通信技术专业毕业论文答辩

来源：独旅网

摘要

本文研究的主要内容是《通信原理》仿真实验平台的设计与实现---模拟

信号数字化Matlab软件仿真。若信源输出的是模拟信号，如电话传送的话音信号，模拟摄像机输出的图像信号等，若使其在数字信道中传输，必须在发送端将模拟信号转换成数字信号，即进行A/D变换，在接收端则要进行D/A变换。模拟信号数字化由抽样、量化、编码三部分组成。而且就针对量化就行更加具体的研究以及讨论，由于数字信号的传送具有稳定性好，可靠性高，方便传送和传送等诸多优点，使得被广泛应用到各种技术中。不仅如此，Matlab仿真软件是常用的工具之一，可用于通信系统的设计和仿真。在科研教学方面发挥着重要的作用。Matlab有诸多优点，编程简单、操作容易、处理数据迅速等。

本文主要阐述的是模拟信号数字化的理论基础和实现方法。利用Matlab提供的可视化工具建立了数字化系统的仿真模型，详细讲述了抽样、量化、编码的设计，并指出了在仿真建模中要注意的问题。在给定的仿真条件下，运行了仿真程序，得到了预期的仿真结果。

关键词：Matlab、模拟信号数字化、仿真

Abstract

The main contents of this paper is to design and implementation of an analog signal is digitized --- Matlab software simulation, \" Communication Theory\" simulation platform. If the source is an analog signal output , such as telephone transmission voice signal , the analog image signals output from the camera , if the digital channel to transmit , at the transmitting end must convert the analog signal into a digital signal , i.e. A / D converting , at the receiving end will carry out D / A conversion . The analog signal is digitized by sampling, quantization , encoding the three component parts . And the line for the quantification studies and discussions more specific , since the transmission of digital signals having a good stability, high reliability, easy transfer and transport many other advantages , has been widely applied to a variety of such techniques . Not only that , Matlab simulation software is one of the commonly used tools for design and simulation of communication systems.

Plays an important role in research and teaching . Matlab has many advantages , programming is simple, easy to operate , fast data processing and so on.

This paper describes an analog signal digitization theoretical basis and implementation. Matlab using visualization tools provided by the establishment of a digital system simulation model , a detailed account of the sampling , quantization, coding design , and pointed out in simulation modeling to pay attention to. Under the given conditions of the simulation , the simulation program is running to obtain the desired simulation result.

Keywords : Matlab, the analog signal is digitized simulation

摘要 ...................................................................................................................................... 0 Abstract ................................................................................................................................ 0

目录 ............................................................................................................................... 1 第一章绪论 ........................................................................................................................... 2

1.1 课题的提出 ............................................................................................................. 2 1.2 论文研究领域发展及其现状 ................................................................................... 3

1.3论文所包含的内容............................................................................................ 4 1.3.1 本论文具体探究内容 .................................................................................... 4 1.3.2 本论文的研究方法 ........................................................................................ 4

第二章通信系统的概念、组成、及其重要性 ...................................................................... 5

2.1 通信系统的概念、组成、及其重要性 ..................................................................... 5

2.1.1通信系统仿真的概念 ..................................................................................... 5 2.2通信系统的组成 ...................................................................................................... 5

2.2.1通信系统的一般模型 ..................................................................................... 5 2.2.2模拟通信模型和数字通信模型 ...................................................................... 6 2.3通信系统仿真的重要作用 ........................................................................................ 8 第三章通信系统仿关内容概述 ..................................................................................... 10

3.1.课题开发环境 ........................................................................................................ 10 3.2.软件简介 ............................................................................................................... 10 3.3.MATLAB的特点 .................................................................................................... 10

3.3.1编程环境 ..................................................................................................... 11 3.3.2简单易用 ..................................................................................................... 11 3.3.3强处理能力 ................................................................................................. 11 3.3.4图形处理 ..................................................................................................... 11 3.3.5程序接口 ..................................................................................................... 12 3.3.6应用软件开发 .............................................................................................. 12 3.4.Simulink简介 ........................................................................................................ 12

第四章通信系统信道及信道编码的相关研究 .................................................................. 14

4.1 信道 ...................................................................................................................... 14

4.1.1信道的定义 ................................................................................................. 14 4.1.2调制信道模型 .............................................................................................. 14 4.1.3 编码信道模型 ............................................................................................. 15 4.2 恒参信道与变参信道 ............................................................................................ 16 4.3 抗多径衰落措施 .................................................................................................... 16

4.3.1采用分集接收 .............................................................................................. 16 4.3.2采用不同调制方式 ...................................................................................... 16 4.4 信道的加性噪声 .................................................................................................... 17 4.5 信道容量 ........................................................................................................... 17 第五章模拟信号数字化传输的研究机仿真 ........................................................................ 17

5.1 抽样定理............................................................................................................... 18

5.1.1 低通信号的抽样定理 .................................................................................. 18 5.1.2 带通信号的抽样定理 ................................................................................ 20 5.2模拟信号的量化 .................................................................................................... 21

5.2.1 均匀量化 .................................................................................................. 21 5.2.2 非均匀量化................................................................................................. 22 5.2.3 A律13折线压扩技术 .............................................................................. 24 5.3 脉冲编码调制PCM ............................................................................................ 26

5.3.1 PCM编码基本概念 .................................................................................. 26 5 .3.2 A律13折线特性PCM编码 ................................................................... 27 5.3.3 逐次反馈型PCM编码器 ............................................................................ 28 5.3.4 PCM解码器 ................................................................................................ 29 5.4 差分脉冲编码调制DPCM .................................................................................. 30

5.4.1 差分脉冲编码调制DPCM的基本概念 ..................................................... 30 5.4.2 DPCM的编码、解码过程 ........................................................................ 30 5.4.3 DPCM的性能分析 ................................................................................... 32 5.5仿真设计的结果 .................................................................................................... 33

5.5.1 PCM编码器电路设计 ................................................................................. 33 5.5.2编码部分封装 .............................................................................................. 34 5.5.3 PCM解码器设计 ........................................................................................ 35 5.5.4解码部分封装 .............................................................................................. 36 5.5.5有干扰信号的PCM编码与解码 .................................................................. 36 5.5.6 PCM编解码的仿真结果 ............................................................................. 39 5.5.7 DPCM编解码的仿真结果 ........................................................................... 39

