PCM通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。PCM通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：駱準(zhǔn)專業(yè)班級(jí)：電信0601班指導(dǎo)教師：陳永泰作單位：信息工程學(xué)院題目：PCM通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)初始條件：具備通信課程的理論知識(shí)；具備模擬與數(shù)字電路基本電路的設(shè)計(jì)能力；掌握通信電路的設(shè)計(jì)知識(shí)，掌握通信電路的基本調(diào)試方法；自選相關(guān)電子器件；可以使用實(shí)驗(yàn)室儀器調(diào)試。要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、PCM碼速率128KB，兩路時(shí)分復(fù)用，通信雙方有線連接，語音信號(hào)無明顯失真，采用A律壓縮13折線芯片；2、系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)頻率2.0

2、48MHZ，時(shí)隙同步信號(hào)頻率為8KHZ；3、選用相應(yīng)合適的芯片，設(shè)計(jì)確定電路形式，對(duì)單元電路和整體系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算、仿真驗(yàn)證。4、進(jìn)行系統(tǒng)仿真，調(diào)試并完成符合要求的課程設(shè)計(jì)書。時(shí)間安排：二十二周一周，其中3天硬件設(shè)計(jì)，2天硬件調(diào)試指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名：年月日目錄摘要I1PCM原理11.1PCM系統(tǒng)組成11.2抽樣21.3量化21.4編碼32時(shí)分復(fù)用原理43實(shí)驗(yàn)電路圖73.1編譯碼芯片介紹73.2引腳圖73.3PCM編譯碼電路84仿真圖115心得體會(huì)13參考文獻(xiàn)14致謝151PCM原理1.1PCM系統(tǒng)組成干擾音頻信號(hào)編碼量化信道譯碼低通濾波音頻信號(hào)抽樣圖1.1PCM通信系統(tǒng)方

3、框圖抽樣低通抽樣定理指出，一個(gè)頻帶受限信號(hào)m(t)，如果它的最高頻率為fh，則可以唯一地由頻率等于或大于2fh的樣值序列所決定。在滿足抽樣定理的條件下，抽樣信號(hào)保留了原信號(hào)的全部信息。并且，從抽樣信號(hào)中可以無失真地恢復(fù)出原始信號(hào)。音頻信號(hào)頻譜如圖1.2。因?yàn)閷?duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行采樣相當(dāng)于將時(shí)域信號(hào)按抽樣抽樣頻率為周期進(jìn)行周期延擴(kuò)，因此需要在抽樣后得到的信號(hào)后一級(jí)加上一個(gè)低通濾波器，將音頻信號(hào)濾出。抽樣后信號(hào)頻譜如圖1.3。1.2音頻信號(hào)的頻譜1.3抽樣后的頻譜由于語音信號(hào)的頻率范圍為3003400HZ,通常將語音信號(hào)通過一個(gè)3400Hz低通濾波器（或通過一個(gè)3003400Hz的帶通濾波器），限制語音

4、信號(hào)的最高頻率為3400Hz，這樣可以用頻率大于或等于6800Hz的樣值序列來表示。抽樣分為自然抽樣和平頂抽樣。自然抽樣是在抽樣脈沖持續(xù)期間，樣值幅度隨輸入信號(hào)變化而變化。平頂抽樣是抽樣值的幅度為抽樣時(shí)刻信號(hào)的瞬時(shí)值，在抽樣脈沖持續(xù)期間樣值幅度。1.3量化量化是把經(jīng)過抽樣得到的瞬時(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表示。一個(gè)模擬信號(hào)經(jīng)過抽樣量化后，得到已量化的脈沖幅度調(diào)制信號(hào)，它僅為有限個(gè)數(shù)值。因此量化后信號(hào)是離散的。量化分為均勻量化和非均勻量化。均勻量化是把輸入信號(hào)的量化范圍按等間隔分割的量化。均勻量化中，每個(gè)量化區(qū)間的量化電平均取在各區(qū)間的中點(diǎn)。均勻量化的信

5、號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍受到較大的限制，小信號(hào)的信噪比小，由于門限效應(yīng)，編碼時(shí)的位數(shù)相對(duì)較多，設(shè)備較復(fù)雜。非均勻量化是根據(jù)信號(hào)的不同區(qū)間來確定量化間隔的。信號(hào)值小時(shí)，量化間隔也??；信號(hào)值大時(shí)，量化電平相對(duì)較大。這樣在不增加量化級(jí)數(shù)的條件下，使信噪比在較寬的范圍內(nèi)達(dá)到所需的指標(biāo)，從而改善了小信號(hào)的量化信噪比。非均勻量化實(shí)現(xiàn)方法是將樣值通過壓縮其后再進(jìn)行均勻量化，常用的是A律和U律。u律：A律：1.4編碼編碼是將量化值變換成代碼。它分為均勻量化編碼和非均勻量化編碼。非均勻量化中的13折線編碼用8位折疊二進(jìn)制碼來表示輸入信號(hào)的抽樣量化值。第一位表示量化的極性。第二至四位段落碼的八種可能的狀態(tài)來分別代表八個(gè)段落的

