通信原理课程设计报告

课程设计报告
设计题目：基于PCM/TMD/2DPSK通
信系统仿真
专业班级：电子1 班
姓名：符敦富
学号：0704030203
课程设计报告
一、课程设计名称
基于PCM/TMD/2DPSK技术的单向传输系统仿真。

二、课程设计的目标和基本任务
2.1 课程设计的目标
通过课程设计实践，来培养学生的实际动手能力，检验学生对本门课学习的情况，更在于培养学生在实际的工程设计中查阅专业资料、工具书或参考书，掌握工程设计手段和软件工具，并能用设计报告表达设计思想和结果的能力。

培养学生事实求是和严肃认真的工作态度。

通过设计过程，要求学生熟悉和掌握通信原理的基本原理和方法，使学生得到通信系统开发应用方面的初步训练。

让学生独立或集体讨论设计题目的总体设计方案、编程、软件硬件调试、编写设计报告等问题，真正做到理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力，实现由学习知识到应用知识的初步过渡。

通过本次课程设计使学生熟练掌握Matlab仿真分析通信系统性能的方法，应用Matlab语言编写应用程序、应用simulink仿真分析系统性能。

2.1 课程设计的基本任务及要求
1、用SIMULINK仿真，设计并实现一个基于PCM/TMD/2DPSK技术的单向传输系
统，要求实现两路语音信号同时传输。

2、要求：
（1）熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台，熟悉2ASK/2DPSK系统的调制解
调原理，构建调制解调电路图.
（2）用示波器观察调制前后的信号波形，用频谱分析模块观察调制前后信号的频谱
的变化。

并观察解调前后频谱有何变化以加深对该信号调制解调原理的理解。

（3）在调制与解调电路间加上各种噪声源，用误码测试模块测量误码率,并给出仿真
波形，改变信噪比并比较解调后波形，分析噪声对系统造成的影响。

三、课程设计任务分析及设计 3.1通信系统各部分组成及原理
图3-1 通信系统一般模型
发送设备：低通滤波器，PCM 编码器，复接器，调制器等。

接收设备：带通滤波器，PCM 解码器，分接器，解调器等。

3.1.1 脉冲编码调制PCM 编码
1、所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号抽样量化，然后将已量化值变换成代码。

PCM 原理框图如图3-1所示。

图3-1 PCM 原理方框图
PCM 在通信系统中完成将语音信号数字化功能，它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
抽 样 保 持
量化器
编码器
信 道
译码器
低通 滤波器
模拟信 号输入
m （t ）
PCM 信号输出
干扰
PCM 信号输入
模拟信号
输出
冲激脉冲
表示。

2、PCM编码原理
(1) 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。

(2) 量化
量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。

模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。

均匀量化：
用这种方法量化输入信号时，无论对大的输入信号还是小的输入信号一律都采用相同的量化间隔。

为了适应幅度大的输入信号，同时又要满足精度要求，就需要增加样本的位数。

但是，对话音信号来说，大信号出现的机会并不多，增加的样本位数就没有充分利用。

为了克服这个不足，就出现了非均匀量化的方法。

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，输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；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。

由于A 律压缩实现复杂，常使用 13 折线法编码, 压扩特性图如下图所示：
这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路实现。

(3) 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。

一般均按
极性码、段落码、段内码的顺序排列。

3.1.2 时分复用TDM
时分多址是将通信信道在时间坐标上划分成若干等间隔的时隙（ts, time slot）。

时隙编号，并且周期重复出现。

每对通信设备将工作在某个分配（或指定）的时隙上，即不同的通信用户是靠不同的时隙划分实现通信的。

3.1.3 2DPSK二进制差分编码调制
（1）调制
2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。

2DPSK的产生调制信号需要经过码型变换，将绝对码变为相对码。

（2）解调
本课程设计采用相干解调法，图2-6为相干解调法，解调器原理图和解调过程。

其解调原理是：先对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。

在解调过程中，若相干载波产生180o相位模糊，解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊的问题。

