通信原理課程簡介(五篇)

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通信原理課程簡介篇一

在pcm系統中，為了得到二進制數字序列，要對量化后的數字信號進行編碼，每個抽樣量化值用一個碼組（碼字）表示其大小。碼長一般為7位或8位，碼長越大，可表示的量化級數越多，但編、解碼設備就越繁雜。那么能否找到其它更為簡單的方法完成信號的模/數轉換呢？

如圖1.1所示：

f(t)′t)f（

0t11010111111000t二進制碼序列t

編碼后的數字信號圖1.1增量調制波形示意圖

圖中在模擬信號f(t)的曲線附近，有一條階梯狀的變化曲線f′(t),f′(t)與f(t)的外形相像。顯然，只要階梯“臺階〞σ和時間間隔δt足夠小，則f′(t)與f(t)的相像程度就會提高。對f′(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f′(t)可以攜帶f(t)的全部信息（這一點很重要）。因此，f′(t)可以看成是用一個給定的“臺階〞σ對f(t)進行抽樣與量化后的曲線。我們把“臺階〞的高度σ稱為增量，用“1〞表示正增量，代表向上增加一個σ；用“0〞表示負增量，代表向下減少一個σ。

則這種階梯狀曲線就可用一個“0〞、“1〞數字序列來表示（如圖1.1所示），也就是說，對f′(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?yōu)閿底中蛄械姆椒ǎㄟ^程）就稱為增量調制（deltamodulation），縮寫為dm或δm調制。

增量調制最早由法國人deloraine于1946年提出，目的是簡化模擬信號的武漢理工大學《通信原理》課程設計說明書

數字化方法。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102～103的信道中，而pcm則要求信道的誤比特率為104～106。

(3)設備簡單，制造簡單。

增量調制與pcm的本質區(qū)別是只用一位二進制碼進行編碼，但這一位碼不表示信號抽樣值的大小，而是表示抽樣時刻信號曲線的變化趨向。

武漢理工大學《通信原理》課程設計說明書δm的調制原理

如何在發(fā)送端形成f′(t)信號并編制成相應的二元碼序列呢？細心分析一下圖1.1，對比在每個抽樣時刻δt處的f(t)和f′(t)的值可以發(fā)現：（1）當f(iδt)f′(iδt_)時，上升一個σ，發(fā)“1〞碼（2）當f(iδt)根據上述分析，我們給出增量調制器框圖如圖2.1所示：

t(t)

f(t)＋∑－e(t)抽樣判決po(t)rc′t)f(積分器(a)增量調制器(編碼器)框圖(b)rc積分器圖2.1增量調制原理框圖

f′(iδt)可以由編碼輸出的二進制序列反饋到一個理想的積分器以后得到。由于該積分器又具有解碼功能，因此又稱為本地解碼器（譯碼器）。f(iδt)和f′(iδt)的差值，可以用一個對比電路（減法器）來完成。量化編碼可以用一個雙穩(wěn)判決器來執(zhí)行，并生成雙極性二進制碼序列。具體調制過程描述如下：

設f′(0-)=0（即t=0時刻前一瞬間的量化值為零），因此有：t=0時，e(0)=f(0)-f′(0-)0，則po(0)=1t=δt時，e(δt)=f(δt)-f′(δt_)0，則po(δt)=1；t=2δt時，e(2δt)=f(2δt)-f′(2δt_)0，則po(2δt)=0；t=3δt時，e(3δt)=f(3δt)-f′(3δt_)0，則po(3δt)=1；t=4δt時，e(4δt)=f(4δt)-f′(4δt_)0，則po(4δt)=0；t=5δt時，e(5δt)=f(5δt)-f′(5δt_)0，則po(5δt)=1；t=6δt時，e(6δt)=f(6δt)-f′(6δt_)0，則po(6δt)=1。以此類推，即可得到如圖2.2所示的波形：

武漢理工大學《通信原理》課程設計說明書

f(t)′t)f(t(t)(a)抽樣脈沖0t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12t13t14tt

(b)樣值信號2t0t3t4t11t12t13t14t5t6t7t8t9t10tt圖2.2增量調制過程示意圖

發(fā)現圖2.2中的f′(t)和圖1.1的波形不一樣。其實，圖1.1的階梯波只是為了形象地說明增量調制原理，而實際積分器的輸出波形如圖2.3所示：

0t00t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12t13t14tpo(t)11010111111000t′t)f((d)積分器輸出信號

圖2.3積分器輸出信號

武漢理工大學《通信原理》課程設計說明書δm的解調原理

為了完成整個通信過程，發(fā)送端調制出的信號必需在接收端通過解調恢復出原始模擬信號。δm信號的解調對比簡單，用一個和本地解碼器一樣的積分器即可。在接收端和發(fā)送端的積分器一般都是一個rc積分器。解調過程就是圖2.2和圖2.3中的積分過程。當積分器輸入“1〞碼時，積分器輸出產生一個正斜變的電壓并上升一個量化臺階σ；而當輸入“0〞碼時，積分器輸出電壓就下降一個量化臺階σ。