第六章总结和展望 ............................................................................................................ 42

第一章绪论

1.1 课题的提出

通信系统仿真贯穿着通信工程设计的全过程，对通信系统的发展起着举足轻重的作用。通信系统仿真具有广泛的适应性和极好的灵活性，有助于我们更好的

研究通信系统的性能。模拟信号数字化方面，设计实现了均匀量化与编码系统、PCM编解码系统、脉幅调制系统。各个调制解调系统以Multisim软件为仿真平台，实现了模拟线号数字传输。

在数字通信系统中首要任务是信源编码，即对输入模拟信号进行数字化，将模拟输入信号变成数字信号。主要的模拟信号数字化技术有：PCM，通常把模拟抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制；DPCM,差分脉冲编码调制，一种广泛应用的基本预测方法；▽M,增量调制，一种简单的DPCM，当DPCM系统中量化器的量化电平取为2时，此DPCM系统为增量调制系统ADPM,自适应查分脉冲编码调制，该算法利用了语音信号样点间的相关性，并针对语音信号的非平稳特点，使用了自适应预测和自适应量化。因此对模拟信号数字化技术的研究具有现实意义。

1.2 论文研究领域发展及其现状

（1）数字化过程主要包括三个步骤：抽样，量化，编码。量化后的信号变成了数字信号。为了适应传输和存储，通常用变慢的方法将其变成二进制信号的形式。常用的编码方式有PCM,▽M,DPCM,ADPCM等。

当今时代是信息化时代，而信息的数字化也越来越为研究人员所重视。早在40年代，香农证明了采样定理，即在一定条件下，用离散的序列可以完全代表一个连续函数。就实质而言，采样定理为数字化技术奠定了重要基础。1929年美国科学家伊夫斯在纽约和华盛顿之间播送50行的彩色电视图像，发明了彩色电视机。除了将前面所讲到的西林所发明的电磁式电报机以外，还有德国的简梅林发明的电化学式电报机，高斯和韦伯（德国）的电报机，库克和惠斯能（英国）的5针式电报机等。电报机的形式也是各种各样的，有音响式，印刷式，指针式，钟铃式等。其中，库克和惠斯通的5针式电报机最为有名。1837年，这种电报机曾通过架设在伦敦与西德雷顿之间长达20公里的5根电线而投入实际使用。

①数字化是数字计算机的基础 ②数字化是多媒体技术的基础

③数字化是软件技术的基础，是智能技术的基础 ④数字化是信息社会的技术基础 ⑤数字化是信息社会的技术基础

（2）、模拟信号数字化技术今后的发展趋势

a.数字信号与模拟信号相比，前者是加工信号。加工信号对于有杂波和易产生失真的外部环境和电路条件来说，具有较好的稳定性。可以说，数字信号适用于易产生杂波和波形失真的录像机及远距离传送使用。数字信号传送具有稳定性好、可靠性高的优点。根据上述的优点，还不能断言数字信号是与杂波无关的信号。

b.数字信号需要使用集成电路(IC)和大规模集成电路(ISI)，而且计算机易于处理数字信号。数字信号还适用于数字特技和图像处理。

c.数字信号处理电路简单。它没有模拟电路里的各种调整，因而电路工作稳定、技术人员能够从日常的调整工作中出来。

1.3论文所包含的内容

1.3.1 本论文具体探究内容

在本论文中首先需要对通信系统的概念、组成、及其重要性进行系统的介绍；其次对本论文具体运用到的软件进行全面的概述恶意就是对MATLAB软件中的Simulink的工作环境和各种操作进行一系列的介绍；后面又对通信系统信道研究；然后重点进行进行模拟信号数字化传输的研究以及仿真，现将模拟信号数字化的三个大步骤进行研究，第一是对抽样里面具体是对抽样定理进行相应的解析，第二步是对量化进行更加详细的研究，其中量化又分为均匀量化和非均匀量化，在非线性量化中，采样输入信号幅度和量化输出数据之间定义了两种对应关系，一种称为15折线μ律压扩算法，主要在北美和日本等国家的PCM24路群系统中采用；另一种称为13折线A律压扩算法，主要在英国、法国、德国等欧洲国家的PCM30/32路群系统中采用。最后进行总结和展望。 1.3.2 本论文的研究方法

本论文主要是在掌握理论知识的基础上采用Matlab/Simulink动态仿真的方法对系统进行模块搭建和仿真。对各个部分进行参数设置，调试参数，并根据仿真结果分析系统的特性，得到有用信息的方法对模拟信号数字化系统进行仿真研究。

第二章通信系统的概念、组成、及其重要性

2.1 通信系统的概念、组成、及其重要性

2.1.1通信系统仿真的概念

实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，只要对这个系统做出稍微的任何变化都可能影响整个系统的性能和稳定，因此，在对原来固有的系统进行改建或者建立之前，通常我们会先对这个系统进行建模和仿真。用仿真结果来证明方法的可行性，也从而运用当中合理的系统配置和参数设置，最后将这一系列的饿方案运用到实际的系统当中，这就是所谓的通信系统仿真。

2.2通信系统的组成

2.2.1通信系统的一般模型 ①通信的目的是传输消息。

②实现消息传递所需的一切设备和传输媒质的总和称为通信系统。 ③基于点与点之间的通信系统的一般模型可用图 2-1 来描述。通信系统的一般模型

图 2-1通信系统的一般模型

（1）信源

定义——产生消息的来源。

作用——信源的作用是把待传输的消息转换成原始电信号，该原始电信号称为基带信号；发送设备的作用是将原始电信号处理成适合在信道中传输的信号。它所要完成的功能很多，例如调制、放大、滤波和发射等，在数字通信系统中发送设备又常常包含信源编码和信道编码等。

距离——电话机、摄像机、电传机、计算机等。分类——模拟信源、数字信源 (2) 发送设备

信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号使信源和信道匹配。发送设备的变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式。对数字通信系统，发送设备常常又包括编码器与调制器。

（3）信道

①信道是指信号传输通道，按传输媒介的不同，可分为有线信道和无线信道两大类。

②无线信道中，信道可以是大气（自由空间） ③有线信道中，信道可以是明线、电缆或光纤。（4）接收设备

①功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解码等。 ②它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。

