多路數(shù)字語音基帶發(fā)送系統(tǒng)設計開題報告_

1、 畢業(yè)設計(論文)開題報告題 目： 多路數(shù)字語音基帶發(fā)送系統(tǒng)設計 系： 電氣信息學院 專 業(yè)： 電子信息工程 學生姓名： 學 號： 指導教師： 2013年 3 月 25 日開題報告填寫要求1開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效。2開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按此電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見。3“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告

2、第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于10篇（不包括辭典、手冊），其中至少應包括1篇外文資料；對于重要的參考文獻應附原件復印件，作為附件裝訂在開題報告的最后。4統(tǒng)一用A4紙，并裝訂單獨成冊，隨畢業(yè)設計（論文）說明書等資料裝入文件袋中。 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告1文獻綜述：結(jié)合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2500字以上的文獻綜述，文后應列出所查閱的文獻資料。文 獻 綜 述1 引言聲音是人類交流必不可少的一項方式，語音通信是人類最基本的通信。語音通信的發(fā)展可以大致經(jīng)歷了三個階段。第一階段是點對點的通信，由于用戶較少，直接在通信雙方鋪設線路來傳遞信號。

3、隨著社會的發(fā)展，這種方式不能滿足人們的需求，于是出現(xiàn)第二階段，全互聯(lián)方式的通信。這種方式的通信是將眾多的用戶連在一起，能夠解決一些問題，但用戶數(shù)太多時便難以實現(xiàn)通信。第三階段是運用交換技術的通信，能夠根據(jù)用戶的需求適時的切換用戶的線路，使通信效率和質(zhì)量大幅提高。而在語音通信系統(tǒng)中基帶傳輸系統(tǒng)則是其最基本的組成部分，分析基帶傳輸系統(tǒng)的性能對于了解語音通信系統(tǒng)有著至關重要的作用?；鶐鬏斒且环N不搬移基帶信號頻譜的傳輸方式，未對載波調(diào)制的待傳信號稱為基帶信號，它所占的頻帶稱為基帶，基帶的高限頻率與低限頻率之比通常遠大于1。很老的一種數(shù)據(jù)傳輸方式，一般用于工業(yè)生產(chǎn)中。基帶傳輸系統(tǒng)可分為兩種：模擬基帶傳

4、輸系統(tǒng)和數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。模擬基帶傳輸系統(tǒng)所傳輸?shù)氖悄M信號，即在系統(tǒng)中傳輸?shù)氖沁B續(xù)變化的信號。這種傳輸方式的缺點是抗干擾能力差，設備復雜，一般適用于短距離傳輸。另一種是數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)，模擬信號經(jīng)過信源編碼得到的信號為數(shù)字基帶信號，將這種信號經(jīng)過碼型變換，不經(jīng)過調(diào)制，直接送到信道傳輸，稱為數(shù)字信號的基帶傳輸。數(shù)字信號具有抗干擾能力強、無噪聲積累，便于加密處理，便于存儲、處理和交換，設備便于集成化、微型，便于構成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)等優(yōu)點，因此數(shù)字信號廣泛應用于通信系統(tǒng)中。數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)時最簡單也是最基本的數(shù)字傳輸系統(tǒng)，通常較遠距離的傳輸采用的數(shù)字傳輸系統(tǒng)是對數(shù)字基帶信號進行調(diào)制，使其

5、變?yōu)閹ㄐ盘枺嚯x的傳輸一般采用數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。2 PCM編碼技術PCM 脈沖編碼調(diào)制是Pulse Code Modulation的縮寫。（又叫脈沖編碼調(diào)制）：數(shù)字通信的編碼方式之一。主要過程是將話音、圖像等模擬信號每隔一定時間進行取樣，使其離散化，同時將抽樣值按分層單位四舍五入取整量化，同時將抽樣值按一組二進制碼來表示抽樣脈沖的幅值。模擬信號數(shù)字化必須經(jīng)過三個過程，即抽樣、量化和編碼，以實現(xiàn)話音數(shù)字化的脈沖編碼調(diào)制（PCM，Pulse Coding Modulation）技術。2.1抽樣信號的抽樣可分為低通抽樣和帶通抽樣，語音信號的頻率范圍是300HZ至3400HZ，可近似看

