通信原理實訓(xùn)報告

1、1增量調(diào)制基本原理1.1簡單增量調(diào)制1.1.1增量調(diào)制的基本概念增量調(diào)制就是一個傳輸相鄰兩個取樣瞬間差值信息的一比特編碼系統(tǒng)，可用來將模擬話音信號波形轉(zhuǎn)變成二進制比特序列的數(shù)字信號的一種調(diào)制方法。增量調(diào)制技術(shù)是在脈沖編碼調(diào)制技術(shù)接近成熟的基礎(chǔ)上，作為模擬信號數(shù)字化的另一種調(diào)制方式而提出來的。這種調(diào)制方式為模擬信號變成二進制數(shù)碼提供了一種簡單的編譯技術(shù)。增量調(diào)制或稱增量編碼,是將連續(xù)變化的模擬信號變成二進制數(shù)碼的一種調(diào)制方法,它是用一位二進制數(shù)碼來表示信號在此時刻的值相對于前一個取樣時刻的值是增大還是減小。增大發(fā)“1”碼,減小發(fā)“0”碼。在增量調(diào)制中，數(shù)碼“1”和“0”只表示信號相對于前一時刻是

2、增大還是減小,不代表信號的絕對值。接收端譯碼每收到一個“1”碼,譯碼器的輸出相對于前一時刻的值上升一個量階,每收到一個“0”碼,相對于前一時刻的值下降一個量階。當(dāng)收到連“1”碼時,表示每隔一個取樣時間,連續(xù)上升一個量階,即表示信號的建續(xù)增長。收到連“0”碼時,表示每隔一個取樣時間,連續(xù)下降一個量階,即表示信號的連續(xù)下降。這就是增量編碼和譯碼的規(guī)則。增量調(diào)制(DM)可以看成是一種最簡單的DPCM。當(dāng)DPCM系統(tǒng)中量化器的量化電平數(shù)取為2時，DPCM系統(tǒng)就成為增量調(diào)制系統(tǒng)。如圖3-1所示，在模擬信號m(t)的曲線附近，有一條階梯狀的變化曲線m(t),m(t)與m(t)的形狀相似。顯然，只要階梯“臺

3、階”和時間間隔Ts(t)足夠小，則m(t)與m(t)的相似程度就會提高。對m(t)進行濾波處理，去掉高頻波動，所得到的曲線將會很好地與原曲線重合，這意味著m(t)可以攜帶m(t)的全部信息。因此，m(t)可以看成是用一個給定的“臺階”對m(t)進行抽樣與量化后的曲線。我們把“臺階”的高度稱為增量，用“1”表示正增量，代表向上增加一個；用“0”表示負(fù)增量，代表向下減少一個。則這種階梯狀曲線就可用一個“0”、“1”數(shù)字序列來表示，也就是說，對m(t)的編碼只用一位二進制碼即可。此時的二進制碼序列不是代表某一時刻的抽樣值，每一位碼值反映的是曲線向上或向下的變化趨勢。這種只用一位二進制編碼將模擬信號變

4、為數(shù)字序列的方法（過程）就稱為增量調(diào)制（DeltaModulation），縮寫為DM或M調(diào)制。增量調(diào)制最早由法國人DeLoraine于1946年提出，目的是簡化模擬信號的數(shù)字化方法。其主要特點是：（1）在比特率較低的場合，量化信噪比高于PCM。（2）抗誤碼性能好。能工作在誤比特率為102103的信道中，而PCM則要求信道的誤比特率為104106。（3）設(shè)備簡單，制造容易。1.1.2增量調(diào)制系統(tǒng)框圖根據(jù)簡單增量調(diào)制編、譯碼的基本原理，可組成簡單系統(tǒng)方框圖如圖7-18所示。發(fā)送端編碼器由相減器、判決器、積分器及脈沖發(fā)生器（極性變換電路）組成的一個閉環(huán)反饋電路。判決器是用來比較與x(t)大小，在定時

5、抽樣時刻如果x(t)-0輸出“1”；x(t)-0輸出“0”；由本地譯碼器產(chǎn)生。實際實用編碼方框圖比圖6-18中所描述的要復(fù)雜得多。系統(tǒng)中收端譯碼器的核心電路是積分器，當(dāng)然還包含一些輔助性的電路，如脈沖發(fā)生和低通濾波器等。圖1簡單增量調(diào)制系統(tǒng)框圖無論是編碼器中的積分器，還是譯碼器中的積分器，都可以利用RC電路實現(xiàn)。當(dāng)這兩種積分器選用RC電路時，可以得到近似鋸齒波的斜變電壓，這時RC時間常數(shù)的選擇應(yīng)注意下面的情況：當(dāng)RC越大，充放電的線性特性就越好，但RC太大時，在時間內(nèi)上升(或下降)的量化階就越小，因此，RC的選擇應(yīng)適當(dāng)，通常RC選擇在(1530)范圍內(nèi)比較合適。 接收到增量調(diào)制信號以后，經(jīng)過脈

