现代交换机之间往往采用数字中继传输方式,将多路信号复接为一个基群,如我国采用的E制:基群传输数率为2048Kb/s。
时分复用设备主要由复接器和分接器组成,示意图见图6,其中复接器完成时分复用功能,复接器完成解时分复用功能。
基于Systemview软件实现的一种设计时分复用实现3.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(见图11),经过PCM编码后时分复用传输再经过解时分复用PCM译码后的信号与原始语音信号对比,波形失真小,但是有一定的延迟。
pcm编码时分复用课程设计
pcm编码时分复用课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解PCM编码的基本原理,掌握其采样、量化和编码的过程。
2. 学生能了解时分复用的概念,掌握其在通信系统中的应用。
3. 学生能运用所学知识分析PCM编码时分复用在实际通信系统中的作用。
技能目标:1. 学生能运用PCM编码方法对模拟信号进行数字化处理。
2. 学生能通过时分复用技术实现多路信号的传输与解复用。
3. 学生能运用相关软件或工具进行PCM编码时分复用的模拟与测试。
情感态度价值观目标:1. 学生培养对通信技术的兴趣,提高对信息科学领域的认识。
2. 学生培养团队协作意识,提高沟通与表达能力。
3. 学生认识到通信技术在现代社会中的重要性,增强社会责任感。
课程性质:本课程为电子信息类学科的基础课程,旨在帮助学生掌握PCM编码和时分复用技术的基本原理和应用。
学生特点:学生为高中二年级学生,具备一定的物理和数学基础,对通信技术有一定了解。
教学要求:结合学生特点,注重理论与实践相结合,提高学生的动手能力和实际问题解决能力。
通过课程学习,使学生能够将所学知识应用于实际通信系统,为后续相关课程打下坚实基础。
教学过程中,注重激发学生的学习兴趣,培养其科学精神和创新意识。
二、教学内容1. PCM编码原理- 采样定理与信号重建- 量化原理与量化误差- 编码方法及其在通信系统中的应用2. 时分复用技术- 时分复用的基本概念- 多路信号时分复用的实现方法- 时分复用在通信系统中的应用案例分析3. PCM编码与时分复用的结合- PCM编码在时分复用中的应用原理- PCM时分复用系统的构建与性能分析- PCM时分复用在现代通信系统中的实例教学大纲:第一周:PCM编码原理学习,包括采样定理、量化原理和编码方法。
第二周:时分复用技术学习,重点掌握时分复用的基本概念和实现方法。
第三周:结合教材案例分析,深入理解PCM编码与时分复用的结合。
第四周:实践操作,运用软件或工具进行PCM编码时分复用的模拟与测试。
PCM系统时分多路复用
电话通信系统
一、语音信号的数字化变换
语音信号经PCM通信系统变成数字信号 1.语音信号的抽样速率为8KHz 2.语音信号的量化采用A率非均匀量化 3.语音信号的编码采用8位折叠二进制编码---在用户电路中实现 4.多路语音信号常用TDM方式进行复用
* 30/32路PCM系统的帧结构
32时隙,256bit,125us
(二)语音信号的数字化
1. 抽样:遵循抽样定理,将时间上的连续变为离散(PAM) * 抽样定理:fs(抽样速率) ≥ 2fm(信号最高频率) 语音信号:300-3400Hz fs ≥ 6800Hz 取 8000Hz 周期T = 1/8000 = 125us
思考:一信号频率范围2Hz –5KHz,若对此信号抽样, 求抽样速率和周期。
三阶高密度双极性码(HDB3)
是AMI码改进型,克服了连“0”码多时丢失定时信息的缺点,是CCITT推 荐使用的码型之一。
编码规则: 1. 先编成AMI码,检查代码连“0” 情况,若连“0”数< 4个,编码完毕 2. 若连“0”数≥ 4个
①代码中的“1”称为信码B,并用B+、B-表示 ②将连“0”按4个分组,将“0000”用“000V”取代,
模 拟 信 号
3.7
2.7
PAM
0.3
-0.3 -1.8
-2.6
2. 量化:用有限个电平来表示抽样信号,变幅度上的连续为离散
3.7 4 2.7 3
0.3 0
-0.3 0
-1.8 -2
-2.6 -3
* 均匀量化:将输入信号的取值按等距离分割,四舍五入法 * 量化误差:由量化引起的误差
* 非均匀量化:根据信号的不同区间来确定量化间隔 * 压缩与扩张技术
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。
pcm时分多路复用通信系统收段低通滤波器用于重建原始信号
pcm时分多路复用通信系统收段低通滤波器用于重建原始信号1.引言概述部分的内容可以包括对PCM时分多路复用通信系统以及收段低通滤波器用于重建原始信号的简要介绍。
1.1 概述PCM时分多路复用通信系统是一种常用的数字通信系统,它通过对待发送的原始信号进行采样和量化,并利用时分复用技术将多路信号分时并行传输,以实现高效的数据传输和通信。