（5）信宿

信宿是传输信息的归宿点，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。（6）噪声源

噪声源是通信系统中各种设备以及信道中所固有的，并且是人们所不希望的。干扰的来源是多样的，它可分为内部干扰和外部干扰，而且外部干扰往往是从信道引入的，因此，为了分析方便，把干扰源视为各处干扰的集中表现而抽象加入到信道。

2.2.2模拟通信模型和数字通信模型

①信源分为两大类：连续信源；离散信源。

②连续信源消息是通过模拟信号来传递的。离散信源消息是通过数字信号来传递的。

③传输模拟信号的通信系统称为模拟通信系统；传输数字信号的通信系统称为数字通信系统。 f (nT )f (t) 1001Ot10111001tO 图2-2连续信号及其抽样图2-3离散信号及其连续载波调制 (a)(a)PAM信号（1）模拟通信系统模型 f (nT )数字信息00111001O(b)tPSK波形-- (b)--

信源发出的是基带信号，具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输。把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，并可在接收端进行反变换，是用调制器和解调器实现的。

模拟通信系统模型中的发送设备和接收设备主要是调制器和解调器。

信源调制信道解调信宿噪声干扰图2-4模拟通信系统模型

如图所示：①信源：将连续消息变换成模拟电信号(基带信号)的设备|模拟信源；

②信宿：逆变换设备。

③调制：匹配信道传输的信号变换器，使传输信号的已调参量与基带信号成线性关系。

目的：保证传输，优点：效率高、损耗小；安全可靠、抗干扰性强。因此调制主要用于频带信道传输。

④解调：调制的逆变换。调制解调统称为MODEM。

⑤信道：由传输媒质与相应交换、中继、收发信机与天馈线等构成的信号传输通道。若信源信号直接传送，则为基带信道，主要是低频基带信号；若用信源信号经调制后的已调信号(频带信号) 进行传输，则为频带信道。

电信号的传输媒质主要分无线媒质和有线媒质两类。有线媒质包括光纤、电缆、电力线；无线媒质主要指频率在0Hz » 1015Hz 之间的电磁波频段，分：长波、中波、短波、微波(卫星、散射、接力等)、红外、激光等频段。

（2）数字通信系统模型

数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，如图数字通信涉及的技术问题很多，主要有信源编码/译码、信道编码/译码、数字调制/解调、数字复接、同步以及加密等。

数字通信系统模型

信源加密编码调制信道解调译码解密信宿噪声干扰图2-5 数字通信系统模型

如图所示：（1）加密与解密

在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，人为将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫加密。在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息，叫解密。

（2）信道编码与译码

为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编码”。接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。

（3）数字调制与解调

数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到载频处，形成适合在信道中传输的频带信号。基本的数字调制方式有振幅键控ASK、频移键控FSK、绝对相移键控PSK、相对（差分）相移键控DPSK。对这些信号可以采用相干解调或非相干解调还原为数字基带信号。

2.3通信系统仿真的重要作用

通信系统仿真应用到了通信系统工程的各个阶段，而且现代计算机软件技术迅速发展的社会，新一代的通信仿真软件的使用让通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观便捷，推动了仿真时代的进步。

随着通信系统中信号的处理复杂程度的提高，我们也相应的推出了一系列相对应的新技术，这些新技术是的我们对信息的处理更加短时，高效，省力。同样通信系统的仿真也越来越重要。通信系统的仿真实质上是把硬件实验在计算机上进行具体的操作，和硬件相比较它的价值我们具体概括为以下几点：

⑴软件实验具有广泛的适应性和相当好的灵活性。 ⑵软件实验更加有助于我们比较全面的研究整个通信系统。

⑶硬件实验的精准度取决于各种元器件的类别和它们的工艺水平，软件实验的精确度取决于各类程序的运算量以及CPU的运转速度等。

⑷软件实验建设开发周期短，成本低。

第三章通信系统仿关内容概述

3.1.课题开发环境

模拟信号数字化系统设计的研究是通过MATLAB仿真实现。SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统的仿真的一个软件包，它的模块库包含了许多实现不同功能的模块，使得研究者可以方便的构建功能清晰、结构合理的仿真系统。

3.2.软件简介

MATLAB是由美国的MathWorks公司推出的一种科学计算和工程仿真软件，它的名称源自于Matrix Laboratory（矩阵实验室），专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB将高性能的科学计算、结果可视化和编程集中在一个易于操作的环境中，并提供了大量的内置函数，具有强大的矩阵计算和绘图功能，适用于科学计算控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。可以直接调用，用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。

3.3.MATLAB的特点

⑴编程效率高 ⑵用户使用方便 ⑶扩充能力强，交互性好 ⑷移植性和开放性很好 ⑸语句简单，内容丰富 ⑹高效方便的矩阵和数组运算 ⑺方便的绘图功能

3.3.1编程环境

MATLAB由一系列工具组成。这些工具方便用户使用MATLAB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。 3.3.2简单易用

MATLAB是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。 3.3.3强处理能力

MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。

3.3.4图形处理

MATLAB的数据可视化功能自从它的诞生就已经无法遮掩，它把向量和矩阵用图形的方式表现出来，而且可以对图形惊醒并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。

3.3.5程序接口

MATLAB的一个重要特色就是具有一套程序扩展系统和一组称之为工具箱的特殊应用子程序。工具箱是MATLAB函数的子程序库，每一个工具箱都是为某一类学科专业和应用而定制的，主要包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波分析和系统仿真等方面的应用。 3.3.6应用软件开发

应用软件开发是指使用程序语言C#、 java 、 c++、vb等高级语言编写，主要是用于商业、生活应用的软件的开发。应用软件它可以拓宽计算机系统的应用领域，放大硬件的功能。其开发应用软件是为满足用户不同领域、不同问题的应用需求而提供的那部分软件。

3.4.Simulink简介

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，

Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.