6、成是低通信號，所采用的是低通信號抽樣定理。一個頻帶限制在(0,fH)赫內(nèi)的時間連續(xù)信號m(t)，如果以T1/(2fH)秒的間隔對它進行等間隔抽樣，則m(t)將被所得到的抽樣值完全確定。對于一個頻帶限制在(fL,fH)內(nèi)的信號，當fLfH時，一般將它作為低通信號處理，抽樣頻率fs2fH。語音信號的抽樣頻率fs=8 kHz。理想抽樣原理如下所示圖2.1 低通抽樣原理圖2.2 各信號頻域圖將MS(t)通過理想低通濾波器即可恢復出m(t)。但是，實際上真正的沖激脈沖串是不可能實現(xiàn)的，而通常只能采用窄脈沖串來實現(xiàn)，下面就矩形脈沖抽樣做一說明。設脈沖載波以表示，它是由脈寬為秒、重復同期為秒的矩形脈沖串組成

7、，其中是按抽樣定理確定的，即有秒。其產(chǎn)生方框圖為(a)所示，基帶信號的波形及頻譜如圖(b)所示；脈沖載波的波形及頻譜如圖(c)所示；已抽樣的信號波形及頻譜如圖(d)所示。圖2.3 矩形抽樣時域頻域圖從上圖中可以看出，矩形抽樣后頻譜圖不再是等幅，而是呈抽樣函數(shù)的幅度變化的，這是因為矩形脈沖的頻譜不再是等幅的緣故。2.2量化語音信號的量化可分為均勻量化和非均勻量化。均勻量化器的平均輸出信號量噪比隨量化電平數(shù)的增大而增大。在實際中量化電平數(shù)和量化間隔往往是確定的，因此量化噪聲也是確定的，但輸入信號的強度可以改變。對于語音信號而言，信號小時，信號量噪比也小，所以均勻量化器對小信號很不利。為了提高小信號

8、的量化信噪比，必須減小小信號的量化間隔。而要保證編碼位數(shù)不變，又必須增大大信號的量化間隔，減小大信號的量化信噪比(但仍滿足要求)。這就是非均勻量化的基本思路。從理論分析的角度來看，可認為非均勻量化是對信號非線性變化后再進行均勻量化的結(jié)果，如圖2.4所示。圖2.4 非均勻量化圖中的f(x)曲線如右圖所示，它擴張小信號，壓縮大信號。由右圖可知，對z信號進行均勻量化，等效于對x信號進行非均勻量化。針對語音信號，國際上有A律和律兩種壓縮特性，分別為 式中 A=87.6。 式中 =255。圖2.5 壓縮曲線美國、日本等使用律壓縮特性，中國、歐洲各國等使用A律壓縮特性。A律及律壓縮特性稱為對數(shù)壓縮特性，與

9、之對應的PCM稱為A律對數(shù)PCM(簡稱A律PCM)和律對數(shù)PCM(簡稱律PCM)。用13折線近似A律壓縮特性，將量化器的動態(tài)范圍歸一化為(-1，1)，正信號13折線壓縮特性如下圖所示(負信號的壓縮特性與此相同)。正信號及負信號共有4段斜率相同，故共有13根折線。將量化間隔分為16段后，再將每一段等分為16等分，可見，量化器共有256個量化電平，257個分層電平。在256個量化區(qū)間中，最小量化間隔為=1/211，最大量化間隔為64=1/25，正、負信號的第1、2兩段信號的量化噪聲最小，相當于12位線性PCM的量化噪聲，而第8段信號的量化噪聲最大，相當于6位線性PCM的量化噪聲。圖2.6 13折線

