模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析

1、通信原理課程設(shè)計(jì)唐 山 學(xué) 院 通信原理 課 程 設(shè) 計(jì)題 目 模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析 系 (部) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2017 年 6 月 26 日至2017 年7月 8 日 共 2 周 通信原理 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目、內(nèi)容及要求 設(shè)計(jì)題目：模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析內(nèi)容及要求：1.了解matlab/simulink的運(yùn)行環(huán)境及應(yīng)用領(lǐng)域；2.逐步熟悉模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸系統(tǒng)的仿真過(guò)程，由簡(jiǎn)到難；3.系統(tǒng)仿真及波形分析(1) 模擬信號(hào)抽樣過(guò)程原理與仿真分析；(2) 模擬信號(hào)量化過(guò)程原理與仿真分析；(3) pcm編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析；(4) dp

2、cm編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析。(5) 在高斯信道下對(duì)pcm系統(tǒng)的性能進(jìn)行仿真分析。（可選）二、設(shè)計(jì)原始資料 通信原理；軟件matlab；計(jì)算機(jī)一臺(tái) 三、要求的設(shè)計(jì)成果（課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書、設(shè)計(jì)實(shí)物、圖紙等）設(shè)計(jì)說(shuō)明書1份，不少于2000字，應(yīng)包含模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸系統(tǒng)原理、相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、相關(guān)軟件matlab/simulink介紹、系統(tǒng)仿真及波形分析。四、進(jìn)程安排第1-2天 課設(shè)理論講解及仿真軟件介紹、學(xué)生練習(xí)使用軟件第3-4天 相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第5-6天 系統(tǒng)仿真及波形分析第7-8天 整理、撰寫說(shuō)明書第9-10天 進(jìn)行測(cè)試或答辯五、主要參考資料1樊昌信、曹麗娜.通信原理.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2006

3、2劉學(xué)勇.詳解matlab/simulink通信系統(tǒng)建模與仿真.北京:電子工業(yè)出版社，20113邵玉斌.matlab/simulik通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例分析.北京:清華大學(xué)出版社，20084張水英，徐偉強(qiáng).通信原理及matlab/simulink仿真.北京:人民郵電出版社，20125邵佳，董辰輝. matlab/simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例精講.北京:電子工業(yè)出版社，2009指導(dǎo)教師（簽名）：教研室主任（簽名）：課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表出勤情況出勤天數(shù) 缺勤天數(shù)成績(jī)?cè)u(píng)定出勤情況及設(shè)計(jì)過(guò)程表現(xiàn)(20分)課設(shè)答辯(20分)設(shè)計(jì)成果(60分)總成績(jī)(100分)提問(wèn)(答辯)問(wèn)題情況 綜合評(píng)定 指

4、導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 目錄前言11模擬信號(hào)抽樣過(guò)程原理21.1抽樣原理21.1.1低通型連續(xù)信號(hào)的抽樣21.1.2 帶通信號(hào)的抽樣定理31.2 量化原理41.2.1均勻量化41.2.2 非均勻量化51.2.3 a律壓縮律51.2.4 13折線51.3脈沖編碼調(diào)制（pcm）61.4 差分脈沖編碼調(diào)制（dpcm）72 matlab/simulink的簡(jiǎn)介93 基于simulink的模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)與仿真分析113.1抽樣過(guò)程的設(shè)計(jì)與仿真分析113.2量化過(guò)程的設(shè)計(jì)與仿真分析123.3 pcm編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析143.3.1 pcm編碼器設(shè)計(jì)143.3.2 pcm解碼器設(shè)計(jì)173.

5、3.3有干擾信號(hào)的pcm編碼與解碼173.4 dpcm編譯碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析214 總結(jié)245參考文獻(xiàn)25通信原理課程設(shè)計(jì)前言通信系統(tǒng)中的信息傳輸已經(jīng)基本數(shù)字化。在廣播系統(tǒng)中，當(dāng)前還是以模擬方式為主，但數(shù)字化的趨向也已經(jīng)明顯，為了改進(jìn)質(zhì)量，數(shù)字聲頻廣播和數(shù)字電視廣播已經(jīng)提到日程上來(lái)，21世紀(jì)數(shù)字系統(tǒng)已經(jīng)逐步取代模擬系統(tǒng)。尤為甚者，設(shè)備的數(shù)字化，更是日新月異。近年來(lái)提出的軟件無(wú)線電技術(shù)，試圖在射頻進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，把調(diào)制解調(diào)和鎖相等模擬運(yùn)算全部數(shù)字化，這使設(shè)備超小型化并具有多種功能，所以數(shù)字化進(jìn)程還在發(fā)展。simulink工具是matlab軟件提供的可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的軟件包，它讓用戶把