构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。

第四章通信系统信道及信道编码的相关研究

4.1 信道

4.1.1信道的定义

狭义信道：信号的传输媒质|如架空明线、电缆、大气、电离层反射、对

流层散射、毫米波波导、光导纤维等。

广义信道：传输媒质+有关传输设备，如：天馈线、收发信机、调制与解调器等。

广义信道又分：调制信道、编码信道，如图4-1 所示。

图4-1 调制信道与编码信道

调制信道：从调制器输出¡!解调器输入之间的传输线路

功能：传输已调信号| 实质上作为整体来观察与分析已调信号传输后的变换结果，这里传输媒质作用是主要的

编码信道：从编码器输出¡!译码器输入之间的传输线路

功能：传输编码数字信号| 整体地观察与分析数字信号传输后的变换结果。显然，编码信道包括调制信道。模拟信号传输主要受调制信道影响，而数字信号传输还受编码信道的影响。 4.1.2调制信道模型

调制信道共性(大量实际信道考察结果)：

①有一对（或多对）输入端，则必然有一对（或多对）输出端； ② 绝大部分信道是线性的，即满足叠加原理； ③ 信号通过信道需要一定的延迟时间； ④ 信道对信号有损耗（固定损耗或时变损耗）；

⑤ 即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的功率输出（噪声）。

4.1.3 编码信道模型

调制信道基本原理

信道编码通过在传输数据中引入冗余来避免数字数据在传输过程中出现差错。用于检测差错的信道编码称为检错编码，而既可检错又可纠错的信道编码称为纠错编码。

纠错和检错技术的基本目的是通过在无线链路的数据传输中引入冗余来改进信道的质量。冗余比特的引入增加了原始信号的传输速率。因此，在源数据速率固定的情况下，这增加了带宽要求，结果降低了高SNR情况下的带宽效率，却大大降低了低SNR情况下的BER。根据香农定理可知，只要SNR足够大，就可以用很宽的带宽来实现无差错通信。这就是3G应用宽带CDMA的部分原因。另一方面，差错控制编码的宽度是随编码长度的增加而增加的。因此，纠错编码在带宽受限的环境中是有一定优势的，并且在功率受限的环境中提供一定的链路保护。

信道编码器把源信息变成编码序列，使其可用于信道传输，这就是它处理数字信息源的方法。检错码和纠错码有三种基本类型：分组码、卷积码和Turbo码。

分组码是一种前向纠错（FEC）编码。它是一种不需要重复发送就可以检出并纠正有限个错误的编码。在分组码中，校验位被加到信息位之后，以形成新的码字（或码组）。在一个分组编码器中，k个信息位被编为n个比特，而n-k个校验位的作用就是检错和纠错。分组码以（n，k）表示，其编码速率定义为Rc=k/n，这也是原始信息速率与信道信息速率的比值。

卷积码与分组码有根本的区别，它不是把信息序列分组后再进行单独编码，而是由连续输入的信息序列得到连续输出的已编码序列。已经证明，在同样的复杂度下，卷积码可以比分组码获得更大的编码增益。

卷积码是在信息序列通过有限状态移位寄存器的过程中产生的。通常，移位寄存器包含N级（每级k

比特），并对应有基于生成多项式的m个线性代数方

程。输入数据每次以k位移入移位寄存器，同时有n位数据作为已编码序列输出，编码速率为Rc=k/n。参数N称为约束长度，它指明了当前的输出数据与多少的输入数据有关。N决定了编码的复杂度和能力大小。

4.2 恒参信道与变参信道

恒参信道的k(t)基本不随时间变化。变参信道的k(t)随机快速变化。变参信道又称随参信道，变参信道的特性比恒参信道要复杂得多，对信号的影响比恒参信道也要严重得多。从对信号传输影响来看，传输媒质的影响是主要的，而转换器的特性的影响是次要的，甚至可以忽略不计。通常，把架空明线、电缆、波导、中长波地波传播、超短波及微波视距传播、卫星中继、光导纤维以及光波视距传播等传输媒质构成的信道称为恒参信道；而将短波电离层反射，超短波流星余迹散射，超短波及微波对流层散射，超短波电离层散射以及超短波视距绕射等传输媒质所分别构成的信道称为随参信道。

变参信道传输媒质的特点：

(1)对信号的衰耗随时间的变化而变化； (2)传输时延随时间变化而变化； (3)具有多径传播(多径效应)。

4.3 抗多径衰落措施

4.3.1采用分集接收

分集|分散得到相互统计的几条主要路径信号，再合并=)衰落；分集方式

空间分集：有足够间距(100个波长左右)的几副接收天线；

频率分集：用多个有足够间隔的载频传输同一信号(jfo2 ¡ fo1j ¸ 1=¿m)；角度分集：同一天线的几个不同指向的波束接收同一信号；

极化分集：分别接收水平极化波和垂直极化波(两种波相关性小，尤其是短波信道)

信号合并方式

最佳选择方式：从几个分散信号选择信噪比最高的一个信号；等增益方式：几个分散信号等增益相加作接收信号；

最大比方式：各支路信号增益加权合并，加权系数与信噪比成正比。 4.3.2采用不同调制方式

采用一些新的调制技术，如时频编码、扩频、OFDM、透明带内单边带(TTIB)等技术皆有抗多径的能力。

4.4 信道的加性噪声

信道内噪声的来源是很多的，它们表现的形式也多种多样。根据它们的

来源不同，可以粗略地分为4类

（1）无线电噪声。它来源于各种用途的无线电发射机。

（2）工业噪声。它来源于各种电气设备，如电力线、点火系统、电车、电源开关、电力铁道、高频电炉等。

（3）天电噪声。它来源于雷电、磁暴、太阳黑子以及宇宙射线等。（4）内部噪声。它来源于信道本身所包含的各种电子器件、转换器以及天线或传输线等。

以噪声的性质来分类更有利。按噪声性质区分如下。（1）单频噪声。它主要指无线电干扰。

（2）脉冲干扰。它包括工业干扰中的电火花，断续电流以及天电干扰中的雷电等。

（3）起伏噪声。它主要指信道内部的热噪声和器件噪声以及来自空间的宇宙噪声。

4.5 信道容量

离散信道(编码信道)|用符号转移概率描述的信道

连续信道(调制信道)|主要由调制解调方式决定，信道模型用时变线性网络描述

SCtBlog21N(b/s)

