数字通信课程设计报告

课程设计报告

课程设计名称：《数字通信》

系别：

学生姓名：

班级：

学号：

成绩：

指导教师：

开课时间：2011-2012 学年第2学期

目录

一．设计题目 (4)

二．具体要求 (4)

三．主要内容 (4)

第一节：基本原理 (4)

第二节：流程图 (13)

四．进度安排 (13)

五．成绩评定 (13)

第一节：课程设计报告要求 (14)

第二节：正文 (14)

六．心得体会 (18)

七.参考资料 (19)

一．设计题目：模拟信号数字化PCM 编码设计 二．具体要求：

1.模拟信号数字化的处理步骤：抽样、量化、编码

2.PCM 编码的压缩和扩张原理；

3.用MATLAB 或其它EDA 工具软件对PCM 编码进行使用A 律和μ律的压缩和扩张进行软件仿真；

4.对仿真进行分析比较。

5．PCM 的8位编码C 1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C 8 三．主要内容

第一节：基本原理

下图是模拟信号数字传输的过程原理图：

1． 抽样 (1)定义：

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的信息，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)抽样定理

设一个频带限制的（0，fH ）Hz 内的时间连续信号m （t ）如果它不少于2fH 次每秒的速率进行抽样，则m(t)可以由抽样值完全确定。

抽样定理指出，由样值序列无失真恢复原信号的条件是f S≥2 f h ，为了满足抽样定理，要求模拟信号的频谱限制在0～f h 之内（fh 为模拟信号的最高频率）。为此，在抽样之前，先设置一个前置低通滤波器，将模拟信号的带宽限制在fh 以下，如果前置低通滤波器特性不良或者抽样频率过低都会产生折叠噪声。抽样频率小于2倍频谱最高频率时，信号的频谱有混叠。抽样频率大于2倍频谱最高频率时，信号的频谱无混叠。

另外要注意的是，采样间隔的 周期要足够的小，采样率要做够的大，要不

)

(s t f D /A )

(n f )

(n g A

/D )

(t g )(t p )

(t f 量化编码

数字

滤波器

然会出现如下图所示的混叠现象，一般情况下TsWs=2π,Wn>2Wm

。

(3)抽样过程 如图所示：

2． 量化 (1)定义

所谓量化就是把一个连续函数的无限个数值的集合映射为一个离散函数的有限个数值的集合。量化分为均匀量化和非均匀量化。 (2)量化过程：

同一值

，表示在一个间隔内为s s s q q T k t kT kT m t m )1()

()(+<≤=

---mq(t)与mS(t)的近似程度用下参数衡量:

量化噪声功率

量化器输出信号功率=q q

N S

t

t

t

f (t )

y (t )

k (t )

量化器

m q (t)

m(t)

A 均匀量化

定义：所谓均匀量化就是指量化间隔相等的量化。

分类：①均匀中升型（无0电平）②均匀中平型（含0电平） 量化间隔---设mS(t)幅值域为（a,b ） 则量阶 Δv=(b-a)／M 量化输出qi=(mi+mi-1)/2 当mi-1＜m ≤mi mi(=a+i △v )---第i 量化级终点电平 qi ---第i 量化级的量化电平 特点：

（1）量化间隔与量化级数成反比。

（2）量化噪声与量化间隔成正比，即量化间隔愈大，最大量化噪声的绝对值越大。

（3）量化噪声与量化级数成反比，量化级数越大，量化噪声越小。

（4）无论信号抽样值大小如何，量化噪声的功率值固定不变，因此在小信号时（信号功率相对较小），信号的量化信噪比也很小。 B 非均匀量化

定义：就是对信号的不同部分用不同的量化间隔，具体地说，就是对小信号部分采用较小的量化间隔，而对大信号部分就用较大的量化间隔。 实现方法：压缩与扩张法

123456t

t

t

000010011100101110110100010001

T s 2T s 3T s 4T s 5T s 6T s 7T s 8T s 9T s 10T s

T s 2T s 3T s 4T s 5T s 6T s 7T s 8T s 9T s 10T s

T s 2T s 3T s 4T s 5T s 6T s 7T s 8T s 9T s 10T s

(a) 抽样脉冲

(c) PCM 量化

(b) PCM 抽样(d) PCM 量化

p (t )

v (t ) k (t )m (t )

d (t )

6543

210

t

定义

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。 4． PCM 编码的压缩和扩张原理 压扩特性数学分析

当量化区间划分很多时，在每一量化区间内压缩特性曲线可以近似看作为一段直线，其斜率为：

对此压缩器的输入和输出电压范围均作归一化，且纵坐标y 在0和1之间均匀划

分成N 个量化区间，则每个量化区间的间隔应该等于：

为了对不同的信号强度保持信号量噪比恒定，当输入电压x 减小时，应当使

量化间隔∆x 按比例地减小，即：

∆x ∝ x 。

将边界条件(当x=1时，y=1)，代入可得：

k+c=0 → c=-k

y dx

dy

x y '

==∆∆y dy dx x ∆=∆N y 1=∆dy dx N y dy dx x 1=∆=∆x

N dy dx

∆=x dy dx ∝kx dy

dx

=c

ky x +=ln k

ky x -=ln x k

y ln 11+

=543210

输出

压缩曲线

线性变换

输入

A B A ′B ′

543210

输出扩张曲线

输入

A

B

A ′

B ′(a) 压缩器输入输出示意图(b) 扩张器输入输出示意图

t

t

t

t