10、A律13折線壓縮特性的有關數(shù)據(jù)如表2-1所示。表2-1 A律13折線特性表(=1/211)段落12345678量化間隔()11248163264起始電平（）01632641282565121024斜率161684211/21/4Q/dB2424181260-6-122.3 A律PCM編碼A律PCM將抽樣值進行8位編碼，規(guī)定如下：C1 C2C3C4 C5C6C7C8極性碼 段落碼 段內(nèi)碼1正 000 第1段 0000 第0層001 第2段 0001 第1層010 第3段 0010 第2層0負 111 第8段 1111 第15層8421（權值）可見，絕對值相等的正信號和負信號的PCM碼僅第1位不同

11、，稱此種碼為折疊碼，采用折疊碼可以使小信號的誤碼噪聲較小。1路PCM語音信號的信息速率為Rb=8fs=8×8×103 kbit/s=64 kbit/s。編碼器采用逐位比較法依次確定C1C8為1碼還是0碼。當抽樣值處于第i個量化區(qū)間時，其量化值絕對值為|yi|=(段落起始電平)+(8C5+4C6+2C7+C8)×(段落量化間隔)由此可知，A律PCM編碼中，量化規(guī)則不是最佳的，但電路易于實現(xiàn)。3 時分復用技術時分復用基本原理是：將傳輸時間分割為若干個互不重疊的時隙，各個信號按照一定的順序占用各自的時隙。在發(fā)端，按照這一順序?qū)⒏鱾€信號進行復接；在收端，按照這一順序再將各

12、個信號進行分接。TDM的優(yōu)點如下：1. 分接器和復接器都是數(shù)字電路，易于實現(xiàn)；2. 不會因為傳輸系統(tǒng)不理想而引起串話。設各個信源都為模擬信源，則時分復用通信系統(tǒng)原理如下圖所示國際上通用的PCM有兩種標準，即PCM 30/32路和PCM 24路，前者為A律，后者為律。PCM 30/32路基群幀結(jié)構如下圖所示。一幀中30個時隙為話路時隙（傳30路話），另二個為幀同步時隙及信令時隙。1. 偶幀（F0,F2,，F(xiàn)14）的TS0用于傳輸幀同步碼，碼形為0011011。2. 奇幀（F1,F3,，F(xiàn)15）的TS0用于傳輸失步對告碼等。3. 每一子幀的第一個比特用于CRC（循環(huán)冗余檢驗）。不用時固定發(fā)“1”碼

13、，也可留給國際通信用。4. TS1 TS15及TS17TS31共30個時隙用于傳輸?shù)?至第30路信息碼。5. TS16用于傳輸復幀同步碼、復幀失步碼及各個話路的信令（掛機，摘機等）。Rb= 8000(幀/秒)×32（時隙/幀）×8（比特/時隙）= 2.048Mb/S圖3.1 幀結(jié)構在傳輸信號時必須以幀為單位進行傳輸，若傳輸?shù)男盘柌蛔?0路時，則仍將125us作為一幀。例如傳輸2路話音，則占用時間仍然是125us，并分為三個時隙，第一個時隙用于傳輸幀同步碼，其余兩個用于傳輸2路語音。4 信道編碼信道編碼分為碼型變換和糾錯編碼，碼型變換是將數(shù)字信號變換成適合信道傳輸?shù)拇a型，糾錯

14、編碼是在信息碼中按一定規(guī)則插入監(jiān)督碼元來檢錯和糾錯。在電纜、光纖等線路傳輸中，必須選用適合于信道傳輸?shù)碾娒}沖波形來表示（或者說攜帶）數(shù)字消息代碼。通常，我們把電脈沖存在的形式稱為（線路）碼型，把消息代碼的電脈沖表示過程稱為碼型變換（或稱線路編碼）。常用的線路碼型有四類：二元碼、三元碼、多元碼和塊編碼，這些編碼形式都屬于基帶類型，所以他們都歸屬為數(shù)字基帶信號。一般說來，無論是數(shù)字信源的信號還是模擬信號經(jīng)過編碼后形成的數(shù)字信號，一般都不一定適合于信道傳輸。例如，許多信道不能傳輸直流信號和頻率很低的分量；為了適應著中信道的特性，需要將數(shù)字信號中的直流分量和低頻分量出去。又例如，為了在接收端手到每個碼