图 4-2 信道容量与带宽关系

第五章模拟信号数字化传输的研究机仿真

常见的信源通常都是模拟信号，为了对信息有效的处理，交换和传输，首先应将模拟信号数字化，变为数字信号后再在信道中传输。这个数字化过程就是信

源编码的过程。接收端只要再进行和发送端相反的信源译码过程，就可以恢复出发送端传输的原始信号。如图5-1所示为模拟信号的数字化传输过程示意图

模拟信号源模数转换数字通信系统数模转换模拟信号数字信号数字信号模拟信号图5-1模拟信号的数字化传输过程示意图

5.1 抽样定理

抽样定理是模拟信号数字传输的理论基础，它告诉我们：如果对某一带宽有限的时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且在抽样频率达到一定数值时，根据这些抽样值（常称为样值）可以在接收端准确地恢复出原始信号。

根据被抽样信号是低通型信号还是带通型信号，抽样定理可分为低通信号的抽样定理和带通信号的抽样定理。 5.1.1 低通信号的抽样定理 1．定理内容

抽样定理在时域上可以表述为：对于一个频带在(0，fH)Hz内的时间连续信号f(t)，如果以Ts≤1/(2fH)秒的间隔对其进行等间隔抽样，则f(t)将被所得到的抽样值完全确定。

模拟信号的抽样过程如图5-2所示。

图5-2 模拟信号的抽样过程示意图

（a）模拟信号的抽样实现；（b）信号的恢复过程

如图5-2分析可知模拟信号抽样过程中各个信号的波形与频谱如图5-3所示（f(t)、δT(t)为已知假设的信号）。

图5-3 抽样过程中的信号波形与频谱

(a)模拟信号的波形与频谱； (b)冲激函数信号的波形与频谱； (c)抽样信号的波形与频谱

如图5-4所示为两种情况下的频谱分析结果。当抽样频率小于奈奎斯特频率时，即如果ωs＜2ωH，则抽样后信号的频谱在相邻的周期内发生混叠，如图5-4(c)图所示；当抽样频率大于或等于奈奎斯特频率时，接收端恢复出来的信号才与原信号基本一致。

应该注意的一点是：抽样频率并不是越高越好。只要能满足抽样频率大于奈奎斯特频率，并留有一定的防卫带即可图5-4 两种情况下的抽样信号频谱分析结果 (a)信号的频谱；

(b) fs > 2fm时抽样信号的频谱；(c) fs < 2fm时抽样信号的频谱。 5.1.2 带通信号的抽样定理

实际中遇到的许多信号是带通型信号，模拟信号的频带在fL~ fH之间，fL为信号最低频率，fH为最高频率。而且当fL>B，其中B= fH－fL时，该信号通常被称为带通型信号，其中B为带通信号的频带。

对于带通信号，如果采用低通抽样定理的抽样速率fs≥2fH，对频率在fL与fH之间的带通型信号抽样，肯定能满足频谱不混叠的要求，如图3-5（带通信号的抽样频谱）所示。

图5-5 带通信号的抽样频谱

定理内容：一个带通信号f(t)，其频率在fL与fH之间，带宽为B=fH—fL，如果最小抽样速率fs=2fH/n，n是一个不超过fH/B的最大整数，那么f(t)就可完全由抽样值确定。

下面分两种情况说明：

（1）若最高频率fH为带宽的整数倍，即fH =nB。此时fH /B=n是整数，m=n，所以抽样速率fs=2 fH /m=2B。

（2）若最高频率fH不为带宽的整数倍，即 HfnBkB 0k1

此时，fH /B=n+k，由定理知，m是一个不超过n+k的最大整数，显然，m=n，所以能恢复出原信号f(t)的最小抽样速率为

2(fLfH)fs2n1 式中n是一个不超过fH /B的最大整数，0＜k＜1通常k取1。

5.2模拟信号的量化

5.2.1 均匀量化

如果用相等的量化间隔对抽样得到的信号作量化，那么这种量化方法称为均匀量化（也称线性量化）。

x模拟入量化器 y量化值 1. 工作原理

在均匀量化中，每个量化区间的量化电平取在各区间的中点，图5-7是均匀量化的举例。

其量化间隔Δi取决于输入信号的变化范围和量化电平数。若设输入信号的最小值和最大值分别用a和b表示,量化电平数为M，则均匀量化时的量化间隔为

量化器输出为

baiMmqqi mi1mmi

图5-7 均匀量化举例

量化器的输入与输出关系可用量化特性来表示，语音编码常采用图5-8（a）所示输入-输出特性的均匀量化器，当输入m在量化区间mi-1≤m≤mi变化时，

量化电平qi是该区间的中点值。而相应的量化误差eq=m-mq与输入信号幅度m之间的关系曲线如图5-8（b）所示。

过载区的误差特性是线性增长的，因而过载误差比量化误差大，对重建信号有很坏的影响。在设计量化器时，应考虑输入信号的幅度范围，使信号幅度不进入过载区，或者只能以极小的概率进入过载区。上述的量化误差eq=m-mq通常称为绝对量化误差，它在每一量化间隔内的最大值均为Δ/2。

图5-8 均匀量化特性与量化误差曲线

2. 量化噪声分析

在衡量系统性能时应看噪声与信号的相对大小，我们把绝对量化误差与信号之比称为相对量化误差。相对量化误差的大小反映了量化器的性能，通常用量化信噪比（S/Nq）来衡量，它被定义为信号功率与量化噪声功率之比，即

SE[M2]2式中，E表示求统计平均，S为信号功率，（S/Nq）NqE[mNqmq为量化噪声功率。显然，]越大，量化性能越好。

均匀量化器广泛应用于线性A/D变换接口，例如在计算机的A/D变换中，M为A/D变换器的位数，常用的有8位、12位、16位等不同精度。另外，在遥测遥控系统、仪表、图像信号的数字化接口等中，也都使用均匀量化器。 5.2.2 非均匀量化

非线性量化的基本想法是，对输入信号进行量化时，大的输入信号采用大的量化间隔，小的输入信号采用小的量化间隔，实现非均匀量化的方法之一是采用

压缩扩张技术，在发送端将信号压缩，在接收端再将接收到的压缩信号还原成原始信号，非均匀量化的基本原理图如图3-9所示

图5-9 非均匀量化的原理示意图

在非线性量化中，采样输入信号幅度和量化输出数据之间定义了两种对应关系，一种称为15折线μ律(μ-Law)压扩算法，主要在北美和日本等国家的PCM24路群系统中采用；另一种称为13折线A律(A-Law)压扩算法，主要在英国、法国、德国等欧洲国家的PCM30/32路群系统中采用。

