通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：駱 準(zhǔn)專業(yè)班級： 電信0601班 指導(dǎo)教師： 陳 永泰作單位： 信息工程學(xué)院 題 目： PCM通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)初始條件：具備通信課程的理論知識(shí)；具備模擬與數(shù)字電路基本電路的設(shè)計(jì)能力；掌握通信電路的設(shè)計(jì)知識(shí)，掌握通信電路的基本調(diào)試方法；自選相關(guān)電子器件；可以使用實(shí)驗(yàn)室儀器調(diào)試。要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、PCM碼速率128KB，兩路時(shí)分復(fù)用，通信雙方有線連接， 語音信號(hào)無明顯失真，采用A律壓縮13折線芯片； 2、系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)頻率2.048MHZ，時(shí)隙同步信號(hào)頻率為8KHZ；3、選用相應(yīng)合適的芯片，設(shè)計(jì)確定電路形式，對單元

2、電路和整體系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算、仿真驗(yàn)證。4、進(jìn)行系統(tǒng)仿真，調(diào)試并完成符合要求的課程設(shè)計(jì)書。時(shí)間安排： 二十二周一周，其中3天硬件設(shè)計(jì)，2天硬件調(diào)試指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目 錄摘要································&

3、#183;····························I1PCM原理····················

4、···································11.1PCM系統(tǒng)組成·············&

5、#183;··································11.2抽樣··············&

6、#183;········································21.3量化········&

7、#183;··············································21.4編碼··&

8、#183;·················································&

9、#183;··32時(shí)分復(fù)用原理··············································

10、;·····43實(shí)驗(yàn)電路圖···········································

11、3;·········73.1編譯碼芯片介紹·······································

12、;·······73.2引腳圖·········································

13、3;···········73.3PCM編譯碼電路····································

14、3;········84仿真圖·········································

15、;···············115 心得體會(huì)·································

16、83;····················13參考文獻(xiàn)····························

17、83;···························14致謝······················

18、;······································151 PCM原理1.1PCM系統(tǒng)組成干擾音頻信號(hào)編碼量化信道譯 碼低通濾波音頻信號(hào)抽樣圖1.1 PCM通信系統(tǒng)方框圖1.2 抽樣低通抽樣定理

19、指出，一個(gè)頻帶受限信號(hào)m(t)，如果它的最高頻率為fh，則可以唯一地由頻率等于或大于2fh 的樣值序列所決定。在滿足抽樣定理的條件下，抽樣信號(hào)保留了原信號(hào)的全部信息。并且，從抽樣信號(hào)中可以無失真地恢復(fù)出原始信號(hào)。音頻信號(hào)頻譜如圖1.2 。因?yàn)閷r(shí)域信號(hào)進(jìn)行采樣相當(dāng)于將時(shí)域信號(hào)按抽樣抽樣頻率為周期進(jìn)行周期延擴(kuò)，因此需要在抽樣后得到的信號(hào)后一級加上一個(gè)低通濾波器，將音頻信號(hào)濾出。抽樣后信號(hào)頻譜如圖1.3 。1.2 音頻信號(hào)的頻譜1.3 抽樣后的頻譜由于語音信號(hào)的頻率范圍為3003400HZ,通常將語音信號(hào)通過一個(gè)3400 Hz 低通濾波器（或通過一個(gè)3003400Hz 的帶通濾波器），限制語音信號(hào)

20、的最高頻率為3400Hz，這樣可以用頻率大于或等于6800 Hz 的樣值序列來表示。抽樣分為自然抽樣和平頂抽樣。自然抽樣是在抽樣脈沖持續(xù)期間，樣值幅度隨輸入信號(hào)變化而變化。平頂抽樣是抽樣值的幅度為抽樣時(shí)刻信號(hào)的瞬時(shí)值，在抽樣脈沖持續(xù)期間樣值幅度。1.3量化量化是把經(jīng)過抽樣得到的瞬時(shí)值將其幅度離散，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時(shí)抽樣值用最接近的電平值來表示。一個(gè)模擬信號(hào)經(jīng)過抽樣量化后，得到已量化的脈沖幅度調(diào)制信號(hào)，它僅為有限個(gè)數(shù)值。因此量化后信號(hào)是離散的。量化分為均勻量化和非均勻量化。均勻量化是把輸入信號(hào)的量化范圍按等間隔分割的量化。均勻量化中，每個(gè)量化區(qū)間的量化電平均取在各區(qū)間的中點(diǎn)。均勻量化的信