6、精力從語(yǔ)言編程轉(zhuǎn)向仿真模型的構(gòu)造，為用戶省去了很多重復(fù)的代碼編寫工作。simulink中的每個(gè)模塊對(duì)我們來(lái)說(shuō)都是透明的，我們只須知道模塊的輸入、輸出和每個(gè)模塊的功能，而不需要關(guān)心模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，留給我們的事情就是如何利用這些模塊來(lái)建立仿真模型以完成自己的任務(wù)。至于simulink中的各個(gè)模塊在運(yùn)行時(shí)是如何執(zhí)行，時(shí)間是如何采樣的，事件是如何驅(qū)動(dòng)的等問(wèn)題，我們可以不去關(guān)心。正是由于simulink具有這些特點(diǎn)，所以它被廣泛應(yīng)用在通信仿真中。1模擬信號(hào)抽樣過(guò)程原理1.1抽樣原理抽樣是按照等時(shí)間等間隔進(jìn)行的，模擬信號(hào)被抽樣后成為抽樣信號(hào)，把該模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號(hào)中所有信息，也就是說(shuō)

7、能無(wú)失真的恢復(fù)原模擬信號(hào)。抽樣的抽樣速率下限是由抽樣定理確定的。抽樣定理告訴我們，若要傳輸模擬信號(hào)，不一定要傳輸模擬信號(hào)本身，可以只傳輸抽樣定理得到的抽樣值。因此該定理就為模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸提供了理論基礎(chǔ)。1.1.1低通型連續(xù)信號(hào)的抽樣定理內(nèi)容：抽樣定理在時(shí)域上可以表述為：對(duì)于一個(gè)頻帶限制在（0，fh）hz內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)f(t),如果以ts1/(2fh)秒間隔對(duì)其進(jìn)行等間隔抽樣，則f（t）將被所得到的抽樣值完全確定。 模擬信號(hào)抽樣過(guò)程中各個(gè)信號(hào)的波形與頻譜。(a) 模擬信號(hào)的波形及頻譜(b) 沖激函數(shù)的波形及頻譜(c) 抽樣信號(hào)的波形及頻譜圖1-1抽樣過(guò)程中的信號(hào)波形與頻譜以下為兩種情況下

8、的頻譜分析結(jié)果。但抽樣頻率小于奈奎斯特頻率時(shí)，即如果s<2h，則抽樣后信號(hào)的頻譜在相鄰的周期內(nèi)發(fā)生混疊，如圖1-2所示，當(dāng)抽樣頻率大于或等于奈奎斯特頻率時(shí)，接收端回復(fù)出來(lái)的信號(hào)才與原信號(hào)基本一致。(a)信號(hào)的頻譜(b)fs>2fm時(shí)抽樣信號(hào)的頻譜(c)fs<2fm時(shí)抽樣信號(hào)的頻譜 圖1-2兩種情況下的抽樣信號(hào)頻譜分析應(yīng)該注意的一點(diǎn)是：抽樣頻率并不是越高越好。只要能滿足抽樣頻率大于奈奎斯特頻率，并留有一定的防衛(wèi)帶即可。1.1.2 帶通信號(hào)的抽樣定理實(shí)際中遇到的許多信號(hào)是帶通型信號(hào)，模擬信號(hào)的頻率限制在flfh之間，fl為信號(hào)最低頻率，fh為最高頻率。而且當(dāng)fh>b，其中b

9、=fh-fl時(shí)，該信號(hào)通常被成為帶通型信號(hào)，其中b為帶通信號(hào)的頻帶。對(duì)于帶通信號(hào)，如果采用低通抽樣定理的抽樣速率fs2fh，對(duì)頻率限制在fl與fh之間的帶通型信號(hào)抽樣，肯定能滿足頻譜不混疊的要求，如圖1-3所示：圖1-3帶通信號(hào)的抽樣頻譜定理內(nèi)容：一個(gè)帶通信號(hào)f(t)，其頻率限制在fl與fh之間，帶寬為b=fh-fl，如果最小抽樣速率fs=2fh/n，n是一個(gè)不超過(guò)fh/b的最大整數(shù)，那么f(t)就可以完全由抽樣值確定。下面兩種情況說(shuō)明：（1）若最高頻率fh為帶寬的整數(shù)倍，即fh=nb。此時(shí)fh/b=n是整數(shù)，m=n，所以臭氧速率fs=2fh/m=2b。（2）若最高頻率fh不為帶寬的整數(shù)倍，即

