模拟信号数字化处理综述模板.docx

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1、课程设计报告课程设计名称：通信系统原理系，三系学生姓名,张梦瑶班级：11通信工程1班学号：.成绩，.指导教师，吴教开课时间：2023-2023学年一学期一、课程设计目的本课程是为通信工程专业本科生开设的专业必修课，结合学生的专业方向的理论课程，充足发挥学生的积极性，使学生掌握应用MAT1AB或者SYSTEMVIEW等仿真软件建立通信系统，巩固理论课程内容，规范文档的建立，培养学生的创新能力，并可以运用其所学知识进行综合的设计。通信系统原理的课程设计是对通信系统仿真软件、课程学习的综合检查，配合理论课的教学，让学生亲自参与设计、仿真、验证通信系统的一般原理、调制解调原理、信号传播和受噪声影响等方

2、面的知识点。二、设计选题模拟信号的数字化处理三、详细规定a熟悉模拟信号数字化的处理环节：抽样、量化、编码；b.模拟信号的抽样过程，理解抽样频率的变化对抽样信号的影响；c.用MAT1AB或其他EDA工具软件对PCM编码进行使用A律和律的压缩和扩张进行软件仿真;d.PCM的8位编码C1C2C3C4C5C6C7C8e.仿真实现增量调制的过程和并理解噪声产生的原理。四、进度安排1、星期一查阅资料，确定选题和软件，思索总体设计方案；2、星期二熟悉软件的编程环境；3、星期三总体设计方案确实定与设计；4、星期四各部分的详细实现（程序调试并程序注释）：5、星期五整顿完毕设计汇报的电子版，并答辩。五、成绩评估措

3、施总成绩由平时成绩（考勤与课堂体现）、程序设计成绩和汇报成绩三部分构成，各部分比例为30%,50%,20%o（1）平时成绩：无端旷课一次，平时成绩减半；无端旷课两次平时成绩为0分，无端旷课三次总成绩为0分。迟到15分钟按旷课处理。（2）设计成绩：按照实际的设计过程和最终的实现成果给出对应的成绩。（3）设计汇报成绩：按照提交汇报的质量给出对应的成绩。备注：每人提交一份课程设计汇报（打印稿和电子稿各一份），课程设计汇报按照模板撰写内容，规定详细、精确、完整。目录序言错误!未定义书签。1、基本原理错误!未定义书签。11脉冲编码调制（Pen错误味定义书签。1.2 PCM编码原理错误味定义书签。1.2.

4、1抽样错误味定义书签。1.2.2量化错误!未定义书签。1.2.3压缩律与A压缩律错误!未定义书签。124A律PCM编码错误味定义书签。1.3 增量调制错误!未定义书签。1.3.1 增量调制简介错误!未定义书签。1.3.2 增量调制的原理错误!未定义书签。2.仿真程序、程序编制、仿真成果错误!未定义书签。2.1 仿真程序编制错误!未定义书签。2. 1.1抽样定理的验证错误味定义书签。3. 1.2量化与编码错误!未定义书签。4. 1.3A律与U律特性曲线错误!未定义书签。5. 1.4PCM8位编码C1C2C3C1C5CfiC7C8错误!未定义书签。6. 1.5增量调制错误!未定义书签。2.2 仿真

5、成果和分析错误!未定义书签。2.2.1抽样定理仿真成果错误!未定义书签。2.2.2量化与编码仿真成果错误!未定义书签。2.2.3PCM的8位编码仿真成果错误味定义书签。2.2.4A律和U律特性曲线仿真成果错误!未定义书签。2.2.5增量调制仿真成果错误!未定义书签。3 .运行程序过程中产生的问题和采用的措施错误!未定义书签。4 .总结和展望错误!未定义书签。5 .参照文献错误!未定义书签。序言数字通信系统己成为当今通信的发展方向，然而自然界的许多信息通过传感器转换后，绝大部分是模拟量，脉冲编码调制(PCM)是把模拟信号变换为数字信号的一种调制方式，重要用于语音传播，在光纤通信、数字微波通信、卫

6、星通信中得到广泛的应用，借助于MAT1AB软件，可以直观、以便地进行计算和仿真。因此可以通过运行成果，分析系统特性。MAT1AB是美国MathWorks企业开发的一套面向理论分析研窕和工程设计处理的系统仿真软件，它既是一种直观、高效的计算机语言，同步又是一种科学计算平台。它为数据分析和数据可视化、算法和应用程序开发提供了最关键的数学和高级图形工具。根据它提供的500多种数学和工程函数，工程技术人员和科学工作者可以在它的集成环境中交互或编程以完毕各自的计算。总的来说，该软件有三大特点。一是功能强大，二是界面友善、语言自然，三是开放性强。正是由于MAT1AB具有这些特点，因此它被广泛的应用在通信仿

7、真中，通过仿真展示了PCM编码实现的设计思绪和详细过程，并加以进行分析。基于MAT1AB的仿真模型，可以反应模拟通信系统口勺动态工作过程，其可视化界面具有很好的演示效果，为通信系统的设计和研究提供强有力的工具，也为学习通信系统理论提供了一条非常好的途径。当然理论与实际还会有很大的出入，在设计时还要考虑多种干扰和噪声等原因的影响。1、基本原理1.1 脉冲编码调制(PCM)脉冲编码调制(PUISecodemodu1ation,PCM)是概念上最简朴、理论上最完善的编码系统，是最早研制成功、使用最为广泛的编码系统，但也是数据量最大的编码系统。PCM的编码原理比较直观和简朴，卜.图为PCM系统的原理框