6、起點(diǎn)電平，其他四位碼的16種狀態(tài)用來分別代表每一段落的十六個(gè)均勻劃分的量化級(jí)。2時(shí)分復(fù)用原理一個(gè)頻帶限制在fH以內(nèi)的模擬信號(hào)m(t),可以用時(shí)間上離散了的抽樣值m(kTs)來傳輸,m(kTs)包含了m(t)的全部信息。如果信道對(duì)m(t)的傳輸不產(chǎn)生失真和不引入噪聲,則m(t)=km(t-t0),只是大小不同,或產(chǎn)生一定的時(shí)延。這樣的系統(tǒng)只傳輸一路信號(hào)是不經(jīng)濟(jì)也沒有必要的。如果利用ms(kTs)在時(shí)間上離散的相鄰脈沖間有很大空隙的特征。在此中插入其它若干路也是抽樣后的信號(hào)。只要各路抽樣信號(hào)在時(shí)間上能區(qū)分開(互不重疊),那么這個(gè)信道就有可能同時(shí)傳輸多路信號(hào),達(dá)到多路復(fù)用的目的。這種多路復(fù)用稱為時(shí)分

7、多路復(fù)用TDM。時(shí)分復(fù)用是建立在抽樣定理基礎(chǔ)上的，因?yàn)槌闃佣ɡ硎惯B續(xù)（模擬）的基帶信號(hào)有可能被在時(shí)間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖所代替。這樣，當(dāng)抽樣脈沖占據(jù)較短時(shí)間時(shí)，在抽樣脈沖之間就留出了時(shí)間空隙。利用這些空隙便可以傳輸其他信號(hào)的抽樣值，因此，就可能用一條信道同時(shí)傳送若干個(gè)基帶信號(hào),并且每一個(gè)抽樣值占用的時(shí)間越短，能夠傳輸?shù)穆窋?shù)也就越多。時(shí)間復(fù)用信號(hào)在接收端只要在時(shí)間上恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行分離，各個(gè)信號(hào)就能分別得到恢復(fù)。時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，一是多路信號(hào)的匯合與分路都是數(shù)字電路，簡單、可靠；二是時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)對(duì)非線性失真的要求比較低。時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)對(duì)信道中時(shí)鐘相位抖動(dòng)及接收端與發(fā)送端的時(shí)鐘同步問題

8、提出了較高的要求。所謂同步是指接收端能正確地從數(shù)據(jù)流中識(shí)別各路序號(hào)。為此，必須在每幀內(nèi)加上標(biāo)志信號(hào)（即幀同步信號(hào)）。它可以是一組特定的碼組，也可以是特定寬度的脈沖。在實(shí)際通信系統(tǒng)中還必須傳遞信令以建立通信連接，如傳送電話通信中的占線、摘機(jī)與掛機(jī)信號(hào)以及振鈴信號(hào)等信令。上述所有信號(hào)都是時(shí)間分割，按某種固定方式排列起來，稱為幀結(jié)構(gòu)。采用時(shí)分復(fù)用的數(shù)字通信系統(tǒng)，在國際上已逐步建立其標(biāo)準(zhǔn)。原則上是把一定路數(shù)電話語音復(fù)合成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)流（稱為基群），然后再把基群數(shù)據(jù)流采用同步或準(zhǔn)同步數(shù)字復(fù)接技術(shù)，匯合成更高速地?cái)?shù)據(jù)信號(hào)，復(fù)接后的序列中按傳輸速率不同，分別成為一次群、二次群、三次群、四次群等等。圖2.1兩

9、個(gè)信號(hào)的時(shí)分復(fù)用在下圖中，第一路模擬信號(hào)送入時(shí)分復(fù)用模塊，第二路模擬信號(hào)送入模擬信號(hào)數(shù)字化模塊，分別在這兩個(gè)模塊中進(jìn)行PCM編碼，得到兩路PCM碼（PCMA和PCMB），再和時(shí)分復(fù)用模塊產(chǎn)生的幀同步碼進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，得到包含四路數(shù)據(jù)（第四路為空數(shù)據(jù)）、一幀為32位的時(shí)分復(fù)用信號(hào)，其復(fù)用部分的原理框圖如圖2.2。圖2.2時(shí)分復(fù)用原理框圖時(shí)分復(fù)用是通過時(shí)鐘信號(hào)對(duì)移位寄存器構(gòu)成的并/串轉(zhuǎn)換電路的輸出信號(hào)輪流進(jìn)行選通而實(shí)現(xiàn)的，時(shí)分復(fù)用輸出信號(hào)的位同步信號(hào)的頻率為BS的四倍，幀同步信號(hào)的頻率為位同步信號(hào)的三十二分之一。時(shí)分復(fù)用輸出信號(hào)每一幀由32位組成，其幀結(jié)構(gòu)如圖2.3所示，撥碼開關(guān)SW701可設(shè)置幀同