1. µ律压扩

µ律压扩量化输入和输出的关系式为：式中：x为输入信号幅度，规格化成-1≤x≤1，ln(1)sgn(x)为x的极性；为确定压缩量的参数，它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比，取100≤m≤500。图5-10为m律压扩特性曲线图。

F(x)sgn(x)ln(1x)

图5-10 µ律压扩特性曲线

2. A律压扩

A律压扩按下式确定量化输入和输出的关系： 1F(x)sgn(x) 0x式中：x为输入信号幅度，规格化成-1≤x≤1；sgn(x)为x的极性； A1lnAA1ln(Ax)1FA(x)sgn(x) x11lnAA--

Ax--

A为确定压缩量的参数，它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比。A律压扩的前一部分是线性的，其余部分与µ律压扩相同。A律压扩特性曲线如图3-11所示。

图5-11 A律压扩特性曲线示意图

5.2.3 A律13折线压扩技术

数字压扩技术的方法是利用数字集成电路用多段折线来近似压缩特性曲线。在实际中采用的压扩技术主要有15折线μ律（μ=255）和13折线A律（A=87.6）等。在这里以13折线A律来说明数字压扩技术的基本原理。

1. 13折线的由来

x轴0～1范围内，采用归一化方法，以1/2递减规律将线段不均匀的分成8个段落，Y轴0~1范围内，采用归一化方法，将线段均匀分成8个段落，将坐标平面上的各个坐标点表示出来，将这些点两两依次相连，就可得到斜率不同的折线，如图5-12所示。

图5-12A律压扩特性的13折线近似法

图5-13 13折线法的压缩特性与A律对数函数特性比较

采用A律13折线近似法画出的13折线与A=87.6时的对数函数的特性曲线是非常近似的。我们在实际中，可以直接采用13折线近似法来近似地画出A律的对数特性曲线图，并根据它进行A律13折线非线性编码。语音信号是双极性信号，在-1~0范围内采用同样的方法也有8段折线，并且根据分析靠近原点的两段斜率也是相等的，都是16，由此可见，靠近原点的四段折线的斜率都是6，所以这四段折线可以看成是一段，于是在-1~1范围内总共形成了13段折线，简称为13折线。

2. 13折线A律压扩特性

在实际通信过程中，A律对数特性曲线和µ律对数特性曲线是很难实现的，但A律对数压缩扩张特性曲线可用13段折线近似表示，所以称为13折线A律压扩特性。同理，µ律对数压缩特性曲线也可采用15折线的近似法表示，称为15折线µ律压扩特性。

5.3 脉冲编码调制PCM

在现代通信系统中以PCM为代表的编码调制技术被广泛应用于模拟信号的数字传输。除PCM外，DPCM和ADPCM的应用范围更广。

PCM的主要优点是：抗干扰能力强；失真小；传输特性稳定，尤其是远距离信号再生中继时噪声不累积，而且可以采用压缩编码、纠错编码和保密编码等来提高系统的有效性、可靠性和保密性。

另外，PCM还可以在一个信道上将多路信号进行时分复用传输。实现脉冲编码的基本过程一般分三步进行：抽样，量化和编码。 5.3.1 PCM编码基本概念

脉冲编码调制（PCM）是实现模拟信号数字化的一种调制方式，其最大的特点是把连续输入的模拟信号变换为在时域和振幅上都离散的量，然后将其转化为代码形式传输。 PCM系统的原理方框图如图5-14所示。

图5-14 PCM系统原理框图

PCM编码通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。为便于用数字电路实现，其量化电平数一般为2的整数次幂，有利于采用二进制编码表示。

实际采用的量化方式多为非均匀量化，通常使用信号压缩与扩张技术来实现非均匀量化。在保持信号固有的动态范围前提下，在量化前将小信号进行放大而对大信号进行压缩。通常的压缩方法有13折线A律和μ律两种标准，国际通信中多采用A律。

5 .3.2 A律13折线特性PCM编码 1.编码过程

A律13折线编码主要分三步来进行： 1）确定极性码； 2）确定段落码； 3）确定段内码。

2.非线性码与线性码之间的关系

在8位非线性编码过程中，采用归一化方法，对横轴以1/2对折分成不均匀的8段，然后再将每一段均匀地等分成16等份，就相当于先非均匀量化再均匀量化，均匀量化成2048个量化级，所以可以根据均匀量化将每个抽样值编成11位线性码，如表5-15所示为非线性码与线性码之间的关系

表5-15 非线性码与线性码之间的转换关系

非线性码（幅度码）量化段序号 ) (8) 1024 512 111 12 110 56 101 28 100 4 011 52161 5 0 a6 1 5 0 a6 1 5 0 0 a6 1 5 0 a6 1 aa7 a7 a7 a7 aa8 a8 a8 a8 aa* a* a* a10 10 平始起段电落码 a2 (Δa3 a4 段内码的权值(Δ) a5 a6 a7 a8 1024 12 556 228 14 62 36 18 1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 56 28 4 2128 4 14 62 362 36 18 62 36 18 4 13(7) 0 1(6) 256 0 (5) (4) 128 0 0 0 0 * --

2 (3) 32 010 6 001 16 8 4 2 0 0 0 0 5 0 6 1 5 0 a6 1 5 0 5 a7 a8 7 (2) 16 8 4 2 1 0 0 0 0 0 6 a(1) 0 000 8 4 2 1 0 0 0 0 0 0 6 5.3.3 逐次反馈型PCM编码器

逐次反馈型编码器的原理框图如图5-16所示。从图中可以看出它的基本电路结构由极性判决、放大整流、保持电路、比较判决电路和非线性本地译码器等组成。

图5-16 逐次反馈型编码器的组成框图 1. 工作过程

经抽样保持的PAM信号分成两路，一路送入极性判决电路在D1时刻进行极性判决，并用a1码表示，a1＝1表示正极性；a1＝0表示负极性。信号的另一路经全波整流送入比较电路与本地译码器产生的权值进行比较编码。此过程是按时钟脉冲D2～D8逐位进行比较的。根据比较结果形成a2～a8七位非线性码。

