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内蒙古师范大学计算机与信息工程学院 《通信软件》课程设计报告 实习题目 指导教师 职 称 学生姓名 学 号 日 期 实习题目 指导教师 职 称 学生姓名 学 号 日 期 实习题目 指导教师 职 称 学生姓名 学 号 日 期 设计题目 PCM系统的量化分析 指导教师 俞宗佐 职称 讲师 姓 名 申哲 学 号 20091103965 日 期 2012年6月30日 1 PCM系统的量化分析 计算机与信息工程学院 2009级通信工程 申哲 20091103965 指导教师 俞宗佐 讲师 摘要 本文从均匀量化以及非均匀量化不同的角度对PCM系统进行设计与仿真详细的分析了在模拟语音信号与数字语音信号之间的转换中均匀量化对系统的影响以及非均匀量化的作用。
关键字 PCM均匀量化非均匀量化 The quantitative analysis of PCM system Computer and Information Engineering College Communications Engineering. ShenZhe 200911103657 Directed by YuZongZuo lecturer Abstract This paper from the uniform quantitative and non-uniform quantitative different angles on PCM system design and simulation detailed analysis of the speech signal and digital simulation in speech signal conversion between even quantification and influence of system of uniform quantitative role. Keywords PCM Even quantitative Non-uniform quantitative 1、引言 随着电子技术和计算机技术的发展仿真技术得到了广泛的应用。
基于信号的用于通信系统的动态仿真软件SystemView具有强大的功能可以满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用并且提供了嵌入式的模块分析方法形成多层系统使系统设计更加简洁明了便于完成复杂系统的设计。
SystemView具有良好的交互界面通过分析窗口和示波器模拟等方法提供了一个可视的仿真过程不仅在工程上得到应用在教学领域也得到认可尤其在信号分析、通信系统等领域。
其可以实现复杂的模拟、数字及数模混合电路及各 2 种速率系统并提供了内容丰富的基本库和专业库。
本文主要阐述了如何利用SystemView实现脉冲编码调制PCM。
系统的实现通过模块分层实现模块主要由PCM编码模块、PCM译码模块、及逻辑时钟控制信号构成。
通过仿真设计电路分析电路仿真结果为最终硬件实现提供理论依据。
2.System View软件 2.1 System view简介 SystemView是美国ELANIX公司推出的基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具它使用功能模块Token去描述程序无需与复杂的程序语言打交道不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真快速地建立和修改系统、访问与调整参数方便地加入注释。
2.2 System view软件特点 SystemView的库资源十分丰富包括含若干图标的基本库Main Library及专业库Optional Library基本库中包括多种信号源、接收器、加法器、乘法器各种函数运算器等专业库有通讯Communication、逻辑Logic、数字信号处理DSP、射频/模拟RF/Analog等它们特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通讯等通信系统并可进行各种系统时域和频域分析、谱分析及对各种逻辑电路、射频/模拟电路混合器、放大器、RLC电路、运放电路等进行理论分析和失真分析。
System View能自动执行系统连接检查给出连接错误信息或尚悬空的待连接端信息通知用户连接出错并通过显示指出出错的图标。
这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。
System View的另一重要特点是它可以从各种不同角度、以不同方式按要求设计多种滤波器并可自动完成滤波器各指标——如幅频特性伯特图、传递函数、根轨迹图等之间的转换。
在系统设计和仿真分析方面System View还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统波形。
在窗口内可以通过鼠标方便地控制内部数据的图形放大、缩小、滚动等。
另外分析窗中还带有一个功能强大的“接收计算器”可以完成对仿真运行结果的各种运算、谱分析、滤波。
3 System View还具有与外部文件的接口可直接获得并处理输入/输出数据。
提供了与编程语言VC或仿真工具Matlab的接口可以很方便的调用其函数。
还具备与硬件设计的接口与Xilinx公司的软件Core Generator配套可以将System View系统中的部分器件生成下载FPGA芯片所需的数据文件另外System View还有与DSP芯片设计的接口可以将其DSP库中的部分器件生成DSP芯片编程的C语言源代码。
3实验目的 1.1熟悉和掌握systemview仿真软件 1.2设计和仿真出在均匀量化以及非均匀量化下的PCM系统 1.3分析和对比在均匀量化与非均匀量化下的输出波形有何区别 1.4在老师的指导下要求独立完成课程设计的全部内容并按要求编写课程设计报告能够正确阐述和分析实验结果。
4工作原理 4.1 PCM系统介绍 PCM即脉冲编码调制就是把一个时间连续取值连续的模拟语音信号变换成时间离散取值离散的数字语音信号后在信道中传输。
PCM的实现主要包括三个步骤完成抽样、量化、编码。
分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。
2.2电路组成模块 PCM系统非均匀量化电路的组成原理框图如图1所示 图1 PCM系统非均匀量化原理框图 PCM系统均匀量化电路的组成原理框图如图2 所示 低通滤波 瞬时压缩 抽 样 量 化 编 码 低通滤波 瞬时扩张 解 调 解 码 信 道 再 生 话音输入 话音输出 低通滤波 信 道 抽 样 量 化 编 码 解 调 解 码 再 生 话音输入 4 图2 PCM系统均匀量化原理框图 4.3 PCM系统的工作原理及过程 PCM系统总电路仿真图如图3 所示 图3 PCM系统总电路图 4.3.1 PCM系统输入信号 在本系统输入信号采用的是三个信号经过混频器叠加的信号作为系统的输入信号为了方便说明问题采用了大信号与小信号两组信号进行实验图4 、图5 为输入信号的波形。
图4 小信号输入波形图 图5 大信号输入波形图 4.3.2 PCM系统抽样 低通滤波 话音输出 5 抽样就是对模拟信号进行周期性扫描把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。
该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息也就是说能无失真的恢复原模拟信号。
它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。
抽样定理指出对于一个频带限制在零到fh的低通模拟信号抽样时若最小抽样速率不低于奶奎斯特抽样速率2fh则能够无失真的输出原模拟信号。
4.3.3 PCM系统量化 从数学上来看量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。
如图6所示量化器Q输出L个量化值kyk123??L。
ky常称为重建电平或量化电平当量化器输入信号幅度x落在kx与1kx之间时量化器的输出电平为ky。
此时这个量化过程就可以表达为1123kkkyQxQxxxykL 这里kx称为分层电平或判决阈值。
通常kkkxx1称为量化间隔。
下图为模拟信号的量化图 图6 模拟信号的量化 模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。
均匀量化是指把输入信号的取值域等间隔分割的量化称为均匀量化。
利用A/D转换器就可实现均匀量化。
完成A/D转换后利用带使能端的8路数据选择器的数据并/串转换用三个信号为选择控制端在这里控制轮流输出并行数据为串行数据通过数据选择器还可以实现码速转换功能这样就能接收量化波形。
图7、图8 为大小信号时均匀量化的量化波形图 模拟入 y x 量化器 量化值 6 图7 小信号的均匀量化波形图 图
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