10、fh=nb+kb,0<k<1此時(shí)，fh/b=n+k,由定理知，m是一個(gè)不超過(guò)n+k的最大整數(shù)，顯然，m=n，所以能恢復(fù)出原信號(hào)f（t）的最小抽樣速率為： fs=2(fl+fh)/(2n+1)式中n是一個(gè)不超過(guò)fh/b的最大整數(shù)，0<k<1通常k取1。1.2 量化原理量化就是把經(jīng)過(guò)抽樣的得到的瞬時(shí)值將其幅度離散，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時(shí)抽樣值用最接近的電平值來(lái)表示。量化的結(jié)果使抽樣信號(hào)變成量化信號(hào)，其值是離散的。故量化信號(hào)已經(jīng)是數(shù)字信號(hào)了，可以看成是多進(jìn)制脈沖信號(hào)。量化在連續(xù)抽樣值和量化值之間產(chǎn)生誤差，稱為量化誤差。1.2.1均勻量化如果用相等的量化間隔對(duì)抽樣得到的信號(hào)

11、做量化，那么這種量化方法稱為均勻量化。 工作原理： 在均勻量化中，每個(gè)量化區(qū)間的量化電平取在各區(qū)間的中點(diǎn)。其量化間隔i取決于輸入信號(hào)的變化范圍和量化電平數(shù)。若設(shè)輸入信號(hào)的最小值和最大值分別為a和b表示，量化電平數(shù)為m，則均勻量化時(shí)的量化間隔為i=（b-a）/m量化器輸出為x=xl。圖1-4均勻量化特性與量化誤差曲線量化器的輸入與輸出關(guān)系可用量化特性來(lái)表示，語(yǔ)言編碼常采用上圖所示輸入-輸出特性的均勻量化器，當(dāng)輸入m在量化區(qū)間mi-1mmi變化時(shí)，量化電平qi是該區(qū)間的中點(diǎn)值。而相應(yīng)的量化誤差eq=m-mq與輸入信號(hào)幅度m之間的關(guān)系曲線如上圖所示。過(guò)載區(qū)的誤差特性是線性增長(zhǎng)的，因而過(guò)載誤差比量化誤

12、差大，對(duì)重建信號(hào)有很壞的影響。在設(shè)計(jì)量化器時(shí)，應(yīng)考慮輸入信號(hào)的幅度范圍，是信號(hào)幅度不進(jìn)入過(guò)載區(qū)，或者只能以極小的概率進(jìn)去過(guò)載區(qū)。上述的量化誤差eq=m-mq通常稱為絕對(duì)量化誤差，它在每一個(gè)量化間隔內(nèi)的最大值均為/2。 均勻量化廣泛應(yīng)用于現(xiàn)行a/d變換接口，例如在計(jì)算機(jī)中，m為a/d變化的位數(shù)，常用的有8位、12位、16位等不同精度。1.2.2 非均勻量化非均勻量化的方法通常是將抽樣值通過(guò)壓縮再進(jìn)行均勻量化。通常使用的壓縮器中，大多數(shù)采用對(duì)數(shù)式壓縮。廣泛采用的兩種對(duì)數(shù)式壓縮率是u壓縮率和a壓縮率。1.2.3 a律壓縮律a壓縮律的壓縮特性為 ax/(1+lna) 0< x1/a y= (1+

13、lnax)/(1+lna) 1/a<x1其中，a是壓縮系數(shù)，y是歸一化的壓縮器輸出電壓，x為歸一化的壓縮器輸入電壓。圖1-5 a律對(duì)數(shù)壓縮特性1.2.4 13折線實(shí)際中，a壓縮律通常采用13折線來(lái)近似，十三折線如圖1-6所示，圖中先把x軸的0,1區(qū)間分為8個(gè)不均勻段。圖1-6 13折線示意圖其具體分法如下：將區(qū)間0,1一分為二，其中點(diǎn)為1/2，取區(qū)間0,1/2作為第八段；將剩下的區(qū)間0,1/2再一分為二，其中點(diǎn)為1/4，取區(qū)間1/4,1/2作為第七段；將剩下的區(qū)間0,1/4再一分為二，其中點(diǎn)為1/8,取區(qū)間1/8,1/4作為第六段；將剩下的區(qū)間0,1/8再一分為二，其中點(diǎn)為1/16,取區(qū)