15、元的起止時刻，以便對他進行處理，需要發(fā)送信號碼元中帶有碼元起止時刻的信息。為此，也需要對編碼后的信號做適當處理。再如，為了使信號的頻譜和信道的傳輸特性相匹配，也常常對信號做某種變換達到上述目的，可以采用不同的信號波形和不同的碼型信號。而這些問題都是需要在發(fā)送端經(jīng)過碼型變換才能得到解決。4.1碼型變換通常采用的編碼方法有多種，如AMI碼,HDB3碼，雙相碼，密勒碼，CMI碼，nBmB碼。AMI碼.AMI(Alternative Mark Inversion)碼的全稱是信號交替反轉(zhuǎn)碼，是通信編碼中的一種，為極性交替翻轉(zhuǎn)碼，分別有一個高電平和低電平表示兩個極性。編碼規(guī)則: 消息代碼中的0 傳輸碼中的

16、0消息代碼中的1 傳輸碼中的+1、-1交替。AMI碼的特點: 1 由AMI碼確定的基帶信號中正負脈沖交替，而0電位保持不變;所以由AMI碼確定的基帶信號無直流分量，且只有很小的低頻分量;2 不易提取定時信號，由于它可能出現(xiàn)長的連0串。解碼規(guī)則：從收到的符號序列中將所有的-1變換成+1后，就可以得到原消息代碼。三階高密度雙極性碼HDB3圖4.1 HDB3編碼HDB3碼編碼步驟如下。 取代變換：將信碼中4個連0碼用取代節(jié)000V或B00V代替，當兩個相鄰的V碼中間有奇數(shù)個1碼時用000V代替4個連0碼，有偶數(shù)個1碼時用B00V代替4個連0碼。信息代碼中的其它碼保持不變。 加符號：對中得到的1碼、破

17、壞碼V及平衡碼B加符號。原則是：V碼的符號與前面第一個非0碼的符號相同，與后面第一個非0碼的符號相反；1碼及B碼的符號與前面第一個非0碼的符號相反。AMI碼波形及HDB3碼波形都無直流且低頻分量微弱，比較適合于基帶信道傳輸。AMI碼信號的正負電平交替出現(xiàn)、HDB3碼信號中連0電平數(shù)最多為3，若接收信號破壞了上述規(guī)則說明傳輸過程中出現(xiàn)誤碼，因此這兩種碼型具有自檢錯能力。HDB3碼連0個數(shù)最多為3，這對位定時信號的提取十分有利。四次群以下的A律PCM終端設備的接口碼型均為HDB3碼。特點：保留了AMI的優(yōu)點，克服了AMI連0多時位同步抖動的缺點。應用：A律一、二、三次群的接口碼型。4.2糾錯編碼糾

18、錯碼(error correcting code)是在傳輸過程中發(fā)生錯誤后能在收端自行發(fā)現(xiàn)或糾正的碼。僅用來發(fā)現(xiàn)錯誤的碼一般常稱為檢錯碼。為使一種碼具有檢錯或糾錯能力，須對原碼字增加多余的碼元，以擴大碼字之間的差別 ，即把原碼字按某種規(guī)則變成有一定剩余度（見信源編碼）的碼字，并使每個碼字的碼之間有一定的關系。關系的建立稱為編碼。碼字到達收端后，可以根據(jù)編碼規(guī)則是否滿足以判定有無錯誤。當不能滿足時，按一定規(guī)則確定錯誤所在位置并予以糾正。糾錯并恢復原碼字的過程稱為譯碼。檢錯碼與其他手段結(jié)合使用，可以糾錯。4.3卷積碼在構造糾錯碼時，將輸入信息分成 k位一組以進行編碼。若編出的校驗位僅與本

