PCM通信系统设计.doc
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1、武汉理工大学通信原理课程设计说明书课程设计任务书学生姓名: 骆 准 专业班级: 电信0601班 指导教师: 陈 永 泰 作单位: 信息工程学院 题 目: PCM通信系统设计初始条件:具备通信课程的理论知识;具备模拟与数字电路基本电路的设计能力;掌握通信电路的设计知识,掌握通信电路的基本调试方法;自选相关电子器件;可以使用实验室仪器调试。要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)1、PCM码速率128KB,两路时分复用,通信双方有线连接, 语音信号无明显失真,采用A律压缩13折线芯片; 2、系统时钟信号频率2.048MHZ,时隙同步信号频率为8KHZ;3、选
2、用相应合适的芯片,设计确定电路形式,对单元电路和整体系统进行计算、仿真验证。4、进行系统仿真,调试并完成符合要求的课程设计书。时间安排: 二十二周一周,其中3天硬件设计,2天硬件调试指导教师签名: 年 月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日16武汉理工大学通信原理课程设计说明书目 录摘要I1 PCM原理11.1 PCM系统组成11.2 抽样21.3 量化21.4 编码32 时分复用原理4 3 实验电路图73.1编译码芯片介绍73.2引脚图73.3 PCM编译码电路84 仿真图115 心得体会13参考文献14致谢151 PCM原理1.1 PCM系统组成 干扰音频信号编码量化信道译 码低通滤
3、波音频信号抽样图1.1 PCM通信系统方框图1.2 抽样低通抽样定理指出,一个频带受限信号m(t),如果它的最高频率为fh,则可以唯一地由频率等于或大于2fh 的样值序列所决定。在满足抽样定理的条件下,抽样信号保留了原信号的全部信息。并且,从抽样信号中可以无失真地恢复出原始信号。音频信号频谱如图1.2 。 因为对时域信号进行采样相当于将时域信号按抽样抽样频率为周期进行周期延扩,因此需要在抽样后得到的信号后一级加上一个低通滤波器,将音频信号滤出。抽样后信号频谱如图1.3 。1.2 音频信号的频谱1.3 抽样后的频谱由于语音信号的频率范围为3003400HZ,通常将语音信号通过一个3400 Hz
4、低通滤波器(或通过一个3003400Hz 的带通滤波器),限制语音信号的最高频率为3400Hz,这样可以用频率大于或等于6800 Hz 的样值序列来表示。抽样分为自然抽样和平顶抽样。自然抽样是在抽样脉冲持续期间,样值幅度随输入信号变化而变化。平顶抽样是抽样值的幅度为抽样时刻信号的瞬时值,在抽样脉冲持续期间样值幅度。1.3 量化量化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。 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。因此量化后信号是离散的。量化分为均匀量化和非均匀量化。均匀量化是把输入信号的量化范围按等间隔分割
5、的量化。均匀量化中,每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点。均匀量化的信号的动态范围受到较大的限制,小信号的信噪比小,由于门限效应,编码时的位数相对较多,设备较复杂。非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。信号值小时,量化间隔也小;信号值大时,量化电平相对较大。这样在不增加量化级数的条件下,使信噪比在较宽的范围内达到所需的指标,从而改善了小信号的量化信噪比。非均匀量化实现方法是将样值通过压缩其后再进行均匀量化,常用的是A律和U律。u律:A律:1.4 编码编码是将量化值变换成代码。它分为均匀量化编码和非均匀量化编码。非均匀量化中的13折线编码用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值
6、。第一位表示量化的极性。第二至四位段落码的八种可能的状态来分别代表八个段落的起点电平,其他四位码的16种状态用来分别代表每一段落的十六个均匀划分的量化级。2 时分复用原理一个频带限制在fH以内的模拟信号m(t),可以用时间上离散了的抽样值m(kTs)来传输,m(kTs)包含了m(t)的全部信息。如果信道对m(t)的传输不产生失真和不引入噪声,则m(t)=km(t-t0),只是大小不同,或产生一定的时延。这样的系统只传输一路信号是不经济也没有必要的。如果利用ms(kTs)在时间上离散的相邻脉冲间有很大空隙的特征。在此中插入其它若干路也是抽样后的信号。只要各路抽样信号在时间上能区分开(互不重叠),
7、那么这个信道就有可能同时传输多路信号,达到多路复用的目的。这种多路复用称为时分多路复用TDM。时分复用是建立在抽样定理基础上的,因为抽样定理使连续(模拟)的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲所代替。这样,当抽样脉冲占据较短时间时,在抽样脉冲之间就留出了时间空隙。利用这些空隙便可以传输其他信号的抽样值,因此,就可能用一条信道同时传送若干个基带信号,并且每一个抽样值占用的时间越短,能够传输的路数也就越多。时间复用信号在接收端只要在时间上恰当地进行分离,各个信号就能分别得到恢复。时分复用通信系统有两个突出的优点,一是多路信号的汇合与分路都是数字电路,简单、可靠;二是时分复用通信系统对非线性失
8、真的要求比较低。时分复用系统对信道中时钟相位抖动及接收端与发送端的时钟同步问题提出了较高的要求。所谓同步是指接收端能正确地从数据流中识别各路序号。为此,必须在每帧内加上标志信号(即帧同步信号)。它可以是一组特定的码组,也可以是特定宽度的脉冲。在实际通信系统中还必须传递信令以建立通信连接,如传送电话通信中的占线、摘机与挂机信号以及振铃信号等信令。上述所有信号都是时间分割,按某种固定方式排列起来,称为帧结构。采用时分复用的数字通信系统,在国际上已逐步建立其标准。原则上是把一定路数电话语音复合成一个标准数据流(称为基群),然后再把基群数据流采用同步或准同步数字复接技术,汇合成更高速地数据信号,复接后
9、的序列中按传输速率不同,分别成为一次群、二次群、三次群、四次群等等。图2.1 两个信号的时分复用在下图中,第一路模拟信号送入时分复用模块,第二路模拟信号送入模拟信号数字化模块,分别在这两个模块中进行PCM编码,得到两路PCM码(PCMA和PCMB),再和时分复用模块产生的帧同步码进行时分复用,得到包含四路数据(第四路为空数据)、一帧为32位的时分复用信号,其复用部分的原理框图如图2.2。图2.2时分复用原理框图时分复用是通过时钟信号对移位寄存器构成的并/串转换电路的输出信号轮流进行选通而实现的,时分复用输出信号的位同步信号的频率为BS的四倍,帧同步信号的频率为位同步信号的三十二分之一。时分复用
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