10、步碼的碼型。圖2.3幀結(jié)構(gòu)圖復(fù)用信號(hào)通過解復(fù)用電路還原出兩路PCM編碼信號(hào)，分別送入時(shí)分復(fù)用模塊和模擬信號(hào)數(shù)字化模塊進(jìn)行PCM譯碼輸出，得到的兩路信號(hào)分別與輸入信號(hào)相同。圖2.4是解復(fù)用部分的原理框圖。圖2.4解復(fù)用原理框圖在解復(fù)用電路中，先通過幀同步信號(hào)和位同步信號(hào)把四路數(shù)據(jù)分開，然后通過移位寄存器構(gòu)成的并/串轉(zhuǎn)換電路輸出串行的數(shù)據(jù)。3實(shí)驗(yàn)電路圖3.1編譯碼器芯片介紹編譯碼器是把Codec和Filter集成在一個(gè)芯片上，它的框圖見下圖所示。該器件為TP3067。圖3.1TP3067的內(nèi)部圖3.2引腳符號(hào)符號(hào)功能VPO+接收功率放大器的同相輸出。GNDA模擬地，所有信號(hào)均以該引腳為參考點(diǎn)。VP

11、O-接收功率放大器的倒相輸出。VPI接收功率放大器的倒相輸入。VFRO接收濾波器的模擬輸出。VCC正電源引腳，VCC=+5V士5%FSR接收幀同步脈沖，F(xiàn)SR為8kHz脈沖序列。DR接收幀數(shù)據(jù)輸入。PCM數(shù)據(jù)隨著FSR前沿移入DR。BCLKRCLKSEL在FSR的前沿后把數(shù)據(jù)移入DR的位時(shí)鐘，其頻率可從64kHz至2.48MHz。MCLKRPDN接收主時(shí)鐘，其頻率可以為1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。MCLKX發(fā)送主時(shí)鐘，其頻率可以是1.536MHz，1.544MHz或2.048MHz.它允許與MCLKR異步，同步工作能實(shí)現(xiàn)最佳性能。BCLKXPCM數(shù)據(jù)從DX上移出的位時(shí)

12、鐘，頻率從64kHz至2.048MHz，必須與MCLKX同步。DX由FSX啟動(dòng)的三態(tài)PCM數(shù)據(jù)輸出。FSX發(fā)送幀同步脈沖輸入，它啟動(dòng)BCLKX并使DX上PCM數(shù)據(jù)移到DX上。ANLB模擬環(huán)回路控制輸入，在正常工作時(shí)必須置為邏輯“0”，當(dāng)拉到邏輯“1”時(shí)，發(fā)送濾波器和前置放大器輸出被斷開，改為和接收功率放大器的VPO+輸出連接。GSX發(fā)送輸入放大器的模擬輸出。用來在外部調(diào)節(jié)增益。VFXI-發(fā)送輸入放大器的倒相輸入。VFXI+發(fā)送輸入放大器的非倒相輸入。VBB負(fù)電源引腳，VBB=-5V5%。3.3PCM編譯碼電路PCM編譯碼電路所需的工作時(shí)鐘為2.048MHz，F(xiàn)SR、FSX的幀同步信號(hào)為8KHz

13、窄脈沖，圖3.2是短幀同步定時(shí)波形圖，圖3.3是時(shí)鐘電路測(cè)量點(diǎn)波形圖，圖3.4是PCM編譯碼電路的波形圖，圖5-10是它的電原理圖。在本實(shí)驗(yàn)中選擇A-Law變換，以2.048Mbit來傳送信息，信息幀為無信令幀，它的發(fā)送時(shí)序與接收時(shí)序直接受FSX和FSR控制。還有一點(diǎn)，編譯碼器一般都有一個(gè)PDN降功耗控制端，PDN=0時(shí)，編譯碼能正常工作，PDN=1時(shí)，編譯碼器處于低功耗狀態(tài)，這時(shí)編譯碼器其它功能都不起作用，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)編譯碼器的降功耗控制。圖3.2短幀同步定時(shí)圖3.3PCM編譯碼工作時(shí)鐘圖3.4PCM電路原理圖4.仿真圖用SYSTEMVIEW軟件仿真，電路圖如下。4.1時(shí)分復(fù)用碼

