通信原理课程设计模拟信号的数字化处理(编辑修改稿)

通信原理课程设计模拟信号的数字化处理(编辑修改稿)内容摘要：

1 x 0 1281 1 按折线 分段时的 x 0 1281 641 321 161 81 41 21 1 段落 1 2 3 4 5 6 7 8 斜率 16 16 8 4 2 1 21 41 表 13折线 x值与计算 x值的比较 表 中第二行的值是根据计算得到的，第三行的值是 13 折线分段时的值。 可见， 13 折线各段落的分界点与曲线十分逼近，同时按 2 的幂次分割 有利于数字化。 A 律 PCM 编码 所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。 当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。 在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速编码。 通信中一般都采用第二类。 编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。 在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。 本设计采用 A 律 13 折线编码。 律 PCM 编码 的规则 在 13 折线法中，无论输入信号是正是负，均按 8 段折线（ 8 个段落）进行编码。 若用 8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值，其中用第一位表示量化值的极性，其余七位（第二位至第八位）则表示抽样量化值的绝对大小。 具体的做法是：用第二至第四位表示段落码，它的 8种可能状态来分别代表8 个段落的起点电平。 其它四位表示段内码，它的 16 种可能状态来分别代表每一段落的 16个均匀划分的量化级。 这样处理的结果， 8个段落被划分成 27＝ 128个量化级。 段落码和 8 个段落之间的关系如表 (a)所示；段内码与 16 个量化通信原理课程设计 —— 模拟信号数字化 第 13 页 共 32 页 级之间的关系见表 (b)。 段落序号 段落码 量化级 段内码 8 111 15 1111 14 1110 7 110 13 1101 12 1100 6 101 11 1011 10 1010 5 100 9 1001 8 1000 4 011 7 0111 6 0110 3 010 5 0101 4 0100 2 001 3 0011 2 0010 1 000 1 0001 0 0000 (a) 段落码 (b) 段内码 表 段落码与段内码 编码流程 输入信号 x 后，先判断 x 的符号， x0 时 C1=1， x0 时 C1=0；判断完符号后将信号进行归一化和量化，再进行段落判断以及段内判断，最后将 C1~C8 输出。 流程图如下： 通信原理课程设计 —— 模拟信号数字化 第 14 页 共 32 页 图 PCM 编码流程图 增量调制 增量调制简介 增量调制简称 ΔM 或增量脉码调制方式（ DM），它是继 PCM 后出现的又一种模拟信号数字化的方法。 1946 年由法国工程师 De Loraine 提出，目的在 于简化模拟信号的数字化方法。 主要在军通信和卫星通信中广泛使用，有时也作为高速大规模集成电路中的 A/D 转换器使用。 对模拟信号采样，并用每个样值与它的预测值的差值对周期脉冲序列进行 调制 ， 就是增量调制。 它是一种最简单的差值脉冲编码。 已调脉冲序列以脉冲的有、无来表征差值的正负号，也就是差值只编成一位二进制码。 早期的语言增量调制编码器是由分立元件组成的。 随着模拟集成电路技术的发展， 70年代末出现了音节压扩增量调制集成单片， 80年代出现了瞬时压扩集成单片，单片内包括了开关电容滤波器与开关电容积分器，集成度不断提高，使增量调制的编码器的体积减小，功耗降低。 增量调制的原理 如图 所示， 在模拟信号 f(t)的曲线附近，有一条阶梯状的变化曲线判断符号 输入信号 S 归一化 、量化 段落判断 段内判断 输出 通信原理课程设计 —— 模拟信号数字化 第 15 页 共 32 页 f′(t),f′(t)与 f(t)的形状相似。 显然，只要阶梯 “ 台阶 ” σ和时间间隔 Δt 足够小，则f′(t)与 f(t)的相似程度就会提高。 对 f′(t)进行滤波处理，去掉高频波动，所得到的曲线将会很好地与原曲线重合，这意味着 f′(t)可以携带 f(t)的全部信息（这一点很重要）。 