模拟信号数字化传输系统课程设计

通信原理课程设计任务书一、设计题目、内容及要求设计题目：模拟信号数字化传输系统的设计与仿真分析内容及要求：1.了解Matlab/Simulink的运行环境及应用领域；2.逐步熟悉模拟信号数字化传输系统的仿真过程，由简到难；3.系统仿真及波形分析(1)模拟信号抽样过程原理与仿真分析；(2)模拟信号量化过程原理与仿真分析；(3)PCM编译码系统设计与仿真分析；(4)DPCM编译码系统设计与仿真分析。二、设计原始资料通信原理；软件Matlab；计算机一台三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）设计说明书1份，不少于2000字，应包含数字频带通信系统原理、相关系统设计、相关软件Matlab/Simulink介绍、系统仿真及波形分析。四、进程安排第1-2天课设理论讲解及仿真软件介绍、学生练习使用软件第3-4天相关系统设计第5-6天系统仿真及波形分析第7-8天整理、撰写说明书第9-10天进行测试或答辩五、主要参考资料[1]樊昌信、曹丽娜.通信原理.北京:国防工业出版社，2006[2]刘学勇.详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真.北京:电子工业出版社，2011[3]邵玉斌.MATLAB/Simulik通信系统建模与仿真实例分析.北京:清华大学出版社，2008[4]张水英，徐伟强.通信原理及MATLAB/Simulink仿真.北京:人民邮电出版社，2012[5]邵佳，董辰辉.MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真实例精讲.北京:电子工业出版社，2009指导教师（签名）：教研室主任（签名）：目录前言................................................................................................................................11模拟信号数字化传输原理........................................................................................21.1模拟信号的数字化传输..................................................................................21.2模拟信号的抽样..............................................................................................21.3抽样信号的量化..............................................................................................31.4脉冲编码调制..................................................................................................61.5差分脉冲编码调制..........................................................................................71.5.1预测编码...............................................................................................71.5.2DPCM的基本原理...............................................................................72模拟信号数字化传输系统设计与仿真....................................................................92.1Simulink组件使用介绍...................................................................................92.2模拟信号抽样的设计....................................................................................102.3模拟信号量化的设计....................................................................................112.4PCM编译码系统的设计...............................................................................122.5DPCM编译码系统的设计............................................................................133模拟信号数字化传输系统的实现与分析..............................................................153.1模拟信号抽样的观察与分析........................................................................153.2模拟信号量化的观察与分析........................................................................163.3PCM编译码系统的观察与分析...