14、間1/16,1/8作為第五段；將剩下的區(qū)間0,1/16再一分為二，其中點(diǎn)為1/32,取區(qū)間1/32,1/16作為第四段；將剩下的區(qū)間0,1/32再一分為二，其中點(diǎn)為1/64,取區(qū)間1/64,1/32作為第三段；將剩下的區(qū)間0,1/64再一分為二，其中點(diǎn)為1/128,取區(qū)間1/128,1/64作為第二段；最后剩下的區(qū)間0,1/128作為第一段。然后將y軸的0,1區(qū)間均勻的分成八段，從第一段到第八段分別為0,1/8、1/8,2/8、2/8,3/8、3/8,4/8、4/8,5/8、5/8,6/8、6/8,7/8、7/8,1分別與x軸的八段一一對(duì)應(yīng)。1.3脈沖編碼調(diào)制（pcm）若信源輸出的是模擬信號(hào)，

15、如電話機(jī)傳送的語(yǔ)音信號(hào)等，要使其在數(shù)字信道中傳輸，必須在發(fā)送端將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)即進(jìn)行a/d變換，在接收端要進(jìn)行d/a變換。對(duì)語(yǔ)音信號(hào)最典型的數(shù)字編碼就是脈沖編碼調(diào)制（pcm）。脈沖編碼調(diào)制，就是將模擬信號(hào)的抽樣量化值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼組的過(guò)程。圖1-7給出了脈沖編碼調(diào)制的示意圖。(a)抽樣脈沖 (b)pcm抽樣(c)pcm量化 (d)pcm編碼圖1-7脈沖編碼調(diào)制示意圖pcm系統(tǒng)的原理方框圖如圖1-8所示，輸入的模擬信號(hào)m（t）經(jīng)抽樣、量化、編碼后變換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)信道傳送到接收端的譯碼器，由譯碼器還原出抽樣值，再經(jīng)過(guò)低通濾波器濾出模擬信號(hào)。其中，量化與編碼的組合成為a/d變換器；而譯碼與

16、低通濾波的組合成為d/a變換。圖1-8 pcm通信系統(tǒng)方框圖1.4 差分脈沖編碼調(diào)制（dpcm） pcm體制需要用64kb/s的速率傳輸1路數(shù)字電話信號(hào)，而傳輸1路模擬信號(hào)僅占用3khz帶寬。相比之下，傳輸pcm信號(hào)占用更大的帶寬。為了降低數(shù)字電話信號(hào)的比特率，改進(jìn)的方法之一是采用預(yù)測(cè)編碼方法。dpcm是廣泛應(yīng)用的一種預(yù)測(cè)方法。dpcm與預(yù)測(cè)編碼類似，只是它有一個(gè)量化步驟。量化步驟和pcm中的量化步驟類似，可以是均勻量化，也可以是非均勻量化。在預(yù)測(cè)編碼中每個(gè)抽樣值不是獨(dú)立地編碼，而是先根據(jù)前幾個(gè)抽樣值計(jì)算出一個(gè)預(yù)測(cè)值，再取當(dāng)前抽樣值和預(yù)測(cè)值之差。將此差值編碼并傳輸。此差值稱為預(yù)測(cè)誤差。話音信號(hào)

17、等連續(xù)變化的信號(hào)，其相鄰抽樣值之間有一定的相關(guān)性，這個(gè)相關(guān)性使信號(hào)中含有冗余信息。由于抽樣值及其預(yù)測(cè)值之間有較強(qiáng)的相關(guān)性，即抽樣值和其預(yù)測(cè)值非常接近，使此預(yù)測(cè)誤差的可能取值范圍比抽樣值的變化范圍小。對(duì)于有些信號(hào)(例如圖像信號(hào))，由于信號(hào)的瞬時(shí)斜率比較大，很容易引起過(guò)載。因此，不能用簡(jiǎn)單增量調(diào)制進(jìn)行編碼。除此之外，這類信號(hào)也沒有像話音信號(hào)那種音節(jié)特性，因而也不能采用像音節(jié)壓擴(kuò)那樣的方法，只能采用瞬時(shí)壓擴(kuò)的方法。但瞬時(shí)壓擴(kuò)實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，因此，對(duì)于這類瞬時(shí)斜率比較大的信號(hào)，通常采用一種綜合了增量調(diào)制和脈沖編碼調(diào)制兩者特點(diǎn)的調(diào)制方法進(jìn)行編碼，這種編碼方式被簡(jiǎn)稱為脈碼增量調(diào)制，或稱差值脈碼調(diào)制，用d