8、图:图1.1PCM系统原理框图图中，输入的模拟信号m(t)经抽样、量化、编码后变成了数字信号(PCM信号)，经信道传播抵达接受端，由译码器恢复出抽样值序列，再由低通滤波器滤出模拟基带信号m(t)。一般，将量化与编码的组合称为模/数变换器(A/D变换器)；而译码与低通滤波的组合称为数/模变换器(D/A变换器)。前者完毕由模拟信号到数字信号的变换，后者则相反，即完毕数字信号到模拟信号的变换。PCM在通信系统中完毕将语音信号数字化功能，它的实现重要包括三个环节完毕：抽样、量化、编码。分别完毕时间上离散、幅度上离散、和量化信号的二进制表达。根据CC1TT的提议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化

9、，有两种提议方式，分别为A律和u律方式，我国采用了A律方式，由于A律压缩实现复杂，常使用13折线法编码,采用非均匀量化PCM编码。1.2 PCM编码原理抽样抽样是把时间上持续口勺模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值H勺过程。抽样定理：设一种频带限制的(0,。)HZ内小J时间持续信号m(t)假如它不少于2f“次/秒的速率进行抽样，则m(t)可以由抽样值完全确定。抽样定理指出，由样值序列无失真恢复原信号的条件是fs2f11,为了满足抽样定理，规定模拟信号的频谱限制在0册之内(品为模拟信号的最高频率)。为此，在抽样之前，先设置一种前置低通滤波器，将模拟信号附带宽限制在八如下，假如前置低通滤波器特性不

10、良或者抽样频率过低都会产生折叠噪声。抽样频率不不小于2倍频谱最高频率时，信号的频谱有混叠。抽样频率不小于2倍频谱最高频率时，信号的频谱无混登。此外要注意的是，采样间隔的周期要足够的小，采样率要足够的大，要否则会出现如图1.2(b)所示的混叠现象，一般状况下TSWS=2兀，Wn2Wm.(a)不发生混叠现象(b)发生混叠现象图1.2抽样过程如图所示：图1.3抽样过程量化1.定义量化，就是把通过抽样得到口勺瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最靠近的电平值来表达。从数学上来看，量化就是把种持续幅度值的无限数集合映射成一种离散幅度值的有限数集合。i种模拟信号通过抽样量化后，得到已量化

11、I肉脉冲幅度调制信号，它仅为有限个数值。如下图所示，量化器输出1个量化值y*,k=1,2,3,，1常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度X落在打与4+1之间时，量化器输出电平为这个量化过程可以体现为：这里XA称为分层电平或判决阈值。一般=+1称为量化间隔。X/-一岳山奥I1.4量化过程2 .分类模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。均匀量化：用这种措施量化输入信号时，无论对大的输入信号还是小时输入信号一律都采用相似的量化间隔。为了适应幅度大的输入信号，同步又要满足精度规定，就锯要增长样本的位数。不过，对话音信号来说，大信号出现的机会并不多，增长的样本位数就没有充足运用。为了克服这个局

12、限性，就出现了非均匀量化的措施。非均匀量化：非均匀量化是根据信号的不一样区间来确定量化间隔的。对于信号取值小口勺区间，其量化间隔Au也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的长处。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度(实际中常常是这样)时，非均匀量化器的输出端可以得到较高I肉平均信号量化噪声功率比；另一方面，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大体相似，即改善了小信号时的量化信噪比。实际中，非均匀量化的实际措施一般是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。一般使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是

13、压缩律和A压缩律。美国采用压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律。3 .量化信噪比在量化时候会产生量化误差，这里不作详细简介，其量化误差计算公式如下：量化后量化输出为：ntIx(kT)0H:f-压缩明显，压缩作用:y是均匀的，而X是非均匀的，信号越小X也越小。图1.5律压缩特性压缩特性初期是用二极管口勺非线性来实现的，但要保证压缩特性H勺一致性、稳定性以和压缩与扩张特性的匹配是很困难U勺。因此一般都是采用近似理想压缩特性曲线口勺折线来替代理想特性。对于U律曲线，采用15段折线近似。2. A压缩律所谓A压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律：式中，X为压缩器归一化输入电压；y为压缩器归一化输出电压

14、；A为常数，决定压缩程度。A压缩律中的常数A不一样，则压缩曲线口勺形状也不一样，它将尤其影响小电压时的信号量噪比的大小，在实际中，选择A等于87.6。A律压缩表达式是一条持续的平滑曲线，用电子线路很难精确的实现。目前由于数字电路技术的发展，这种特性很轻易用数字电路来近似实现，13折线特性就是近似于A压缩律的特性，因此常使用13折线法编码，压扩特性图如卜.图所示：图1.6A率13折线压扩特性图3. 13折线的形成（1）首先把输入信号的幅值归一化（横坐标），把01时值域划分为不均匀的8个区间，每个区间的长度以2倍递增。详细地说就是01128为第一区间，112864为第二区间，1/64-1/32为第

15、三区间，1/32-1/16为第四区间，直到121为第八区间。（2）再把输出信号的幅度也归一化（纵坐标），并均匀提成8个区间，即018,1828,2/83/8,直到7/81。（3）然后以横轴各区间的右端点为横坐标，以相对应纵轴区间的上端点为纵坐标，就可得到（1/128,1/8）,1/64,2/8）,（1/32,3/8）,（1,1）等8个点。（4）将原点和这8个点依次用直线段连接起来就得到一条近似A律的折线。（5）第一区间和第三区间口勺线段斜率同样，可以当作一条线段，则正值曲线就只有7条线段，与之对应的负值曲线也只有7条线段，而正、负值曲线合画在一起后，各自的第一段折线斜率也同样，因此在14条线段中再减去一条就成为13折线。完整的13折线