在PCM系统中,原始信号被采样为一系列脉冲编码调制(PCM)样本,这些采样样本代表了原始信号的离散数值。
为了还原原始信号,接收端需要进行解调和重建。
收段低通滤波器是用于接收端的重建过程中的一个重要模块。
它的主要作用是滤除传输过程中可能引入的噪声和失真,保持原始信号的完整性和准确性。
本文将探讨如何利用收段低通滤波器来重建原始信号,并分析其在PCM时分多路复用通信系统中的应用。
通过研究和实验,我们将验证收段低通滤波器在提高系统性能和信号质量方面的效果,为进一步优化通信系统提供了有价值的参考。
1.2文章结构文章结构部分的内容如下:1.2 文章结构本文将按照以下结构进行讨论:第一部分为引言部分,介绍了pcm时分多路复用通信系统以及收段低通滤波器的重要性和应用。
在引言的概述中,阐述了pcm时分多路复用通信系统的基本原理和工作原理。
随后,介绍了本文的目的,即通过收段低通滤波器来重建原始信号。
接下来,本文将进入正文部分。
第二部分为正文部分,将详细探讨pcm时分多路复用通信系统和收段低通滤波器的原理和应用。
在2.1节,将介绍pcm时分多路复用通信系统的基本原理和工作流程,以及其在通信领域的应用。
在2.2节中,将详细介绍收段低通滤波器的工作原理和作用,以及其在重建原始信号中的应用。
通过对这两部分的论述,读者将了解到pcm时分多路复用通信系统和收段低通滤波器的相关知识和技术。
第三部分为结论部分,对本文进行总结和展望。
在3.1节中,将对本文讨论的内容进行总结,概括出论文的主要观点和结论。
在3.2节中,将展望未来对于pcm时分多路复用通信系统和收段低通滤波器的研究方向和应用前景,为读者提供一个未来发展的思路。
4.时分多路复用PCM_标准实验报告
实验十三时分多路复用PCM实验【实验内容】1.脉冲编码调制(PCM)及系统实验2.PCM编码时分多路复用时序分析实验【实验目的】1.加深对PCM编码过程的理解。
2.掌握时分多路复用的工作过程。
3.了解PCM系统的工作过程。
【实验环境】1.分组实验:两人一组或单人2.设备:通信实验箱,数字存储示波器【实验原理】1.PCM基本工作原理脉冲编码调制(PCM)是把一个时间连续、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后在信道中传输。
脉冲编码调制包括三个步骤,对模拟信号先抽样,再对样值幅度量化、编码的过程。
抽样:要使模拟信号数字化并实现时分多路复用,首先要在时间上对模拟信号进行离散化处理,这一过程叫抽样。
所谓抽样就是每隔一定的时间间隔T,抽取话音信号的一个瞬时幅度值(抽样值),抽样后所得出的一系列在时间上离散的抽样值称为样值序列。
抽样后的样值序列在时间上是离散的,可进行时分多路复用,也可将各个抽样值经过量化、编码变换成二进制数字信号。
量化:抽样把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号,但脉冲的幅度仍然是模拟的,还必须进行离散化处理,才能最终用数码来表示。
这就要对幅值进行舍零取整的处理,这个过程称为量化。
量化有均匀量化和非均匀量化。
采用均匀间隔量化级进行量化的方法称为均匀量化或线性量化,这种量化方式会造成大信号时信噪比有余而小信号时信噪比不足的缺点。
如果使小信号时量化级间宽度小些,而大信号时量化级间宽度大些,就可以使小信号时和大信号时的信噪比趋于一致。
这种非均匀量化级的安排称为非均匀量化或非线性量化。
目前国际上普遍采用容易实现的A律13折线压扩特性和μ律15折线的压扩特性。
我国规定采用A律13折线压扩特性。
采用13折线压扩特性后小信号时量化信噪比的改善量可达24dB,而这是靠牺牲大信号量化信噪比(亏损12dB)换来的。
A律和μ律的压扩特性如下图所示:编码:抽样、量化后的信号还不是数字信号,需要把它转换成数字编码脉冲,这一过程称为编码。
基于Systemview的PCM时分复用多路系统设计
通信原理课程设计学院: 信息学院班级: 通信0902 姓名: 范浩学号: 20091221060指导老师:魏长智济南大学2011年12月30日课程设计任务书课程设计题目:基于Systemview的PCM时分复用多路系统设计课程设计内容与要求:(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。
第1章绪论1.1 研究背景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S ystemView 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。
1.2 PCM 简介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),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。
第4章-时分多路复用及PCM3032路系统.