14、產(chǎn)生電路4.2編譯碼電路圖4.3輸入音頻信號(hào)與輸出的音頻信號(hào)圖4.4A律壓縮后的音頻信號(hào)仿真時(shí)采用幅值為1，頻率分別為1kHZ,1500HZ,2000HZ的正弦信號(hào)來模擬音頻信號(hào)。由圖4.3可以看出，輸入和輸出的波形有一定的延時(shí)，失真較少。由圖4.4看出，壓縮后，幅度很小的小信號(hào)的信噪比得到很大的改善。5心得體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，我對(duì)通信原理有了更深的認(rèn)識(shí)，尤其是在本次課程設(shè)計(jì)中運(yùn)用的PCM相關(guān)知識(shí)。這次課程設(shè)計(jì)不僅是一次課本知識(shí)的綜合應(yīng)用，而且是對(duì)我自身意志力的一次磨練。此次課設(shè)題目為PCM通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅要用到多方面的課本理論知識(shí)，還需要對(duì)系統(tǒng)連接方法有較高程度的掌握，在設(shè)計(jì)過程中

15、，遇到了如下的一些問題：首先，必須根據(jù)實(shí)際情況合理的設(shè)計(jì)采樣頻率和抽樣脈沖的參數(shù)，以防波形的失真，由于在剛開始的時(shí)候,沒有合理設(shè)置采樣頻率的參數(shù),出現(xiàn)了在譯碼時(shí)恢復(fù)波形的失真,最后根據(jù)采樣頻率fs大于等于2fH條件,通過不斷調(diào)試,最終可以合理地恢復(fù)源信號(hào)波形。但由于在信道傳輸過程中由于各種原因而引起譯碼波形有一定的延時(shí)現(xiàn)象。在調(diào)試帶使能端的8路數(shù)據(jù)選擇器在實(shí)現(xiàn)PCM編碼輸出的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)輸出時(shí)，起初由于沒有合理應(yīng)用選擇控制端，而導(dǎo)致數(shù)據(jù)輸出毫無規(guī)律，即八路數(shù)據(jù)當(dāng)中隨機(jī)地從哪一路輸出，最后通過設(shè)置頻率不同的三路脈沖方波作用于選擇控制端，去控制每一路的數(shù)據(jù)輸出，然后經(jīng)過調(diào)試完成了PCM編

16、碼的正確輸出。在設(shè)計(jì)濾波器時(shí),首先要看系統(tǒng)信號(hào)源輸出信號(hào)頻率到底是處于在哪個(gè)頻率范圍,再根據(jù)其他參考參數(shù)和系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)要求,決定是要設(shè)計(jì)哪種類型的濾波器,是低通型還是帶通型濾波器。在這次課程設(shè)計(jì)中，我們還遇到了老師在課堂上沒有講過的很多內(nèi)容，比容鎖相環(huán)的工作原理和工作過程，還有同步信號(hào)的相關(guān)知識(shí)。這些在本次課程設(shè)計(jì)中是很重要的部分。但是，由于時(shí)間有限，我只是簡單的了解了一下。我想，在今后的學(xué)習(xí)中，我還是需要自己勤看書，多思考，來補(bǔ)充這塊短板。要真正學(xué)好通信原理光靠一次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要我們以后多花時(shí)間看書并實(shí)踐，多和專業(yè)課老師交流。這次課設(shè)讓我認(rèn)識(shí)到自己的短處所在，端正了我的學(xué)

17、習(xí)態(tài)度，激勵(lì)我更加努力的學(xué)習(xí)。最后，我要衷心的感謝在本次課程設(shè)計(jì)過程中帶領(lǐng)我們并耐心輔導(dǎo)的老師，還有給予我?guī)椭乃型瑢W(xué)。參考文獻(xiàn)1樊昌信，張甫翊，徐炳祥，吳成柯.通信原理.北京：國防工業(yè)出版社2004年2張素文.高頻電子線路.北京：高等教育出版社2004年3吳偉陵,續(xù)大我,龐沁華通信原理北京郵電大學(xué)出版社，20054青松，程岱松，武建華數(shù)字通信系統(tǒng)的SystemView仿真與分析北京航空航天大學(xué)出版社，20015HYPERLINK/Search/?author=曹志剛，錢亞生編著&page=1o搜索曹志剛，錢亞生編著編寫的更多圖書t_blank曹志剛，錢亞生.現(xiàn)代通信原理HYPERLINK/Search/?publisher=清華大學(xué)出版社&page=1o搜索清華大學(xué)出版社出版的更多圖書t_blank清華大學(xué)出版