18、pcm表示。2 matlab/simulink的簡(jiǎn)介matlab是矩陣實(shí)驗(yàn)室（matrixlaboratory）的簡(jiǎn)稱。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。 當(dāng)前流行的matlab 5.3/simulink 3.0包括擁有數(shù)百個(gè)內(nèi)部函數(shù)的主包和三十幾種工具包(toolbox)。工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。功能工具包用來(lái)擴(kuò)充matlab的符號(hào)計(jì)算,可視化建模仿真,文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能。學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的工具包,控制工具包,信號(hào)處理工具包,通信工具包等都屬于此類。matlab的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)

19、式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用matlab來(lái)解算問(wèn)題要比用c，fortran等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且mathwork也吸收了像maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使matlab成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)c，fortran，c+ ，java的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲絤atlab函數(shù)庫(kù)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(jìn)行下載就可以使用。matlab有著強(qiáng)大的功能，可以用來(lái)進(jìn)行多種工作，具體如下： 數(shù)值分析、數(shù)值和符號(hào)計(jì)算、工程與科學(xué)繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真、數(shù)字圖像處理技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處

20、理技術(shù)、通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真、財(cái)務(wù)與金融工程等。 matlab 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。附加的工具箱擴(kuò)展了 matlab 環(huán)境，可以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問(wèn)題。simulink是matlab軟件下的一個(gè)附加組件，是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的matlab軟件包。支持連續(xù)、離散以及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，同時(shí)它也支持具有不同部分擁有不同采樣率的多種采樣速率的仿真系統(tǒng)。在其下提供了豐富的仿真模塊。其主要功能是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真與分析，可以預(yù)先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，按仿真的最佳效果來(lái)調(diào)試及

21、整定控制系統(tǒng)的參數(shù)。simulink仿真與分析的主要步驟按先后順序?yàn)?從模塊庫(kù)中選擇所需要的基本功能模塊，建立結(jié)構(gòu)圖模型，設(shè)置仿真參數(shù)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真并觀看輸出結(jié)果，針對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行分析和比較。simulink模塊庫(kù)提供了豐富的描述系統(tǒng)特性的典型環(huán)節(jié)，有信號(hào)源模塊庫(kù)(source) ,接收模塊庫(kù)（sinks），連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)（continuous），離散系統(tǒng)模塊庫(kù)（discrete），非連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)（signal routing），信號(hào)屬性模塊庫(kù)（signal attributes），數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫(kù)（math operations），邏輯和位操作庫(kù)（logic and bit operatio

22、ns）等等，此外還有一些特定學(xué)科仿真的工具箱。simulink為用戶提供了一個(gè)圖形化的用戶界面（gui）。對(duì)于用方框圖表示的系統(tǒng)，通過(guò)圖形界面，利用鼠標(biāo)單擊和拖拉方式，建立系統(tǒng)模型就像用鉛筆在紙上繪制系統(tǒng)的方框圖一樣簡(jiǎn)單，它與用微分方程和差分方程建模的傳統(tǒng)仿真軟件包相比，具有更直觀、更方便、更靈活的優(yōu)點(diǎn)。不但實(shí)現(xiàn)了可視化的動(dòng)態(tài)仿真，也實(shí)現(xiàn)了與matlab、c或者fortran語(yǔ)言，甚至和硬件之間的數(shù)據(jù)傳遞，大大擴(kuò)展了它的功能。本次設(shè)計(jì)選擇用simulink而不是直接用matlab編程，一定程度上減小了設(shè)計(jì)難度，而且設(shè)計(jì)效果更加直觀。在庫(kù)函數(shù)中可以找到相應(yīng)的濾波器，乘法器等等，而且可以通過(guò)參數(shù)設(shè)