T 所允许的时间间隔(tC= )。 n
tC 位时隙:1位码占用的时间(tB= )。 l
4.1.3 时分多路复用系统中的 位同步
数字通信的同步是指收发两端的设备 在时间上协调一致的工作,也称为定时。
为了保证在接收端能正确地接收或者 能正确的区分每一路话音信号,时分多路 复用系统中的收端和发端要做到同步,这 种同步主要包括位同步(即时钟同步)和 帧同步。
所谓帧同步码插入的方式是指在发送 端同步码是怎样与信息码合成的。通常有 两种插入方式: 分散插入:r位同步码组分散地插入到 信息码流中。
集中插入:r位同步码组以集中的形式 插入到信息码流中。 ③ 帧同步码的识别检出方式 ④ 同步捕捉方式
4.2 PCM30/32路系统
第一节介绍的是时分多路复用通信的 基本概念和原理,本节将具体介绍 PCM30/32l路系统,这里复用的路数n=32, 其中话路数为30。
图4-3 PCM时分多路复用通信系统的构成
以上是以3路话音信号为例作了一般的 介绍。在实际应用中,复用路数是n路,如 PCM30/32,PCM24系统,其道理是一样 的。
这里有几个基本概念: 帧:抽样时各路信号每轮一次的总时 间(即开关旋转一周的时间),也就是一 个抽样周期(tF=T)。
路时隙:是和路的PAM信号每个样值
4.1 时分多路复用通信
4.1.1 时分多路复用的概念
1. 多路复用的概念
为了提高通信信道的利用率,使信号 沿同一信道传输而不互相干扰,这种通信 方式称为多路复用。时分多路通信方式用 于数字通信,例如PCM通信。
2. 时分多路复用的概念
所谓时分多路复用(即时分制)是利 用各路信号在信道上占有不同的时间间隔 的特征来分开各路信号的。具体来说,将 时间分成为均匀的时间间隔,将各路信号 的传输时间分配在不同的时间间隔内,以 达到互相分开的目的,如图4-1所示。
时分多路复用及PCM30+32路系统
图4-9 PCM30/32路系统帧结构
(1) 30个话路时隙: TS1~TS15,TS17~TS31 (2) 帧同步时隙: TS0 (3) 信令与复帧同步时隙: TS16
标准数据
帧周期 125s 帧长度32×8=256比特(l=8) 路时隙 tc 3.91s 位时隙 t B 0.488s 数码率 f B 2048kbit / s
2.
PCM复用系统为了完成帧同步功能, 在接收端还需要有两种装置:一是同步码 识别装置,二是调整装置。同步码识别装 置用来识别接收的PCM信号序列中的同步 标志码位置;调整装置的作用就是当收、 发两端同步标志码位置不对应时,对收端 进行调整以使其两者位置相对应。这些装 置统称为帧同步电路。
3. 帧同步系统中的保护电路
三、 时分多路复用系统中的
位同步
数字通信的同步是指收发两端的设备在 指定的时间协调一致地工作,也称为定时。 同步主要包括位同步和帧同步。 位同步就是码元同步。 所谓时钟同步是使收端的时钟频率与发 端的时钟频率相同。
四、 时分多路复用系统
中的帧同步 1. 帧同步的概念
帧同步的目的是要求收端与发端 相应的话路在时间上要对准,就是要 从收到的信码流中分辨出哪8位是一个 样值的码字,以便正确地解码;还要 能分辨出这8位码是哪一个话路的,以 便正确分路。
b.比较时标Pc 在帧同步时,Pc=偶帧· TS0· D8· CP,即 在偶帧TS0D8时间产生Pc。
c.监视码时标Pm
② 帧同步码的检出
检出电路由8级移位寄存器与 检出门组成。
③ 前、后方保护与捕捉
系统是否同步,采用比较时标 Pc与帧同步时标Ps在时间上进行比较 的方法。
图4-17 帧同步码组检出
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。
二.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。
基于System View 的脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真
目录摘要............................................... 错误!未定义书签。
第1章绪论........................................ 错误!未定义书签。
1.1 引言........................................ 错误!未定义书签。
1.2 PCM简介.................................... 错误!未定义书签。
1.3 System View 软件的简介...................... 错误!未定义书签。
1.3.1 System View软件中重要元件简介 ......................错误!未定义书签。
第2章PCM编码系统介绍....................................... 错误!未定义书签。
2.1 信号源子系统的组成.......................... 错误!未定义书签。
2.2 PCM编码器模块.............................. 错误!未定义书签。
2.2.1 PCM编码器组件功能实现................. 错误!未定义书签。
2.3 PCM译码器模块............................. 错误!未定义书签。
第3章系统仿真.................................... 错误!未定义书签。
3.1 系统仿真模型................................ 错误!未定义书签。
3.2 系统仿真波形................................ 错误!未定义书签。