21、號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍受到較大的限制，小信號(hào)的信噪比小，由于門限效應(yīng)，編碼時(shí)的位數(shù)相對較多，設(shè)備較復(fù)雜。非均勻量化是根據(jù)信號(hào)的不同區(qū)間來確定量化間隔的。信號(hào)值小時(shí)，量化間隔也??；信號(hào)值大時(shí)，量化電平相對較大。這樣在不增加量化級數(shù)的條件下，使信噪比在較寬的范圍內(nèi)達(dá)到所需的指標(biāo)，從而改善了小信號(hào)的量化信噪比。非均勻量化實(shí)現(xiàn)方法是將樣值通過壓縮其后再進(jìn)行均勻量化，常用的是A律和U律。u律：A律：1.4 編碼編碼是將量化值變換成代碼。它分為均勻量化編碼和非均勻量化編碼。非均勻量化中的13折線編碼用8位折疊二進(jìn)制碼來表示輸入信號(hào)的抽樣量化值。第一位表示量化的極性。第二至四位段落碼的八種可能的狀態(tài)來分別代表八個(gè)段落

22、的起點(diǎn)電平，其他四位碼的16種狀態(tài)用來分別代表每一段落的十六個(gè)均勻劃分的量化級。2 時(shí)分復(fù)用原理一個(gè)頻帶限制在fH以內(nèi)的模擬信號(hào)m(t),可以用時(shí)間上離散了的抽樣值m(kTs)來傳輸,m(kTs)包含了m(t)的全部信息。如果信道對m(t)的傳輸不產(chǎn)生失真和不引入噪聲,則m(t)=km(t-t0),只是大小不同,或產(chǎn)生一定的時(shí)延。這樣的系統(tǒng)只傳輸一路信號(hào)是不經(jīng)濟(jì)也沒有必要的。如果利用ms(kTs)在時(shí)間上離散的相鄰脈沖間有很大空隙的特征。在此中插入其它若干路也是抽樣后的信號(hào)。只要各路抽樣信號(hào)在時(shí)間上能區(qū)分開(互不重疊),那么這個(gè)信道就有可能同時(shí)傳輸多路信號(hào),達(dá)到多路復(fù)用的目的。這種多路復(fù)用稱為

23、時(shí)分多路復(fù)用TDM。時(shí)分復(fù)用是建立在抽樣定理基礎(chǔ)上的，因?yàn)槌闃佣ɡ硎惯B續(xù)（模擬）的基帶信號(hào)有可能被在時(shí)間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖所代替。這樣，當(dāng)抽樣脈沖占據(jù)較短時(shí)間時(shí)，在抽樣脈沖之間就留出了時(shí)間空隙。利用這些空隙便可以傳輸其他信號(hào)的抽樣值，因此，就可能用一條信道同時(shí)傳送若干個(gè)基帶信號(hào),并且每一個(gè)抽樣值占用的時(shí)間越短，能夠傳輸?shù)穆窋?shù)也就越多。時(shí)間復(fù)用信號(hào)在接收端只要在時(shí)間上恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行分離，各個(gè)信號(hào)就能分別得到恢復(fù)。時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，一是多路信號(hào)的匯合與分路都是數(shù)字電路，簡單、可靠；二是時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)對非線性失真的要求比較低。時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)對信道中時(shí)鐘相位抖動(dòng)及接收端與發(fā)送端的時(shí)鐘同步