................................................................173.4DPCM编译码系统的观察与分析................................................................18总结..............................................................................................................................19参考文献......................................................................................................................20通信原理课程设计1前言1837年，莫尔斯完成了电报系统，此系统于1844年在华盛顿和巴尔迪摩尔之间试运营，这可认为是电信或者远程通信，也就是数字通信的开始。数字化可从脉冲编码调制开始说起。1937年里夫提出用脉冲编码调制对语声信号编码，这种方法优点很多。例如易于加密，不像模拟传输那样有噪声积累等。但在当代代价太大，无法实用化；在第二次世界大战期间，美军曾开发并使用24路PCM系统，取得优良的保密效果。但在商业上应用还要等到20世纪70年代。才能取代当时普遍采用的载波系统。我国70代初期决定采用30路的一次群标准，80年代初步引入商用，并开始了通信数字化的方向。数字化的另一个动向是计算机通信的发展。随着计算机能力的强大，并日益被利用，计算机之间的信息共享成为进一步扩大其效能的必需。60年代对此进行了很多研究，其结果表现在1972年投入使用的阿巴网。由此可见，通信系统中的信息传输已经基本数字化。在广播系统中，当前还是以模拟方式为主，但数字化的趋向也已经明显，为了改进质量，数字声频广播和数字电视广播已经提前到日程上来，21世纪已经逐步取代模拟系统。尤为甚者，设备的数字化，更是日新月异。近年来提出的软件无线电技术，试图在射频进行模数，把调制解调和锁相等模拟运算全部数字化，这使设备超小型化并具有多种功能，所以数字化进程还在发展。通信原理课程设计21模拟信号数字化传输原理1.1模拟信号的数字化传输模拟信号的数字传输是指把模拟信号先变换为数字信号后，再进行传输。由于与模拟传输相比，数字传输有着抗干扰能力强、差错可控等众多优点，因而此技术越来越受到重视。模/数变换是把模拟基带信号变换为数字基带信号，尽管后者的带宽会比前者大得很多，但本质上仍属于基带信号。这种传输可直接采用基带传输，或经过数字调制后再做频带传输。图1-1模拟信号数字化流程图数字化包括抽样、量化、编码三个步骤，如图1-1所示：抽样完成时间离散量化过程，所得抽样值m(kT)为PAM信号；量化完成复制离散化过程，所得量化信号值mq(kT)为多电平PAM信号；编码完成多进制到二进制的变化过程，所得s(t)是二进制编码信号。1.2模拟信号的抽样模拟信号通常是时间上连续的信号。在一系列离散点上，对这种信号抽取样值称为抽样，如图1-2所示。图中m(t)是一个模拟信号，在等时间间隔T上，对它抽取样值。在理论上，抽样过程可以看作使用周期性单位冲激脉冲（impulse）和此模拟信号相乘。抽样结果得到的是一系列周期性的冲激脉冲，其面积和模拟信号的取值成正比。冲激脉冲在图1-2中用一些箭头表示，实际上，是用周期性窄脉冲代替冲激脉冲与模拟信号相乘。抽样定理指出：设一个连续模拟信号m(t)中的最高频率fH，则以间隔时间为T1/2fH的周期性冲激脉冲对它抽样时，m(t)将被这些抽样值所完全确定。由于抽样时间间隔相等，所以此定理又成为均匀抽样定理。设有一个最高频率小于的信号m(t)，如图1-2(a)所示。将这个信号和周期性单位冲激脉冲tδT相乘。tδT如图1-2(c)所示，其重复周期为T，重复频率为fs=1/T。乘积就是抽样信号，它是一系列间隔为T秒的强度不等的冲激脉冲，如图1-2(e)所示。这些冲激脉冲的强度等于相应时刻上信号的抽样值ms(t)，故有ttmtmTs（1-1）模拟信号、冲激脉冲和抽样信号的频谱如图1-2(b)，(d)，(f)所示。由图1-2可知：抽样信号ms(t)的频谱就是将原始信号m(t)的频谱M(ω)在频率轴上以采样角频率ωs=2fs为周期进行周期延拓后的结果。由抽样信号ms(t)的频谱Ms(ω)可以看出，如果ωs2ωH（即fs2fH），那么各相邻频移后的频谱不会发生重叠。s(t)mq(kT)m(kT)m(t)抽样量化编码样通信原理课程设计3m(t)tM()O－HHT(t)tT()T2tms(t)OMs()HHT2(a)(b)(c)(d)(e)(f)图1-2模拟信号的抽样过程这里就能设法（如利用低通滤波器）从抽样信号的频谱Ms(ω)中得到原信号的频谱，即从取样信号ms(t)中恢复原信号m(t)，如图1-3所示。如果ωs2ωH，那么频移后的各相邻频谱将相互重叠，这样就无法将它们分开，因而也不能再恢复原信号。频谱重叠的这种现象常称为混叠现象。可见，为了不发生混叠现象，必须满足ωs≥2ωH。m(t)m(t)的抽样(n－2)Ts(n－1)TsnTs(n＋1)Tst图1-3模拟信号的恢复1.3抽样信号的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。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像成一个离散幅通信原理课程设计4度值的有限数集合。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。如公式1-2所示，量化器输出L个量化值yk，k=1，2，3，…，L。yk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xk与xk+1之间时，量化器输出电平为yk。这个量化过程可以表达为：1(),1,2,3,