2. 各部分电路的作用

（1）极性判决电路——用来对输入的PAM样值信号进行极性判决。（2）整流电路——将双极性信号变成单极性信号，便于进行折叠二进制编码

（3）保持电路——样值信号与权值信号进行比较时，保持样值的幅度不变。

（4）比较判决电路——可以对输入信号IS进行量化，并与本地译码电路输出的标准权值信号进行比较，每比较一次就可以输出一位码。

（5）非线性本地译码器——将极性码以外的a2～a8七位码逐位反馈，经串/并变换，

并记忆为C2～C8，再将C2～C8（7位非线性码）经7/11变换电路变换为相应的11位线性码。再经过11位的线性解码网络（恒流源）解码即可输出相应的权值信号。 5.3.4 PCM解码器

解码过程也是数字信号/模拟转换的过程（即D/A转换）。具有完成解码功能的电路叫解码器，常用的单路解码器种类有加权网络型、级联型和混合型三种。

1. 单路解码器的工作原理

以加权网络型解码器为例来说明解码工作原理，图3-16所示为加权网络型解码器的工作原理框图。

图5-17 加权网络型解码器工作原理图 2. 单片集成PCM编解码器

以2914PCM编解码器为例说明，其由三大部分组成：（1）发送部分（编码单元）；（2）接收部分（解码单元）；（3）控制部分。 3. 单路解码器的应用

目前，单路编解码器的主要应用在以下几个方面：

（1）传输系统的音频终端设备，如各种容量的数字终端机和各种复合转换设备；

（2）用户环路系统和数字交换机的用户系统、用户集线器等；

（3）用户终端设备，如数字电话机；（4）综合业务数字网的用户终端。

5.4 差分脉冲编码调制DPCM

5.4.1 差分脉冲编码调制DPCM的基本概念

差值脉冲编码调制（DPCM）是一种靠传输样值差值，并对差值进行量化和编码的一种通信方式。它一般是以预测的方式来实现的。

它是利用声音信号的相关性找出可反映信号变化特性的一个差值编码。是对模拟信号幅度抽样的差值进行量化编码的调制方式(抽样差值的含义请参见“增量调制”)。这种方式是用已经过去的抽样值来预测当前的抽样值，对它们的差值进行编码。差值编码可以提高编码频率，这种技术已应用于模拟信号的数字通信之中。

DPCM与预测编码类似，只是它有一个量化步骤。量化步骤和PCM中的量化步骤类似，可以是均匀量化，也可以是非均匀量化

对于有些信号(例如图像信号)由于信号的瞬时斜率比较大，很容易引起过载，因此，不能用简单增量调制进行编码，除此之外，这类信号也没有像话音信号那种音节特性，因而也不能采用像音节压扩那样的方法，只能采用瞬时压扩的方法。但瞬时压扩实现起来比较困难，因此，对于这类瞬时斜率比较大的信号，通常采用一种综合了增量调制和脉冲编码调制两者特点的调制方法进行编码，这种编码方式被简称为脉码增量调制，或称差值脉码调制，用DPCM表示。 5.4.2 DPCM的编码、解码过程

下面我们以图5-19来说明DPCM的编、解码原理及过程。 1.DPCM的编、解码原理

这种脉冲编码调制方式，在发送端首先将模拟的语音信号进行抽样，然后通过比较器的比较得到样值的差值信号，在编码过程中是对样值的差值信号进行量化和编码，编码得到的数字信号通过信道的传输到达接收端，接收端有和发送端可逆的一系列电路设备，通过解码还原出样值的差值信号，再经过相加器得到恢复的近似样值信号，最后经过低通滤波器的平滑作用，恢复和重建原始模拟信号。

图5-18 DPCM的原理框图

（a）发送端的编码过程； (b)接收端的解码过程 2. 差值的传输和预测值的形成 ①差值的传输可实现通信

各个信号序列的表示及样值序列的恢复如图3-20所示

在图5-20（a）中，我们假设样值序列为s(0)、s(1)、s(2)、s(3)……s(n)，假设d(i)是本时刻样值与前一相邻时刻样值之间的差值，我们就可以得到d(i)=s(i)- s(i-1)，当t=0时刻时，前邻时刻（-T）的样值是0，所以有d(0)= s(0)如图5-20（b）所示。从图5-20（a）中可以看出：

假如在传输过程中传输的是相邻样值的差值信号，我们只要找到一种电路可以把前一段时间内的所有差值信号积累起来，那么就可以通过传输差值信号来传输样值信号了，于是人们采用了延迟记忆回路图5-20（c）来实现差值的积累，所以，差值的传输可实现通信。

s(n)d(i)s(n1)d(n)

图5-19 差值序列、样值序列和样值序列的恢复 (a)样值序列；(b)差值序列；(c)样值序列的恢复

②预测值的形成

DPCM是将差值脉冲序列进行量化和编码在送到信道中传输的。所以最关键的问题就是差值的检出，也就是如何检测出前邻样值形成预测值的过程。

根据式3-19我们可以得到前邻样值s(n-1)=Σd(i),但是DPCM是将差值量化和编码，因此前邻样值只能由差值的量化值来形成。但是由量化值形成的前邻样值是一个估计值。用sp(n)来表示估计值，从图3-19和图3-21可知：

Sp(5-21n)d(i)d(0)d(1)d(2)d(n1)由图可以看出，样值量化值等于所有过去到现在的差值量化值的积累，

而预测值等于过去所有差值量化值的积累，所以：

s(n)sp(n)d(n)③量化误差

i0n1

s(n) 样值的量化误差为： s(n)s(n)d(n)d(n)从式子中可以看出一个重要的结论：样值的量化误差等于差值的量化误差，所以样值的量化误差仅仅是由差值量化器决定的。

图5-20 估计预测值的形成

3. DPCM的解码与信号重建

这部分主要电路是低通滤波器，在接收端将收到的码字解码后变换成差值量化值。将差值量化值恢复为样值量化值的回路是与发送端预测部分回路相同的，所以可以得到信号公式，结论：样值量化值序列只要通过低通滤波器就可以重建出原始模拟话音信号，有一定的量化失真，但是不影响通信系统的正常工作。

5.4.3 DPCM的性能分析 1. 过载特性

假设输入信号是正弦信号 AwCOSwt ，其最大斜率为 AmaxW ，为了防止斜率过载，应该满足如下关系：

Amax(2n1)fS--

所以临界过载电压为：

当最小量化阶Δ一定时，过载能力随着fs的增大，码位n的增多而增强，码位数增多，信道的数码率也随之增大。同时，过载能力与输入信号频率成反比，了输入信号的幅频特性。 2. 信噪比