6、沖發(fā)生器將二進制碼序列變換成全占空的雙極性碼，然后加到譯碼器(積分器)得到這個鋸齒形波，再經(jīng)過低通濾波器即可得輸出電壓。與的區(qū)別在于經(jīng)過信道傳輸后有誤碼存在，進而造成與存在差異。當(dāng)然，如果不存在誤碼，與的波形就是完全相同的，即便如此，經(jīng)過低通濾波器以后也不能完全恢復(fù)出，而只能恢復(fù)出，這是由量化引起的失真。因此，綜合起來考慮，經(jīng)過低通濾波器以后得到的中不但包括量化失真，而且還包含了誤碼失真。由此可見，簡單增量調(diào)制系統(tǒng)的傳輸過程中，不僅包含有量化噪聲，而且還包含有誤碼噪聲，這一點是進行抗噪聲性能分析的根據(jù)。1.1.4簡單調(diào)制系統(tǒng)的帶寬 從編碼的基本思想中可以知道，每抽樣一次，即傳輸一個二進制碼元，

7、因此碼元傳輸速率為，從而調(diào)制系統(tǒng)帶寬為：1.1.5增量調(diào)制特點增量調(diào)制與脈碼調(diào)制(PCM)相比,具有以下三個特點：電路簡單，而脈碼調(diào)制編碼器需要較多邏輯電路；數(shù)據(jù)率低于40千比特/秒時，話音質(zhì)量比脈碼調(diào)制的好，增量調(diào)制一般采用的數(shù)據(jù)率為32千比特/秒或16千比特/秒；抗信道誤碼性能好，能工作于誤碼率為10-3的信道，而脈碼調(diào)制要求信道誤碼率低于10-510-6。因此,增量調(diào)制適用于軍事通信、散射通信和農(nóng)村電話網(wǎng)等中等質(zhì)量的通信系統(tǒng)。增量調(diào)制技術(shù)還可應(yīng)用于圖像信號的數(shù)字化處理。1.2連續(xù)可變增量調(diào)制(CVSD)系統(tǒng)連續(xù)可變斜率增量,其英文縮寫為CVSD,有其專用集成芯片，其型號有MC3417，M

8、C3418，MC3517，MC34115等等。它只需要一個時鐘信號，在該集成芯片的外圍適當(dāng)接上一些分立元器件做為輔助電路，即可實現(xiàn)音節(jié)壓擴自適應(yīng)增量調(diào)制。圖2為CVSD編、譯碼器的方框圖。（a)發(fā)送端的編碼器（b)接收端的譯碼器圖2CVSD編碼器、譯碼器方框圖由圖2可知，與簡單增量調(diào)制相比，發(fā)端的編碼器在反饋回路中增加了自適應(yīng)控制電路，即音節(jié)壓擴控制電路，它由三個部分組成：(1)斜率過載檢測電路，用來檢測斜率過載狀態(tài)，它是由一個3比特移位寄存器構(gòu)成的輸出三連“1”碼或三連“0”碼數(shù)字邏輯電平信號，其電路由D觸發(fā)器作移位寄存器電路以及與門、或門組成。因此，斜率過載檢測電路也稱為電平檢測電路。(2

9、)斜率量值控制電路：用來控制量化階距的大小，其電路由RC音節(jié)平滑濾波器、電壓電流轉(zhuǎn)換器和非線性網(wǎng)絡(luò)組成。(3)斜率極性控制電路：用來轉(zhuǎn)化量化階距的極性，當(dāng)S0時，輸出為正極性，當(dāng)S0，輸出為負(fù)極性，其電路由脈沖幅度調(diào)制器和積分網(wǎng)絡(luò)組成。其電路的工作過程是這樣的：在輸入端，話音信號S(t)與話音信號S(t)進行比較，將其比較的結(jié)果S值進行判決，若S0，則P(t)輸出“1”碼，若S0，則P(t)輸出為“0”碼，這同簡單增量調(diào)制器編碼方式是相同的，但是當(dāng)輸入話音信號S(t)中，連續(xù)出現(xiàn)上升沿或連續(xù)出現(xiàn)下降沿，或者輸入信號中正斜率增大或負(fù)斜率增大，這樣，在編碼器的輸出端P(t)中將出現(xiàn)連續(xù)的“1”碼或