第4章设计过程解决的问题.......................... 错误!未定义书签。
第5章设计结束后心得体会.......................... 错误!未定义书签。
基于systemview的PCM时分复用系统的设计与制作
基于system view的PCM时分复用系统的设计与制作前言在通信原理的学习过程中,借助于System View软件,可以形象、直观、方便地进行通信系统仿真设计与仿真分析。
引入System View仿真实现PCM通信系统,将带来直观、形象的感受。
加深对通信系统的理解。
System View主要用于电路与通信系统的设计和仿真。
具有良好的交互的界面,通过打开其分析窗口和示波器模拟等方法,为用户提供了一个可视化具体的的仿真过程,其可以实现复杂的模拟、数字及数模混合电路及各种速率系统,并提供了内容丰富的基本库图示和专业库图示。
可以快速、有效的建立和修改系统、进行访问与参数的调整,方便地加入注释。
用户在进行通信系统的设计时,仅仅只需要从System view配置的图示库中调出有关图示并进行所要求的参数设置,完成图示间的各项连线,然后运行仿真操作,System View最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析的详细结果。
System View被广泛的应用在通信的设计与仿真中,通过相应的设计与仿真将展示PCM通信系统实现的设计思路及具体过程,并对仿真结果加以进行分析。
1 PCM通信系统PCM通信系统包括对信号的抽样、PCM编码(包括量化、非均匀量化编码)、调制、通道编码以及通过传输后在接收端进行的信道译码、解调、译码。
PCM,中文名称为脉码调制,60年代它就开始应用在市内电话网来扩充信道的容量,它的应用使已有音频电缆的大部分芯线的信道传输容量扩大了二十四至四十八倍。
它由A.里弗斯在1937年时提出的,它为数字通信奠定了坚实的基础,到70年代的中、末期,世界各个国家相继把脉码调制成功地应用于卫星通信、同轴电缆通信和光纤通信等中、大容量传输系统。
到80年代初,脉码调制已用于大容量干线传输和市话中继传输以及数字程控交换机,并在用户话机中采用此种技术。
PCM通信系统的主要优点有:传输性能比较稳定、远距离信号再生中继时噪声不会出现累积、抗干扰性能力强,而且还可以使用保密编码、纠错编码和压缩编码等来提高系统的可靠性、保密性、有效性等。
时分多路复用及PCM路系统
12/51
位同步示意图
13/51 要真正恢复数字信号必须进行整形判决,这就要求本地码元 定时与发送端定时脉冲的重复频率相等,而且判决时刻必须在 最佳点以保证对输入信号的最佳取样进行判决。如图所示
发端 1 0 1 (a) 1 0 1
信道
收端
发端 1 0 1 (b) 1 0 1
× 信道 收端
0 0 1 1 1 1 ×
7/51
4.1.2 PCM时分多路通信系统的组成
以3路复用为例,说明PCM时分多路通信系统的组成。
低通 滤波 1 2 3 LP1 LP2 LP2 抽样 合路 m1(t) m1s(t) sT1(t) m2(t) m2s(t) m3(t) sT2(t) m3s(t) sT3(t) 量 化 信道 解 编 码 码 分路 m1s(t) sT1(t) m2s(t) 低通 滤波 LP1 LP2 LP2 m'1(t) m'2(t) m'3(t)
s(f)
s(f)
0
fb (a)
2 fb
f
0
fb/2 (b)
fb
3fb/2
f
图 导频插入频谱
接收信号 解调 数字基带信号 相减 数字信号
窄带滤波
限幅
锁相环
移相
位同步信号
图 插入导频的提取
自同步法
信号 输入 放大 限幅 a 微分 整流 b 窄带 滤波 c 移 相 脉冲 形成 d 位同步 信号输出 2PSK 包络检波 窄带滤波 脉冲形成
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位同步
在数据通信中最基本的同步方式就是"位同步"(bit synchronization)或比特同步。比特是数据传输的 最小单位。位同步(比特同步)是指接收端时钟 已经调整到和发送端时钟完全一样,因此接收端 收到比特流后,就能够在每一位的中间位置进行 判决(如下图所示)。位同步(比特同步)的目 的是为了将发送端发送的每一个比特都正确地接 收下来。这就要在正确的时刻(通常就是在每一 位的中间位置)对收到的电平根据事先已约定好 的规则进行判决。例如,电平若超过一定数值则 为1,否则为0。
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通信原理课程设计学院: 信息学院班级: 通信0902 姓名: 范浩学号: 20091221060指导老师:魏长智济南大学2011年12月30日课程设计任务书课程设计题目:基于Systemview的PCM时分复用多路系统设计课程设计内容与要求:(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。
第1章绪论1.1 研究背景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S ystemView 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。
1.2 PCM 简介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),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]。
