单路数字语音通信系统的仿真剖析

湖南工程学院课程设计

课程名称通信原理课程设计

课题名称单路数字语音通信系统的仿真专业

班级

学号

姓名

指导教师曾志刚

2015 年1 月6 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仿真

专业班级

学生姓名学号：

指导老师曾志刚

审批

任务书下达日期2014 年12 月22 日设计完成日期2015 年1 月6 日

目录

一设计思路 (1)

二各模块电路设计与仿真 (2)

Ⅰ.编码与译码 (2)

1基本原理 (2)

2、设计与仿真 (5)

Ⅱ调制与解调 (7)

1、基本原理 (7)

2、设计与仿真 (9)

三、系统总体设计及调试 (13)

四、总结与体会 (16)

五附录 (17)

六、参考文献 (23)

一设计思路

信号可以分为模拟信号和数字信号，根据传输信号的不同，我们将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统，一般来说数字通信系统其有效性和可靠性都强于模拟通信系统，所以现实生活中的模拟信号通常被转换为数字信号以便信号高效可靠的传输。数字传输一般分为数字基带传输和数字调制传输，数字调制能提高信号的性能，特别是抗干扰能力，能有效利用频带，将信息变换为便于传送的形式，所以通常将数字信号进行调制后再进行传输。

在本次设计中我们要求实现单路数字语音的通信，在发送端为实现信号有效高速的传输，首先把模拟语音信号通过抽样、量化、编码转变为数字基带信号，编码后为了使数字信息在带通信道中传输，须用数字基带信号对载波进行调制，将载有信息的信号频率搬迁到信道的频带之内，使信号与信道的频谱特性相匹配，减少噪声的干扰。在接收端，首先将调制信号解调，得到数字基带信号，通过解码后，还原为原来的模拟信号。

二各模块电路设计与仿真

Ⅰ.编码与译码

1基本原理

将模拟信号转换为数字信号，要经过抽样、量化、编码。常用的编码方式有PCM、DPCM、DPCM等编码方式，由于PCM抗干扰能力强，失真小，传输特性稳定等众多优点，被广泛用于在通信系统中完成将模拟信号数字化功能。通常把从模拟信号抽样，量化，编码，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制PCM，简称脉码调制。

抽样即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。量化即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。一个模拟信号经过抽样量化后，得到已量化的脉冲幅度调制信号，它仅为有限个数值。编码即是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。

1）抽样

抽样可以看做周期性单位冲激脉冲与模拟信号相乘，由奈奎斯特定理可以得出，要想还原模拟信号，其抽样频率必须大于模拟信号最高频率的两倍。

2）量化

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。国际电信联盟ITU提供两种建议，即A压缩律和 压缩律。我国大陆采用A压缩律。实际中采用13折线法来近似A压缩律的曲线。

3）编码

量化后的信号，已经是取值离散的数字信号。下一步的问题是如何将这个数字信号编码。得到量化电压，可以

采取不同的编码方法对其编码。即自然二进制码和折叠二进制码。由于折叠码使编码电路变得简单，且其误码对小电压的影响较小，有利于较小语音信号的平均量化噪声，故采用折叠码进行编码。

近似A压缩律的13折线法中采用的折叠码有8位。其中第一位表示量化值的极性正负，后面的7位分为段落码和段内码两部分。其中第2~4位是段落码，其他4位为段内码。段内码代表的16个量化电平是均匀划分的，但是各个段落的斜率不等，长度不等，所以不同段落的量化间隔是不同的。

2、设计与仿真

根据PCM原理的系统框图，用SystemView做出的仿真如图2-2所示。

图2-2PCM系统的仿真图

在SystemView系统仿真软件中，提供了A律和 律两种标准的压缩器和扩张器，在此仿真中我们采用A律。

系统时间设置，采样频率为200Hz，抽样点数为256 各图符功能及参数设置：

（1）图符14的扫频信号和图符15的低通滤波器来产生随机模拟信号。

（2）图符2为A率压缩器，用于对模拟信号的非均匀量化。

（3）图符3为8位的A/D转换器，用于实现对信号的抽样及编码，其中每一个抽样值编码为8位的二进制码。

（4）图符13为D/A转换器，用于将锁存器送来的8位二进制码进行译码，转换为模拟值。

（5）图符5为A率的扩张器，用于对还原的压缩信号进行扩张恢复。

（6）图符11为截止频率为25Hz的低通滤波器，用于对还原的信号滤除高频分量，恢复出原始信号。

图2-3分别为信号源波形，压扩后的波形，恢复的波形。