10、連續(xù)的“0”碼，這樣如果不增加自適應(yīng)控制電路，則將會出現(xiàn)S(t)無法跟蹤S(t)信號，而出現(xiàn)過載現(xiàn)象。若電路中增加自適應(yīng)控制電路，則當(dāng)P(t)中連續(xù)出現(xiàn)“1”碼或“0”碼時，斜率過載檢測電路則立即工作，當(dāng)P(t)出現(xiàn)連續(xù)的“1”或“0”碼時，斜率過載檢測器從P(t)的返回信號中即輸出碼流中按三個連“1”和三個連“0”檢測，其輸出是一些不同寬度的正脈沖，其寬度為Tn=(K-2)Ts,K是連碼的個數(shù)，Ts是取樣信號周期，它們輸入到斜率量值控制電路，因斜率量值器由RC音節(jié)濾波器、電壓電流轉(zhuǎn)換器和非線性網(wǎng)絡(luò)組成，因而RC音節(jié)平滑濾波器把正脈沖序列進行平滑濾波，變成連續(xù)緩慢變化和直流控制電壓，其變化的周

11、期等于一個音節(jié)時間(約10ms)，當(dāng)P(t)出現(xiàn)“1”碼增多時，斜率過載檢測器輸出的正脈沖數(shù)就相對增多，通過R對C的充電時間相對增長，放電時間相對縮短，因此，直流控制電壓愈高，電壓電流轉(zhuǎn)換器把音節(jié)平滑濾波器輸出的控制電壓轉(zhuǎn)換為控制電流，非線性網(wǎng)絡(luò)使控制電流的變化規(guī)律能更好地跟隨輸入信號斜率的變化，提高自適應(yīng)能力，擴大其動態(tài)范圍。另外，斜率過載檢測電路內(nèi)部的P(t)輸出信號還接至斜率極性控制電路內(nèi)的脈幅調(diào)制器的輸入端，與來自斜率量值控制電路的輸入信號一起加到脈幅調(diào)制器的另一輸入端，因斜率極性控制電路由脈幅調(diào)制器和積分網(wǎng)絡(luò)組成，經(jīng)過脈幅調(diào)制電路和積分網(wǎng)絡(luò)后就形成了有正負(fù)斜率變化的再生信號P(t)，

12、脈幅調(diào)制電路的作用有二：一是使送往積分網(wǎng)絡(luò)的電壓，有正負(fù)極性的量階；二是根據(jù)音節(jié)平滑濾波器輸出的電壓來改變量階，使量階的變化為自適應(yīng)的變化，有量階值由自適應(yīng)邏輯控制。此時，當(dāng)檢測到三個“1”碼或是“0”碼，則稱為3bit規(guī)則，若為四個連“1”碼或是“0”碼，則稱為4bit規(guī)則。也就是說，CVSD的量階變化，主要是由連碼檢測規(guī)則決定的，因發(fā)端的編碼器是反饋方式工作，即量階是從輸出碼流中檢測的。因此，隨輸入信號正斜率增加，碼流中連“1”碼就增多；如果負(fù)斜率增加，則連“0”碼增多，對CVSD而言，只有把包絡(luò)音節(jié)時間內(nèi)連“1”碼或連“0”的次數(shù)逐一檢測出來，經(jīng)過音節(jié)平滑，形成控制電壓，就能得到不同輸入

13、信號斜率的量階值，以至于再生信號S(t)始終能跟蹤上話音信號S(t)的變化，也就是當(dāng)話音信號斜率小時，它的量階值則小，當(dāng)話音信號的斜率大時，則它的量階值自適應(yīng)的增大，也就是量階值隨輸入信號S(t)的斜率變化而作自適應(yīng)和調(diào)整，這正是連續(xù)可變斜率調(diào)整(CVSD)的工作原理。2.增量調(diào)制實驗電路及分析2.1MC34115的介紹（1）本設(shè)計電路由MC34115和LM747兩個芯片組成。但其核心部分是MC34115。因此，對該芯片的管腳作一簡要說明。MC34115增量調(diào)制解調(diào)集成電路的典型參數(shù)：工作電壓Vcc=4.75V16.5V,功耗(Vcc=5V16.5V),2090Mw。其外引線排列如圖3所示。圖