24、問題提出了較高的要求。所謂同步是指接收端能正確地從數(shù)據(jù)流中識(shí)別各路序號(hào)。為此，必須在每幀內(nèi)加上標(biāo)志信號(hào)（即幀同步信號(hào)）。它可以是一組特定的碼組，也可以是特定寬度的脈沖。在實(shí)際通信系統(tǒng)中還必須傳遞信令以建立通信連接，如傳送電話通信中的占線、摘機(jī)與掛機(jī)信號(hào)以及振鈴信號(hào)等信令。上述所有信號(hào)都是時(shí)間分割，按某種固定方式排列起來，稱為幀結(jié)構(gòu)。采用時(shí)分復(fù)用的數(shù)字通信系統(tǒng)，在國際上已逐步建立其標(biāo)準(zhǔn)。原則上是把一定路數(shù)電話語音復(fù)合成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)流（稱為基群），然后再把基群數(shù)據(jù)流采用同步或準(zhǔn)同步數(shù)字復(fù)接技術(shù)，匯合成更高速地?cái)?shù)據(jù)信號(hào)，復(fù)接后的序列中按傳輸速率不同，分別成為一次群、二次群、三次群、四次群等等。圖2.

25、1 兩個(gè)信號(hào)的時(shí)分復(fù)用在下圖中，第一路模擬信號(hào)送入時(shí)分復(fù)用模塊，第二路模擬信號(hào)送入模擬信號(hào)數(shù)字化模塊，分別在這兩個(gè)模塊中進(jìn)行PCM編碼，得到兩路PCM碼（PCMA和PCMB），再和時(shí)分復(fù)用模塊產(chǎn)生的幀同步碼進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，得到包含四路數(shù)據(jù)（第四路為空數(shù)據(jù)）、一幀為32位的時(shí)分復(fù)用信號(hào)，其復(fù)用部分的原理框圖如圖2.2。圖2.2時(shí)分復(fù)用原理框圖時(shí)分復(fù)用是通過時(shí)鐘信號(hào)對移位寄存器構(gòu)成的并/串轉(zhuǎn)換電路的輸出信號(hào)輪流進(jìn)行選通而實(shí)現(xiàn)的，時(shí)分復(fù)用輸出信號(hào)的位同步信號(hào)的頻率為BS的四倍，幀同步信號(hào)的頻率為位同步信號(hào)的三十二分之一。時(shí)分復(fù)用輸出信號(hào)每一幀由32位組成，其幀結(jié)構(gòu)如圖2.3所示，撥碼開關(guān)SW701可設(shè)

26、置幀同步碼的碼型。圖2.3 幀結(jié)構(gòu)圖復(fù)用信號(hào)通過解復(fù)用電路還原出兩路PCM編碼信號(hào)，分別送入時(shí)分復(fù)用模塊和模擬信號(hào)數(shù)字化模塊進(jìn)行PCM譯碼輸出，得到的兩路信號(hào)分別與輸入信號(hào)相同。圖2.4是解復(fù)用部分的原理框圖。圖2.4 解復(fù)用原理框圖在解復(fù)用電路中，先通過幀同步信號(hào)和位同步信號(hào)把四路數(shù)據(jù)分開，然后通過移位寄存器構(gòu)成的并/串轉(zhuǎn)換電路輸出串行的數(shù)據(jù)。3實(shí)驗(yàn)電路圖3.1 編譯碼器芯片介紹 編譯碼器是把Codec和Filter集成在一個(gè)芯片上，它的框圖見下圖所示。該器件為TP3067。圖3.1 TP3067的內(nèi)部圖3.2 引腳符號(hào)符號(hào) 功能VPO+ 接收功率放大器的同相輸出。GNDA 模擬地，所有信號(hào)

27、均以該引腳為參考點(diǎn)。VPO- 接收功率放大器的倒相輸出。VPI 接收功率放大器的倒相輸入。VFRO 接收濾波器的模擬輸出。VCC 正電源引腳，VCC = +5V士5% FSR 接收幀同步脈沖，F(xiàn)SR為8kHz脈沖序列。DR 接收幀數(shù)據(jù)輸入。PCM數(shù)據(jù)隨著FSR前沿移入DR。BCLKRCLKSEL 在FSR的前沿后把數(shù)據(jù)移入DR的位時(shí)鐘，其頻率可從64kHz至2.48MHz。MCLKRPDN 接收主時(shí)鐘，其頻率可以為1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。MCLKX 發(fā)送主時(shí)鐘，其頻率可以是1.536MHz，1.544MHz或2.048MHz.它允許與MCLKR異步，同步工作能實(shí)現(xiàn)