19、組的信息位有關，則稱這樣的碼為分組碼。若不僅與本組的 k個信息位有關，而且與前若干組的信息位有關，則稱為格碼。這種碼之所以稱為格碼，是因為用圖形分析時它象籬笆或格架。線性格碼在運算時為卷積運算，所以叫卷積碼。卷積碼不對信息序列進行分組編碼，它的校驗元不僅與當前的信息元有關，而且同以前有限時間段上的信息元有關。卷積碼在編碼方法上尚未找到像分組碼那樣有效的數(shù)學工具和系統(tǒng)的理論。但在譯碼方面，不論在理論上還是實用上都超過了分組碼，因而在差錯控制和數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)中得到廣泛應用。卷積碼（n,k,m) 主要用來糾隨機錯誤，它的碼元與前后碼元有一定的約束關系，編碼復雜度可用編碼約束長度m*n來表示。

20、一般地，最小距離d表明了卷積碼在連續(xù)m段以內(nèi)的距離特性，該碼可以在m個連續(xù)碼流內(nèi)糾正（d-1)/2（向下取整）個錯誤。以二元碼為例，編碼器如圖4.2。+u（x）（x）C1（x）C2（x）C（x）圖4.2 卷積編碼輸入信息序列為u=(u0，u1，)，其多項式表示為u(x)=u0+u1x+ulxl+。編碼器的連接可用多項式表示為g(1,1)(x)=1+x+x2和g(1,2)(x)=1+x2，稱為碼的子生成多項式。它們的系數(shù)矢量g(1,1)=(111）和g(1,2)=(101）稱作碼的子生成元。以子生成多項式為陣元構成的多項式矩陣G(x)=g(1,1)(x),g(1,2)(x)，稱為碼的生成多項式矩

21、陣。由生成元構成的半無限矩陣稱為碼的生成矩陣。其中（11,10,11）是由g(1,1）和g(1,2)交叉連接構成。編碼器輸出序列為c=u·G，稱為碼序列，其多項式表示為c(x)，它可看作是兩個子碼序列c(1)(x)和c(2)(x)經(jīng)過合路開關S合成的，其中c(1)(x)=u(x)g(1,1)(x)和c(2)(x)=u(x)g(1,2)(x)，它們分別是信息序列和相應子生成元的卷積，卷積碼由此得名。在一般情況下，輸入信息序列經(jīng)過一個時分開關被分成k0個子序列，分別以u(x）表示，其中i=1，2，k0，即u(x)=u(x)，u(x)。編碼器的結(jié)構由k0×n0階生成多項式矩陣給定

22、。輸出碼序列由n0個子序列組成，即c(x)=c(x),c(x)，c(x)，且c(x)=u(x)·G(x)。若m是所有子生成多項式g(x）中最高次式的次數(shù)，稱這種碼為(n0，k0，m)卷積碼。如上圖所示C1的生成多項式為g1(x)=1+x+x2，C2的生成多項式為g2(x)=1+x2，可將上圖的編碼器看為(2,1,3)卷積編碼器。若信息代碼為1001101，其時延多項式為m(x)=1+x3+x4+x6，設寄存器的初始狀態(tài)為0，則c1(x)=m(x)·g1(x)=1+x+x2+x3+x8，c2(x)=m(x)·g2(x)=1+x2+x3+x4+x5+x8，c1處的序列