23、置，近似的實(shí)現(xiàn)實(shí)際中的效果，因此能夠更好地反映實(shí)際通信系統(tǒng)的情況。3 基于simulink的模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)與仿真分析3.1抽樣過(guò)程的設(shè)計(jì)與仿真分析基于matlab抽樣過(guò)程的設(shè)計(jì)圖如圖3-1所示：圖3-1抽樣過(guò)程的原理電路圖根據(jù)抽樣定理的內(nèi)容，對(duì)抽樣過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，用正弦波作為原始輸入信號(hào)，頻率設(shè)置為10hz，抽樣脈沖的頻率設(shè)置為30hz，使得抽樣頻率大于基帶信號(hào)最高頻率的二倍。然后再通過(guò)一個(gè)低通濾波器，設(shè)置帶寬為10hz，從而濾除其他信號(hào)無(wú)失真的得到原始輸入信號(hào)。 抽樣過(guò)程示波器顯示的圖形如圖3-2所示：圖3-2抽樣過(guò)程波形圖在波形圖中，第一個(gè)波形是原始正弦輸入信號(hào)，第二個(gè)波形為抽樣脈

24、沖，第三個(gè)波形是抽樣之后的波形，第四個(gè)波形為恢復(fù)之后的波形。由于抽樣頻率大于基帶信號(hào)最高頻率的二倍，所以能夠無(wú)失真的恢復(fù)出原始信號(hào)。如果使正弦信號(hào)頻率增大，或者降低抽樣脈沖的頻率，使其不滿足無(wú)失真抽樣的條件，最后輸出的波形也不能無(wú)失真的恢復(fù)原始的正弦信號(hào)。應(yīng)該注意的一點(diǎn)是：抽樣頻率并不是越高越好。只要能滿足抽樣頻率大于奈奎斯特頻率，并留有一定的防衛(wèi)帶即可。3.2量化過(guò)程的設(shè)計(jì)與仿真分析基于matlab量化過(guò)程的設(shè)計(jì)圖如圖3-3所示：圖3-3量化過(guò)程設(shè)計(jì)圖設(shè)計(jì)圖中各模塊參數(shù)的一系列設(shè)置如圖3-4所示：圖3-4 signal generation參數(shù)設(shè)置圖lookuptable進(jìn)行設(shè)置如圖3-5所

25、示，對(duì)單一斜率的原信號(hào)進(jìn)行壓縮，使其出現(xiàn)多個(gè)頻率，以便于更好地量化。 圖3-5 lookuptable參數(shù)設(shè)置圖對(duì)量化器參數(shù)進(jìn)行設(shè)置如圖3-6所示，對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化，分為八個(gè)量化間隔。圖3-6 quantizer參數(shù)設(shè)置圖lookuptable1進(jìn)行設(shè)置如圖3-7所示，把各段的斜率進(jìn)行詳細(xì)設(shè)置，-1,-1/2,-1/4,-1/8,-1/16,-1/32,-1/64,-1/128,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1。圖3-7 lookuptable1參數(shù)設(shè)置圖圖3-8 scope的仿真波形設(shè)計(jì)圖中示波器scope的仿真波形如圖3-8所示：顯示波形中，第一個(gè)波形顯示

26、的是原始波形，第二個(gè)波形是經(jīng)過(guò)壓縮之后的波形，壓縮之后不再是斜率單一的直線，而是a律壓縮波形。設(shè)計(jì)圖中示波器scope1的仿真波形如圖3-9所示：圖3-9 scope1的仿真波形顯示波形中，第一個(gè)波形顯示的是進(jìn)行自然量化之后的波形，第二個(gè)波形是經(jīng)過(guò)壓縮之后再量化的波形，近似于13折線的波形。3.3 pcm編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真分析3.3.1 pcm編碼器設(shè)計(jì)pcm編碼器的設(shè)計(jì)如圖3-10所示：圖3-10 pcm編碼器原理電路圖pcm編碼器設(shè)計(jì)圖中各模塊的參數(shù)設(shè)置如下。繼電器設(shè)置如圖3-11所示，在兩個(gè)常數(shù)中選出一個(gè)作為輸出。圖3-11 relay參數(shù)設(shè)置圖限制信號(hào)變化范圍,設(shè)置saturatio