28、最佳性能。BCLKX PCM數(shù)據(jù)從DX上移出的位時(shí)鐘，頻率從64kHz至2.048MHz，必須與MCLKX同步。DX 由FSX啟動(dòng)的三態(tài)PCM數(shù)據(jù)輸出。FSX 發(fā)送幀同步脈沖輸入，它啟動(dòng)BCLKX并使DX上PCM數(shù)據(jù)移到DX上。ANLB 模擬環(huán)回路控制輸入，在正常工作時(shí)必須置為邏輯“0”，當(dāng)拉到邏輯“1”時(shí)，發(fā)送濾波器和前置放大器輸出被斷開，改為和接收功率放大器的VPO+ 輸出連接。GSX 發(fā)送輸入放大器的模擬輸出。用來在外部調(diào)節(jié)增益。VFXI- 發(fā)送輸入放大器的倒相輸入。VFXI+ 發(fā)送輸入放大器的非倒相輸入。VBB 負(fù)電源引腳，VBB = -5V ± 5% 。3.3PCM編譯碼電

29、路PCM編譯碼電路所需的工作時(shí)鐘為2.048MHz， FSR、FSX的幀同步信號(hào)為8KHz窄脈沖，圖3.2是短幀同步定時(shí)波形圖，圖3.3是時(shí)鐘電路測量點(diǎn)波形圖，圖3.4是PCM 編譯碼電路的波形圖，圖5-10是它的電原理圖。在本實(shí)驗(yàn)中選擇A-Law變換，以2.048Mbit來傳送信息，信息幀為無信令幀，它的發(fā)送時(shí)序與接收時(shí)序直接受FSX和FSR 控制。還有一點(diǎn)，編譯碼器一般都有一個(gè)PDN降功耗控制端，PDN=0時(shí)，編譯碼能正常工作，PDN=1時(shí)，編譯碼器處于低功耗狀態(tài)，這時(shí)編譯碼器其它功能都不起作用，我們在設(shè)計(jì)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對編譯碼器的降功耗控制。圖3.2短幀同步定時(shí)圖3.3 PCM編譯碼工作時(shí)

30、鐘圖 3.4 PCM電路原理圖4. 仿真圖 用SYSTEMVIEW軟件仿真，電路圖如下。4.1 時(shí)分復(fù)用碼產(chǎn)生電路4.2編譯碼電路圖4.3輸入音頻信號(hào)與輸出的音頻信號(hào)圖4.4 A律壓縮后的音頻信號(hào) 仿真時(shí)采用幅值為1，頻率分別為1kHZ,1500HZ,2000HZ的正弦信號(hào)來模擬音頻信號(hào)。由圖4.3可以看出，輸入和輸出的波形有一定的延時(shí)，失真較少。由圖4.4看出，壓縮后，幅度很小的小信號(hào)的信噪比得到很大的改善。5 心得體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，我對通信原理有了更深的認(rèn)識(shí)，尤其是在本次課程設(shè)計(jì)中運(yùn)用的PCM相關(guān)知識(shí)。這次課程設(shè)計(jì)不僅是一次課本知識(shí)的綜合應(yīng)用，而且是對我自身意志力的一次磨練。此次課設(shè)題目為PCM通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅要用到多方面的課本理論知識(shí)，還需要對系統(tǒng)連接方法有較高程度的掌握，在設(shè)計(jì)過程中，遇到了如下的一些問題：首先，必須根據(jù)實(shí)際情況合理的設(shè)計(jì)采樣頻率和抽樣脈沖的參數(shù)，以防波形的失真，由于在剛開始的時(shí)候,沒有合理設(shè)置采樣頻率的參數(shù),出現(xiàn)了在譯碼時(shí)恢復(fù)波形的失真,最后根據(jù)采樣頻率fs大于等于2fH條