1.3 System View软件简介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。
1.3.1 System View软件中重要元件简介第2章 PCM 编码系统设计原理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。
(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。
如图2所示,量化器Q 输出L 个量化值k y ,k=1,2,3,…,L 。
k y 常称为重建电平或量化电平。
当量化器输入信号幅度x 落在k x 与1+k x 之间时,量化器输出电平为k y 。
这个量化过程可以表达为:{}1(),1,2,3,,k k k y Q x Q x x x y k L +==<≤==这里称为分层电平或判决阈值。
通常k k k x x -=∆+1称为量化间隔。
图3.2 模拟信号的量化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()m t 较小时,则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达到给定的要求。
通常,把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围,可见,均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。
为了克服这个缺点,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v ∆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基本上与信号抽样值成比例。
因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同,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行均匀量化。
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μ压缩律和A 压缩律。
美国采用μ压缩律,我国和欧洲各国均采用A 压缩律,因此,PCM 编码方式采用的也是A 压缩律。
所谓A 压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律:AX A Ax y 10,ln 1≤<+= 11,ln 1ln 1<≤++=X AA Ax yA律压扩特性是连续曲线,A值不同压扩特性亦不同,在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。
实际中,往往都采用近似于A律函数规律的13折线(A=87.6)的压扩特性。
这样,它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点,又便于用数字电图3.3 A律函数13折线路实现,本设计中所用到的PCM编码正是采用这种压扩特性来进行编码的。
图3示出了这种压扩特性。
表1列出了13折线时的x值与计算x值的比较。
表3.1 13折线时的x值与计算x值的比较表1中第二行的x 值是根据6.87=A 时计算得到的,第三行的x 值是13折线分段时的值。
可见,13折线各段落的分界点与6.87=A 曲线十分逼近,同时x 按2的幂次分割有利于数字化。
(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差错控制编码和译码是完全不同的,前者是属于信源编码的范畴。
在现有的编码方法中,若按编码的速度来分,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:逐次比较型、折叠级联型、混合型。
在逐次比较型编码方式中,无论采用几位码,一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。
下面结合13折线的量化来加以说明。
表3.2 段落码 表3.3 段内码在13折线法中,无论输入信号是正是负,均按8段折线(8个段落)进行编码。
若用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值,其中用第一位表示量化值的极性,其余七位(第二位至第八位)则表示抽样量化值的绝对大小。
具体的做法是:用第二至第四位表示段落码,它的8种可能状态来分别代表8个段落的起点电平。
其它四位表示段内码,它的16种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。
这样处理的结果,8个段落被划分成27=128个量化级。
段落码和8个段落之间的关系如表2所示;段内码与16个量化级之间的关系见表3。
PCM编译码器的实现可以借鉴单片PCM编码器集成芯片,如:TP3067A、CD22357等。
单芯片工作时只需给出外围的时序电路即可实现,考虑到实现细节,仿真时将PCM编译码器分为编码器和译码器模块分别实现。
3.1、信号源系统的组成由两个幅度相同、频率不同的高斯白噪声通过低通滤波器后分为两路信号合成,如图4图3.4 信号源子系统的组成3.2、PCM编码器模块PCM编码器模块主要由信号瞬时压缩器、量化编码器实现模型如下图5所示:图3.5 PCM编码器模块信源信号经过瞬时压缩器实现A律压缩后再进行均匀量化,实现抽样量3.3、PCM编码器组件功能实现瞬时压缩器:瞬时压缩器(图符16)使用了我国现采用A律压缩,注意在译码时扩张器也应采用A律解压。