27、n的參數(shù)，如圖3-12所示：圖3-12 saturation參數(shù)設(shè)置圖圖3-13 輸入輸出絕對(duì)值設(shè)置圖a律壓縮器進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，如圖3-14所示，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行a律壓縮。圖3-14 a律壓縮器參數(shù)設(shè)置量化器設(shè)置，以指定的時(shí)間間隔離散化輸入，如圖3-15所示：圖3-15 量化器參數(shù)設(shè)置圖增益設(shè)置，即將模塊的輸入乘以一個(gè)數(shù)值，如圖3-16所示：圖3-16 增益參數(shù)設(shè)置圖3-17比特輸出參數(shù)設(shè)置圖比特輸出設(shè)置輸出為7bit，如圖3-17所示：混合設(shè)置，將幾條輸入連線組合成一條向量連線，如圖3-18所示： 圖3-18 mux參數(shù)設(shè)置圖3.3.2 pcm解碼器設(shè)計(jì)pcm解碼器的設(shè)計(jì)如圖3-19所示：圖3

28、-19 pcm編碼器設(shè)計(jì)圖demux的輸出設(shè)置為8，mux的輸出設(shè)置為7，起解混作用，將向量信號(hào)分解為多個(gè)信號(hào)。其他模塊的參數(shù)設(shè)置同編碼器部分參數(shù)的設(shè)置相同。3.3.3有干擾信號(hào)的pcm編碼與解碼為了驗(yàn)證pcm編譯碼系統(tǒng)的特性，設(shè)計(jì)了一個(gè)有干擾的編譯碼過(guò)程。有干擾信號(hào)的pcm編碼與解碼設(shè)計(jì)圖如圖3-20所示：圖3-20有干擾信號(hào)的pcm編碼與解碼設(shè)計(jì)圖部分的模塊參數(shù)設(shè)置如下：對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行設(shè)置，使其產(chǎn)生一個(gè)正弦波。圖3-21 sine wave參數(shù)設(shè)置圖對(duì)zero-oder-hold設(shè)置，實(shí)現(xiàn)一個(gè)采樣周期的零階保持，如圖3-22所示： 圖3-22 zero-oder-hold參數(shù)設(shè)置圖把數(shù)據(jù)打

29、成幀格式，對(duì)一下模塊進(jìn)行設(shè)置，如圖3-23所示：圖3-23 frame conversion參數(shù)設(shè)置圖對(duì)緩沖器進(jìn)行設(shè)置，如圖3-24所示：圖3-24 buffer參數(shù)設(shè)置圖二進(jìn)制對(duì)稱信道設(shè)置，如圖3-25所示：圖3-25 binary symmetric參數(shù)設(shè)置圖對(duì)緩沖器進(jìn)行設(shè)置，如圖3-26所示：圖3-26 buffer1參數(shù)設(shè)置圖對(duì)數(shù)據(jù)設(shè)置，將一列數(shù)據(jù)變成矩陣，如圖3-27所示：圖3-27 reshape參數(shù)設(shè)置圖總體參數(shù)也需要進(jìn)行設(shè)置，如圖3-28所示：圖3-28總體參數(shù)設(shè)置圖設(shè)計(jì)圖中示波器scope的顯示波形如圖3-29、3-30所示：圖3-29示波器scope1的顯示波形第一個(gè)波形是

30、經(jīng)過(guò)二進(jìn)制對(duì)稱信道的波形，第二個(gè)波形為經(jīng)過(guò)信道以前的波形，由此可以看出，經(jīng)過(guò)一個(gè)二進(jìn)制對(duì)稱信道以后，一部分波被衰減掉。圖3-30示波器scope的顯示波形波形顯示中第一個(gè)波形為經(jīng)過(guò)pcm編碼和解碼之后的波形，第二個(gè)波形為原始波形的鋸齒狀波形。經(jīng)過(guò)兩個(gè)波形的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，加入干擾之后恢復(fù)出來(lái)的波形與原始波形有一定的誤差，但是仍然能夠看出pcm編譯碼器的作用。3.4 dpcm編譯碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析dpcm編譯碼的設(shè)計(jì)圖如圖3-31所示：圖3-31 dpcm編譯碼的設(shè)計(jì)圖對(duì)設(shè)計(jì)圖中的部分模塊進(jìn)行設(shè)置。首先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行設(shè)置，使得產(chǎn)生一個(gè)正弦波，如圖3-32所示：圖3-32 輸入信號(hào)參數(shù)設(shè)置圖對(duì)dpcm編碼模塊設(shè)置，此模塊的作用就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行差分脈沖編碼調(diào)制，如圖3-33所示：圖3-33 dpcm編碼模