為了保證解調質量，對解碼器有兩個要求：

（1）每次上升或下降的大小要一致，即正負斜率大小一樣。

（2）解碼器應具有“記憶〞功能，即輸入為連續(xù)“1〞或“0〞碼時，輸出能連續(xù)上升或下降。

對積分器的輸出信號進行低通濾波，濾除波形中的高頻成分，即可得到與原始模擬信號十分近似的解調信號，如圖3.1所示：

(a)增量解調器(譯碼器)框圖0(b)各點波形tpo(t)fo(t)積分器′t)f(低通濾波fo(t)′t)f（圖3.1增量調制譯碼(解調)示意圖

武漢理工大學《通信原理》課程設計說明書增量調制存在的問題

增量調制盡管有前面所述的不少優(yōu)點，但它也有兩個不足：一個是一般量化噪聲問題；另一個是過載噪聲問題。兩者可統一稱為量化噪聲。

觀測圖1.1可以發(fā)現，階梯曲線（調制曲線）的最大上升和下降斜率是一個定值，只要增量σ和時間間隔δt給定，它們就不變。那么，假如原始模擬信號的變化率超過調制曲線的最大斜率，則調制曲線就跟不上原始信號的變化，從而造成誤差。我們把這種因調制曲線跟不上原始信號變化的現象叫做過載現象，由此產生的波形失真或者信號誤差叫做過載噪聲。

另外，由于增量調制是利用調制曲線和原始信號的差值進行編碼，也就是利用增量進行量化，因此在調制曲線和原始信號之間存在誤差，這種誤差稱為一般量化誤差或一般量化噪聲。兩種噪聲示意圖如圖4.1所示：

′t)f（f(t)′t)f(f(t)

n(t)tn(t)t圖4.1兩種量化噪聲的示意圖

細心分析兩種噪聲波形我們發(fā)現，兩種噪聲的大小與階梯波的抽樣間隔δt和增量σ有關。我們定義k為階梯波一個臺階的斜率，式中,fs是抽樣頻率，該斜率被稱為最大跟蹤斜率，當信號斜率大于跟蹤斜率時，稱為過載條件，此時就會出現過載現象；當信號斜率等于跟蹤斜率時，稱為臨界條件；當信號斜率小于跟蹤斜率時，稱為不過載條件。

可見，通過增大量化臺階（增量）σ進而提高階梯波形的最大跟蹤斜率，就可以減小過載噪聲；而降低σ則可減小一般量化噪聲。顯然，通過改變量化臺階

ktf（4.1）

s武漢理工大學《通信原理》課程設計說明書

進行降噪出現了矛盾，因此，σ值必需兩頭兼顧，適選中取。不過，利用增大抽樣頻率（即減小抽樣時間間隔δt），卻可以“左右逢源〞，既能減小過載噪聲，又可降低一般量化噪聲。因此，實際應用中，δm系統的抽樣頻率要比pcm系統高得多（一般在兩倍以上，對于話音信號典型值為16khz和32khz）。

另外，假如模擬信號為交流信號，且信號峰-峰值小于σ時，增量調制器的輸出將不隨信號的變化而變化，只輸出“1〞和“0〞交替出現的數字序列。只有當信號峰值大于σ/2時，調制器才輸出隨交流信號的變化而變化的數字序列,因此，把σ/2電平稱為增量調制器的起始編碼電平。

武漢理工大學《通信原理》課程設計說明書電路設計

δm調制與解調系統電路如圖5.1所示:

圖5.1δm調制與解調系統電路

δm調制與解調系統組成框圖如圖5.2所示：

圖5.2δm調制與解調系統組成框圖

對比器電路原理圖如圖5.3所示：

武漢理工大學《通信原理》課程設計說明書

圖5.3對比器電路

本地譯碼器電路圖如圖5.4所示：

圖5.4本地譯碼器電路

抽樣脈沖發(fā)生器和抽樣判決器電路圖如圖5.5所示：

圖5.5抽樣脈沖發(fā)生器和抽樣判決器電路

武漢理工大學《通信原理》課程設計說明書

低通濾波器電路圖如圖5.6所示：

圖5.6低通濾波器電路

武漢理工大學《通信原理》課程設計說明書心得體會

這次通信原理的課程設計，我們的題目是δm通信系統設計，經過翻閱《通信原理》的課本，以及相關資料，還有在網上搜集的類似設計，最終我們確定了設計思路和電路原理圖。

增量調制可以看成pcm的一個特例，由于它們都是用二進制代碼形式去表示模擬信號的方式。但是在pcm中，信號的代碼表示模擬信號的抽樣值，而且，為了減小量化噪聲，一般需要較長的代碼及較繁雜的編譯碼設備。而δm是將模擬信號變換成僅由一位二進制碼組成的數字信號序列，并且在接收端也只需要用一個線性網絡，便可復制出原模擬信號。

首先跟據設計思路，設計各個模塊的電路，再將各模塊連接起來，通過再次的翻閱課本及相關資料，確定對應的參數，從而得到這個電路設計圖。

接下來就是調試。通過硬件的調試，修改相關元