3.2数字信号基带传输系统的设计步骤
对于比较大的系统，先将系统分解为不同功能的模块，分别实现每个模块，最后再进行整合。

基于PCM/TMD/2DPSK 技术的单向语音传输系统，可分解为PCM 模块，TMD 模块和2DPSK 模块以及其他辅助功能模块。

3.2.1 PCM 编码模块设计 PCM 编码模块框图：
1Out1
Zero-Order Hold3
Saturation
Relay
Quantizer
Integer to Bit Converter
Integer to Bit Converter
-K-Gain
|u|Abs
A-Law Compressor A-Law Compressor
1In1
对模拟信号编码结果图：
PCM 解码模块：
1
Out1
Relay
Product
-K-Gain
Bit to Integer Converter Bit to Integer Converter
butter
Analog Filter Design2
A-Law Expander A-Law Expander
1
In1
3.2.2 TDM 时分复用模块设计
时分复用模块：
1Out1
Pulse Generator2
Multiport Switch
Clk
Cnt
Up Counter
2In2
1
In1
两路信号合并为一路，封帧后结果图：
解复用模块：
2Out2
1
Out1
In1
Out1
Triggered Subsystem1
In1Out1Triggered Subsystem
Clk Hit
Up Counter2
Clk
Hit
Up
Counter1
2In2
1
In1
解复用之后，信号分成两路，并分帧：
3.2.3 2DPSK 二进制差分编码调制、解调模块设计
2DPSK 模块实现框图：
1Out1
z 1
Unit Delay1
z 1Unit Delay
Unipolar to Bipolar Converter Unipolar to Bipolar Converter
Sine Wave1
Sine Wave Sign
Product3
Product2
XOR Logical Operator1
XOR Logical Operator
double
Data Type Conversion1
double
Data Type Conversion
Bipolar to Unipolar Converter
Bipolar to Unipolar Converter1
butter
Analog Filter Design 1In1
2DPSK 调制，解调过程：
3.2.4 其他模块设计
封装成帧： 1Out1
To Frame Frame Status Conversion5
Buffer8
1In1
分帧：
1Out1
U( : )Reshape4
Buffer3
1In1
信号离散和延迟：
1Out1
Zero-Order Hold2
-7Z
Integer Delay11In1
四、通信设计结果和分析
4.1 语音信号基带传输系统的设计结果
4.1.1 通信系统框图：
In1Out1
serial to Asynchronous
In1Out1
serial to Asynchronous
In1Out1
discrete and delay In1Out1
discrete and delay Uniform Random
Number
In1
In2
Out1TDM
Scope3
Pulse Generator1
In1In2Out1Out2
PCM-decode
In1In2Out1Out2
PCM-code
In1In2Out1
Out2
De-TDM
Band-Limited White Noise
In1Out1
Asynchronous to serial1
In1Out1
Asynchronous to serial
butter
Analog Filter Design1
butter
Analog Filter Design
In1Out12DPSK3
最后仿真结果及比较：
4.1.2 主要参数设置：第一路信号的带宽设置：
第二路信号的带宽设置：
抽样频率，离散化频率设置：
载波频率设置：
2DPSK解调后低通滤波器频率设置：
PCM解码之后，第一路信号低通滤波：
PCM解码之后，第二路信号低通滤波：
4.2 系统分析
这个基于PCM/TMD/2DPSK技术的单向传输仿真系统，在一定程度上对实际通信系统进行了仿真，有利于我们初学者对实际通信系统的分析。

这个系统还存在许多不足之处：
其一，在对语音模拟信号进行编码，时分复用和差分编码调制之后并没有送入加入了噪声之后的进行传输，也就是说，这个系统是在绝对理想的情况下进行仿真的。

其二，信号的发送没有考虑到码间串扰，信号的频谱等情况。

其三，信号的接收，只是简单的对应解调，没有考虑同步，也没有进行滤波器的匹配和最佳接收，没有考虑信号的失真和误码率。

总的来说，这个系统只是一个整体框架，细节部分有待完善。

五、课程设计总结
通信原理课程是一门理论性与实践性都很强的专业基础课。

而通信原理大型实验课程是一种是加强理论课程的学习，加深我们对本课程中的基本理论知识及基本概念的理解，提高我们理论联系实际的能力，培养我们实践动手能力和分析解决通信工程中实际问题的能力重要的手段和途径。

通信原理课程设计的目标是通过有针对性的课程设计，使我们学会系统地综合运用所学的理论知识，提高学我们在通信系统应用方面的开发与设计本领，系统的掌握通信原理的基本理论。

通信原理课程设计是培养我们综合应用所学理论知识提高动手能力、加深对所学知识理解的的重要教学环节，它具有动手、动脑和理论联系实际的特点，是培养在校工科大学生理论联系实际、敢于动手、善于动手和独立自主解决设计实践中遇到的各种问题能力的一种较好方法。

该课程设计利用MA TLAB 软件完成了一个基于PCM/TMD/2DPSK技术的单向传输系统的设计，充分发挥了SIMULINK 功能强大，建模简单，参数易于调整的特点。

结果表明，基于SIMULINK 仿真模型，能够反映模拟通信系统的动态工作过程，其可视化界具有很好的演示效果，为通信系统的设计和研究提供了强有力的工具，也为学习通信系统理论提供了一条非常好的途径。

在通信原理的教学过程中,一直注重理论的教学,但是深奥的理论难以理解,很有必要以某种可见的、图形化的形式来加深对理论的理解。

MATLAB的引入带来了直观的感受,提供了完整的动态系统设计、仿真和可视化的分析环境,可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统以及各种速率的系统,主要用于电路与通信系统的设计和仿真。

通过MA TLAB 语言对PCM/TMD/2DPSK技术的单向传输系统的的仿真与计算，使得分析系统变得直观简单。