23、為1111000，c2處的序列為1011110，故此編碼系統(tǒng)的輸出為11101111010100。5 關于數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)來自數(shù)據(jù)終端的原始信號，例如計算機輸出的二進制序列，電傳機輸出的代碼，或者模擬信號經(jīng)數(shù)字化處理后的PCM碼組等等都是數(shù)字信號。這些往往都包含了豐富的低頻分量或直流量，稱之為基帶信號。在某些有限信道特別是傳輸不太遠的情況下，數(shù)字信號可以直接傳輸，叫做數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。而大多數(shù)情況下數(shù)字信號需要經(jīng)過調(diào)制后通過無線信道傳輸出去，這種系統(tǒng)稱為頻帶傳輸系統(tǒng)。雖然在應用上數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)沒有數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)那么廣泛，但將基帶系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)制后便可得到頻帶系統(tǒng)，可以將基帶系統(tǒng)看成是頻帶系統(tǒng)的

24、一部分。在短距離傳輸中數(shù)字基帶系統(tǒng)應用較為廣泛。6 基帶數(shù)字傳輸系統(tǒng)主要應用領域及前景由于基帶數(shù)字信號中富含低頻分量甚至是直流分量，只是在一些特定信道中比如有限信道中適用于短距離傳輸。因此，在長距離通信中應用更多的是頻帶系統(tǒng)。只是在一些不需要傳輸很遠距離的場合用，比如工業(yè)控制中，一般都采用數(shù)字基帶系統(tǒng)來傳遞信息和控制系統(tǒng)。在未來的短距離通信中數(shù)字基帶系統(tǒng)仍然是主要的通信方式。數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)會繼續(xù)在工業(yè)控制方面發(fā)揮作用。參考文獻1 樊昌信等通信原理（第二版），國防工業(yè)出版社，20012 康光華電子技術基礎（第五版），高等教育出版社，20023 鮮繼清 張德明 蔣青 現(xiàn)代通信系統(tǒng)與信息網(wǎng)（第三版

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26、電子工業(yè)出版社，200012 Error Control Coding, Second Edition  2nd edition, by Shu Lin, Daniel J. Costello, Prentice Hall;  (April 1, 2004)13 M.W.Willard.Optimum Code Patterns for PCM Synchronization.Proc.Natl.Telecom.Co-nf.,1962,5-514 Adam Lender.Correlative Digital Communication Techniqu

27、es.IEEE Transactions on CoMmunication Technology,1946,12(4): 128135 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告開題報告：一、課題的目的與意義；二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望；三、課題主要內(nèi)容和要求；四、研究方法、步驟和措施開 題 報 告一、課題的目的與意義語音通信是人類交流最基本的通信方式之一，基帶傳輸系統(tǒng)作為語音通信系統(tǒng)中最基本的模塊，其性能的優(yōu)劣直接影響了語音通信系統(tǒng)的質(zhì)量。本課題即是以實現(xiàn)基帶數(shù)字信號的傳輸為目的。雖然多數(shù)通信情況下必須使用帶通系統(tǒng)，即調(diào)制過后的基帶信號，但研究基帶系統(tǒng)任然有重要的作用。首先，基帶傳輸系統(tǒng)本身就是

28、一種重要的傳輸形式；其次，帶通傳輸任然存在著基帶傳輸?shù)膯栴}，研究基帶傳輸問題可以幫助更好的了解帶通傳輸系統(tǒng)；再者，若把調(diào)制和解調(diào)看做是廣義信道的一部分的話，那么任何系統(tǒng)都可以看出是基帶傳輸系統(tǒng)。因此，研究基帶數(shù)字傳輸系統(tǒng)對語音通信系統(tǒng)有著非常重要的實際意義。二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望數(shù)字 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)是目前所廣泛使用的數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的一種方式。在近距離傳輸方面應用較為廣泛。在一些適用于直流和低頻的信道中均可傳輸基帶信號，因此，數(shù)字基帶信號的傳輸一般受距離的限制和信道特性的限制。目前在工業(yè)控制方面大多采用數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)進行控制。由于數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)對近距離的傳輸較為適合，在未來近距離傳輸中采用較多的任會是數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。三、課題主要內(nèi)容和要求(1) 硬