14、3 MC34115外引線排列圖第1引腳：ANI（AnalogInpot）模擬信號輸入端。輸入音頻模擬信號經(jīng)過直流分量變換為內(nèi)部參考電壓值，則應(yīng)在該端與第10引腳（Vcc/2端）間接入偏置電阻。第2引腳：ANF（AnalogFeedback）模擬反饋輸入端。該端為集成電路內(nèi)模擬比較器的同相輸入端。當(dāng)該集成電路工作于編碼方式時，其本地解碼信號從該端輸入至內(nèi)部的模擬比較器；當(dāng)該集成電路工作于譯碼方式時，該端不用，可接到第10引腳（Vcc/2端）也可以接地或不接懸空。第3引腳：SYL（SyllabicFilter）量階控制信號輸入端。當(dāng)從第11引腳COIN（一致脈沖輸出端）端輸出的負(fù)極性一致脈沖經(jīng)過音

15、節(jié)平滑濾波器，由RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成（在實驗電路中由R210（47K）、R211（10K）與C203（0.22uf）組成）平滑后得到量階控制電壓輸入到該第3引腳至內(nèi)部V-I變換運算放大器內(nèi)，控制積分器量階的大小。在進行音頻信號編碼時的典型時間常數(shù)為650ms。第4引腳：GC（GainControlInput）增量控制輸入。該芯片內(nèi)部的V-I變換運算放大器使該端電壓跟隨量階控制電壓變化，變換速率為0.5V/s。因此輸入該端的電流大小由外接調(diào)整電阻Rx決定，為保證電路穩(wěn)定工作，Rx的值一般不超過5K，在實驗電路中由W202（10K）進行調(diào)節(jié)。第5引腳：VREF（RefInput）參考電壓輸入端。該端為積分

16、運算放大器的同相輸入端，用于調(diào)節(jié)輸出模擬信號的直流分量。在進行編碼時，為保證輸入端輸出模擬信號具有相同的直流分量，該端應(yīng)通過偏置電阻與VCC/2端相連。在實驗電路中，視實際情況，可接入偏置電阻為R205（5.1K）。第6引腳：FIL（FilterInput）外接積分器輸入端。該端為積分運算放大器的反相輸入端，用于外接組件組成積分濾波器。在實驗電路中，由R207（10K）、R212（1K）與C202（0.047uf）組成一次積分網(wǎng)絡(luò)，由R206（10K）與C201（0.01uf）組成二次積分網(wǎng)絡(luò)。在編碼時，如果第1引腳即音頻模擬信號輸入端的輸入信號幅度大于第2引腳，即大于模擬反饋輸入端的反饋輸入

17、信號的幅度，則積分電流輸入到該引腳。反之，則積分電流輸出該引腳。在解碼時，第13引腳即接收數(shù)據(jù)輸入端，若輸入數(shù)據(jù)為“1”碼，則積分電流為輸入該端，反之，則積分電流輸出該端。第7引腳：ANO（AnalogOutput）模擬信號輸出端。該端積分運算放大器的輸出端。它根據(jù)第13引腳即DDI端（接收數(shù)據(jù)輸入端），輸入數(shù)據(jù)恢復(fù)的音頻模擬信號從該端輸出到積分網(wǎng)絡(luò)中。第8引腳：V-負(fù)電源端。當(dāng)該集成電路單電源供電時該端接地，若正、負(fù)電源供電時該端接至負(fù)電源。在本實驗電路中，采用單電源+12V供電，故該引腳接地。第9引腳：DOT（DigitalOutput）發(fā)送編碼數(shù)據(jù)輸出端。該集成電路將輸入音頻信號編成信碼

18、后從該端輸出，其輸出電平與TTL或CMOS兼容。第10引腳：Vcc/2（Vcc/2Output）參考電壓輸出端。放大器的直流工作點，輸出電流至少為10mA。使用時一般接旁路電容到地。在本實驗電路中，旁路電容E202（10uf）。第11引腳：COIN（CoincideceOutput）一致脈沖輸出端。當(dāng)該集成電路內(nèi)的移位寄存器的各位輸出為全“1”碼或為全“0”碼時，該端輸出負(fù)極性一致脈沖，該脈沖經(jīng)外接音節(jié)平滑濾波器該端在單電源供電時，輸出的參考電壓值為電源電壓的一半，可用來建立各運算后得到量階控制電壓。第12引腳：DTH(DigitalThreshold)接口電平控制端。該端用于控制數(shù)字輸入端接