因此， f′(t)可以看成是用一个给定的 “ 台阶 ” σ对 f(t)进行抽样与量化后的曲线。 我们把 “ 台阶 ” 的高度 σ 称为增量，用 “1” 表示正增量，代表向上增加一个 σ；用 “0” 表示负增量，代表向下减少一个 σ。 则这种阶梯状曲线就可用一个 “0” 、 “1” 数字序列来表示（如图 所示），也就是说，对 f′(t)的编码只用一位二进制码即可。 此时的二进制码序列不是代表某一时刻的抽样值，每一位码值反映的是曲线向上或向下的变化趋势。 图 增量调制原理图 t1 1 1 1 1 1 1 110 0 0 0 00t t二 进 制 码 序 列编 码 后 的 数 字 信 号f ( t )′f ( t )通信原理课程设计 —— 模拟信号数字化 第 16 页 共 32 页 2. 仿真 程序、程序 编制、仿真结果 仿真程序编制 抽样定理的验证 首先我们先要通过 matlab 软件产生一个模拟信号，然后才能对模拟信号进行抽样等等一系列的操作，下面先给出 matlab 软件建立 m 文件产生一个比较熟悉的时域连续的周期函数： f(t)= cos(2*pi*40*t)+sin(2*pi*60*t)，可以看出这个信号就是由两个最常用的函数复合而成。 产生原始连续信号的 matlab 源代码： %该程序用于画出原信号的图形 clear。 t = ::。 %该参数用于画原信号图形 f = cos(2*pi*40*t)+sin(2*pi*60*t)。 %原函数 , 由 t的取值可得 f 有 201个 subplot(2,1,1) %matlab 矩阵区域设置 plot(t, f)； %画出采原函数序列图 title(39。 原信号 39。 )。 xlabel(39。 时间 t/s)。 接下来就是对原始信号进行抽样了，下面给出对信号进行抽样的源代码 ： %该函数用于画出原始波形和抽样后离散的采 样波形图 T = 1/500。 %抽样周期， 500 是抽样频率，可以调整抽样频率 gs = :T:。 fg = cos(2*pi*40*gs)+sin(2*pi*60*gs)。 %对信号进行以 T周期抽样 subplot(2,1,2) stem(gs, fg,39。 .39。 ) %画图 title(39。 采样信号 39。 )。 xlabel(39。 时间 t/s39。 )。 量化与编码 在抽样以后我们得到了一个个的离散的数字信号序列，但是这个序列并不 是通信原理课程设计 —— 模拟信号数字化 第 17 页 共 32 页 我们想要的数字信号序列，因为前面已经说过，这个不是真正的离散数字信号，它只是在时间上是离散的，在幅度上仍然是连续的。 所以就要进行下一步操作 —量化。 在实际中量化和编码是一起进行的，下面给出量化编码的 matlab 源代码： %建立原信号 T=。 %取时间间隔为 t=:T:。 %时域间隔 dt 为间隔从 0到 10 画图 xt=cos(2*pi*40*t)+sin(2*pi*60*t)。 %xt 方程 %采样：时间连续信号变为时间离散模拟信号 fs=500。 %抽样 fs=2fc，每秒钟内的抽样点数目将等于或大于 2fc 个 sdt=1/fs。 %频域采样间隔 t1=:sdt:。 %以 sdt 为间隔从 到 画图 st=cos(2*pi*30*t1)+sin(2*pi*65*t1)。 % 离散的抽样函数 figure(1)。 subplot(3,1,1)。 plot(t,xt)。 title(39。 原始 信号 39。 )。 %画出原始的信号图 ,以好对比 grid on %画背景 subplot(3,1,2)。 stem(t1,st,39。 .39。 )。 %这里画出来的是抽样后的离散图 title(39。 抽样信号 39。 )。 grid on %画背景 %量化过程 n=length(st)。 %取 st 的长度为 n M=max(st)。 A=(st/M)*2048。 %a1(极性码 ) a2a3a4（段落码） a5a6a7a8（段内电平码） code=zeros(i,8)。 %产生 i*8 的零矩阵 %极性码 a1 for i=1:n %if 循环语句 if A(i)=0 通信原理课程设计 —— 模拟信号数字化 第 18 页 共 32 页 code(i,1)=1。 %代表正值 else code(i,1)=0。 %代表负值 end % 这里就是量化的过程，划分成几个不等的段，然后用码元来代替，也就是俗称编码。