DPCM系统的最大信噪比可以采用如下公式计算：

(21)fs/2fn

DPCM的信噪比性能要优于均匀量化的PCM系统，此外，由于DPCM信码各位的加权值相差很大，因此，DPCM系统抗误码能力不如ΔM系统。但又优于PCM系统，这是因为DPCM系统的码位数较少。于是，DPCM系统广泛用于数字图象通信中。

(SNR)max10lgPqmax/Nq5.5仿真设计的结果

仿真模型设计目的

仿真的核心是模型，仿真试验的工作要想有条不紊的开展耶离不开模型，同时模型也是是仿真应用成功的关键，所以仿真模型设计与执行是系统仿真技术的一个非常重要的研究领域。在本仿真模型中，我们将通过比PCM和DPCM在处理信号时的t化噪声大小来比较这两种编码系统的效果。

5.5.1 PCM编码器电路设计

参数设置如下：

（饱和，信号变化范围）（输出输入的绝对值）

（A律压缩器，对输入信号进行A律压缩）（增益，将模块的输入乘以一个数值）

（量化，以指定的时间间隔离散化输入）

（混合，将几条输入连线组合成一条向量连线）（显示输入的值）

（继电器，在两个常数中选出一个作为输出）

5.5.2编码部分封装封装后

5.5.3 PCM解码器设计

参数设置

（解混，将向量信号分解为多个信号）

（产生各模块的简积或商）

5.5.4解码部分封装

5.5.5有干扰信号的PCM编码与解码

参数设置：

（实现一个采样周期的零阶保持）（把数据打成帧格式）

（缓冲器）

（产生一个正弦波）

（二进制对称通道）

（将一列数据变成矩阵）（显示仿真期间产生的信号）--

系统总参数仿真波形

Scope1输出波形如下：

Scope输出波形如下：

5.5.6 PCM编解码的仿真结果

cheby2A-LawCompressorAnalogFilter DesignProductA-LawCompressor010...UniformEncoder010...UniformDecoderA-LawExpanderA-LawExpanderSine WavePulseGeneratorbutterScopeAnalogFilter Design1Zero-OrderHold

5.5.7 DPCM编解码的仿真结果

DPCMencoderSignalGeneratorDPCMEncoderDPCMdecoderDPCMDecoderTerminatorScopeTerminator1 --

采用PMC编码器和DPMC编码器分别对同一个正弦信号进行里化和编码，产生八位PCM信号和DPMC信号。与编码器相对应的解码器对量化信号实施解码，然后统计解码信号与原始的正弦信号之间的均方差，由此得到DPMC和PMC两种方式下的量化误差.戌M编码器和DPMC编码器分别用于产生符合A律十三折曲线的DPMC信号和PMC信号，它们把正弦信号产生器产生的信号转换成童化信号，并且把这两种t化信号输入到示波器中.DPMC与PMC系统的童化噪声分析仿真模型000示波器RMS Scope的运行结果中X轴表示时间(单位:)s，Y轴表示用DP以和PMC两种方式处理信号所得的盆化误差。从图中可以清楚地看到，DP(加信号的t化误差低于PMC信号的t化误差，这说明在对抽样值进行编码时，差分脉冲编码调制(DPMC)系统要比脉冲编码调制(PMC)系统更具有优势. RMS Scope的运行结果

示波器的运行结果中X轴表示时间(单位:)s，Y轴表示信号的幅值。从图可以看出，解码之后的信号与原来的正弦信号是相当接近的，脉冲编码调制(P以)系

统与差分脉冲编码调制(DPCM)系统都能较好地恢复出原始信号。

PCM Scope的运行结果 PCM Scope的运行结果

第六章总结和展望

数字化过程主要包括三个步骤：抽样，量化，编码。量化后的信号变成了数字信号。为了适应传输与存储，通常用编码的方法将其转变成二进制信号的形式。常用的编码方式有PCM,DPCM,ADPCM等，本论文主要涉及的是PCM,DPCM。

通过Multism软件仿，在本论文中首先需要对通信系统的概念、组成、及其重要性进行系统的介绍；其次对本论文具体运用到的软件进行全面的概述恶意就是对MATLAB软件中的Simulink的工作环境和各种操作进行一系列的介绍；后面又对通信系统信道研究；然后重点进行进行模拟信号数字化传输的研究以及仿真，现将模拟信号数字化的三个大步骤进行研究，第一是对抽样里面具体是对抽样定理进行相应的解析，第二步是对量化进行更加详细的研究，其中量化又分为均匀量化和非均匀量化，在非线性量化中，采样输入信号幅度和量化输出数据之间定义了两种对应关系，一种称为15折线μ律(μ-Law)压扩算法，主要在北美和日本等国家的PCM24路群系统中采用；另一种称为13折线A律(A-Law)压扩算法，主要在英国、法国、德国等欧洲国家的PCM30/32

路群系统中采用。最后进行总结和展望。

参考文献

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谢辞

本论文是在昆明学院自动控制与机械工程学院杨怡怀老师的悉心指导下完成的。杨怡怀老师作为一名优秀的、经验丰富的教师，具有丰富的理论知识和实践经验，在整个论文实验和论文写作过程中，在整个论文完成的过程中，我因为平时对学习的态度不认真，所以导致我在完成论文的过程中就觉得举步维艰，刚刚开始就有太多的沮丧，灰心了，因为觉得是在没有头绪，迫于压力真的快要崩溃了，后来我的导师杨怡怀老师用她丰富的经验觉察到了我的变化，她开始慢慢了解到我的心思，看出我的饿沮丧，她慢慢的开导我，不是责骂我，而是从关心开始，让我一步一步的把以前不太熟悉的知识点进行补充，加深影响，我首先不敢告诉老师我的心思是害怕老师的责怪，而杨老师却让我消除了这一些好怕，敞开心扉的和她讨论我的论文，从而给了我极强的自信心来完成我的论文，在论文过程中我遇到困难我的老师和同学都帮助我，学院也给我们提供了很好的设备，让我们随时随地可以进行试验，直至本文顺利完成，在这里请我的老师和我们的同学接受我诚挚的谢意！最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们！

衷心祝愿昆明学院的明天更加美好！

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