19、口電平。當(dāng)該集成電路需于CMOS電路接口時，該端應(yīng)于Vcc/2端（即第11引腳）相連；當(dāng)該集成電路需要與TTL電路接口時，則該端應(yīng)該比V-高二個二極管電壓降的電位。第13引腳：DDI(DigitalDataInput)接收數(shù)據(jù)輸入端。當(dāng)該集成電路用于譯碼時，其接收端的信碼從該端輸入至該芯片內(nèi)的數(shù)字運算放大器內(nèi)進行比較，在時鐘下降沿前后，該端的輸入數(shù)據(jù)應(yīng)保持有效0.5us，該芯片如果用作編碼，則該引腳可不用。第14引腳：CP(ClockInput)編譯碼時鐘輸入端。該端輸入時鐘信號的頻率決定于該集成電路的工作效率，當(dāng)時鐘的下降沿到來時，芯片內(nèi)的移位寄存器工作。該輸入時鐘信號最小正脈沖寬度為300

20、ns，.最小負(fù)脈沖寬度為600ns,在本實驗電路中,該端的時鐘信號輸入可通過K201進行選擇不同的時鐘速率，其時鐘速率在增量調(diào)制編碼電路中有：64KHz、32KHz、16KHz、8KHz四種方式，可選擇在增量調(diào)制譯碼電路中有：64KHz、32KHz、16KHz以及從二相PSK解調(diào)來的再生時鐘等幾種方式可供實驗時進行選擇。第15引腳：E/D（Encode/Decode）編碼/譯碼方式控制輸入端。當(dāng)該端用于選擇編碼工作方式時，應(yīng)接高電平，使該芯片內(nèi)的模擬運算放大器與移位寄存器相連；在本實驗電路中，該端由中央集中控制U1（89C51）的P1.0端相連接進行管理與控制，由軟件運行輸出高電平送至該端；當(dāng)

21、該端用于選擇譯碼工作方式時，該端應(yīng)接低電平，使該芯片內(nèi)的數(shù)字運算放大器與移位寄存器相連接。在下一個實驗電路中，該端直接接地，將低電平送至該端，使該芯片選擇譯碼工作方式。第16引腳：VCC正電源輸入端。該端與GND端電壓差為4.7516.5V之內(nèi)，在本實驗電路中，該VCC端接+12V電源。（2）芯片內(nèi)部電路組成MC34115集成電路內(nèi)部電路由下列八個部分組成：模擬輸入運算放大器、數(shù)字輸入運算放大器、V-I電壓/電流轉(zhuǎn)換運算放大器、積分運算放大器、斜率過載檢測電路、斜率極性控制電路、工作狀態(tài)選擇開關(guān)電路、Vcc/2穩(wěn)壓電源。2.2編譯碼電路圖對于增量調(diào)制的編碼電路來說，LM747是功放芯片，MC3

22、4115是編碼芯片，6p01是時鐘輸入，6p02是脈沖輸入，6p03是編碼輸出，如圖4所示；對于譯碼電路來說，MC34115芯片是譯碼芯片，7p01是編碼輸入，7p02是譯碼輸出，如圖5所示。圖4編碼電路圖圖5譯碼電路圖2.3 增量調(diào)制實驗結(jié)果增量調(diào)制的編碼，譯碼在示波器上的結(jié)果。圖6譯碼圖圖7圖83.增量調(diào)制編譯碼實驗軟件設(shè)計3.1MATLAB軟件介紹MATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計MA算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB高頻分量。MATLAB是矩陣實驗室（MatrixLaboratory）的簡稱，和M

23、athematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完相同的事情簡捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C+，JAVA的支

24、持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用。3.1.2用MATLAB仿真信道編碼循環(huán)碼在性能上，具有明確的糾、檢錯能力。對于給定的碼長n和信息位數(shù)k，已提出的各類循環(huán)碼都有確定的糾、檢錯能力的理論計算值。在實現(xiàn)上，編碼和譯碼都可以通過簡單的反饋移位寄存器來完成。在結(jié)構(gòu)上，它的循環(huán)性使得更容易用數(shù)學(xué)語言來描述。循環(huán)碼的仿真如圖9所示。圖9循環(huán)碼仿真4.個人總結(jié)在這個星期的試訓(xùn)過程中，第一個星期，我們需要自己焊接增量調(diào)制編譯碼電路，在此，我們熟悉了增量調(diào)制的編、譯碼的基本組成部分；接下來，我們進行了實操考試并進行了考試答辯。在此，我們掌握了增量調(diào)制的基本電路框圖及主要部分的電路原理，并且掌握了增量調(diào)制調(diào)試的方法、步驟及儀表的使用方法?？偟膩碚f，我對這門課是熱情高漲的。第一，我從小就對這種小制作很感興趣，那時不懂焊接，卻喜歡把東西給拆來裝去，但這樣一來，這東西就給廢了?，F(xiàn)在通信原理課正是學(xué)習(xí)如何把東西“裝回去”。每次完成一