通信原理课程设计.doc

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前言
不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输:模拟数据(模拟量)一般采用模拟信号(Analog Signal),例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波),或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示;数字数据(数字量)则采用数字信号(Digital Signal),例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1,用恒定的负电压表示二进制数0),或光脉冲来表示。
模拟信号是连续的,数字信号是离散的,通常所说的模拟信号数字化是指将模拟的话音信号数字化、将数字化的话音信号进行传输和交换的技术。这一过程涉及数字通信系统中的两个基本组成部分:一个是发送端的信源编码器,它将信源的模拟信号变换为数字信号,即完成模拟/数字(A/D)变换;另一个是接收端的译码器,它将数字信号恢复成模拟信号,即完成数字/模拟(D/A)变换,将模拟信号发送给信宿。
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。
1模拟信号数字化的基本原理
模拟信号的数字传输是指把模拟信号先变换为数字信号后,再进行传输。由于与模拟传输相比,数字传输有着众多优点,因而此技术越来越受到重视。此变化为A/D变换。A/D变换是把模拟基带信号变换喂数字基带信号,尽管后者的带宽会比前者大得很多,但本质上仍属于基带信号。这种传输可直接采用基带传输,或经过熟悉调制后再做频带传输。
  A/D变化包括抽样、量化、编码三个步骤,如图1-1所示。
图1-1 模拟信号数字化流程图
图中,抽样完成时间离散量化过程,所得m(KTs)为PAM信号;量化完成复制离散化过程,所得mq(KTs)为多电平PAM信号;编码完成多进制到二进制的变化过程,所得S(t)是二进制编码信号。

所谓抽样,就是对模拟信号进行周期性扫描,把时间上连续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。抽样的抽样速率下限是由抽样定理确定的。抽样包括两种情况:低通型连续信号抽样、带通型连续信号抽样。
低通型连续信号抽样定理在时域上可以表述为:对于一个频带限制在(0,fH)Hz内的时间连续信号f(t),如果以Ts≤1/(2fH)秒间隔对其进行等间隔抽样,则f(t)将被所得到的抽样抽样值完全确定。实际中遇到的许多信号是带通型信号,模拟信号的频道限制在fL~fH之间,fL为信号最低频率,fH为最高频率。而且当fH>B,其中B=fH-fL时,该信号通常被成带通型信号,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,对频率限制在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。

所谓量化,就是把经过抽样的得到的瞬时值将其幅度离散,即用一组规定的点评,把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。模拟信号进行平顶抽样后,其抽样值还是随信号幅度连续变化的。当这些连续变化的抽样值通过噪声信道传输是,接收端不能准确地估值所发送的抽样。如果发送端用鱼线规定的有限个电平来表示抽样值,且电平间隔比干扰噪声大,则接受端将有可能准确地估值所发送的抽样。因此,有可能消除随机噪声的影响。由于量化在连续抽样值和量化值之间产生误差,称为量化误差。模拟信号的量化可以采用两种方
式:均匀量化和非均匀量化。
非均匀量化时,量化间隔是随信号抽样值的不同而变化的,在通信系统中为了提高传输的效率,常要将PCM信号进行压缩编码,再在通信系统中传输。关于电话信号的压缩特性,ITU制定的两种建议,即A压缩律和μ压缩律,以及相应的近似算法—13折线法和15折线法。北美、日本和韩国等少数国家和地区采用μ压缩律及15折线法,我国大陆,欧洲各国以及国际互连时采用A压缩律,因此PCM也是采用A压缩律。
A压缩律是指符合下式的对数压缩规律:


A律表示式是一条平滑曲线,用电子线路很难准确地实现。现在由于数字电路技术的发展,这种特性很容易用数字电路来近似实现。13折线就是就是近似于A压缩律的特性。在图1-2中给出了这种特性曲线。
图 1-2 A压缩律特性曲线
(PCM)
若信源输出的是模拟信号,如电话机传送的事语音信号等,要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,在接收端要进行D/A。对语音信号最典型的数字编码就是脉冲编码调制(PCM)。所谓脉冲编码调制:就是将模拟信号的抽样量化值转换成二进制码组的过程。
PCM系统的原理方框图如图1-3所示,同种,输入