【正文】 ? 實現(xiàn)三種不同段內(nèi)碼的PCM系統(tǒng)的仿真并觀測調(diào)制解調(diào)過程中觀察各個環(huán)節(jié)時域和頻域的波形； ? 結(jié)合三種不同信道環(huán)境對比三種不同段內(nèi)碼的PCM系統(tǒng)的頻譜特點與誤碼率情況； ? 對仿真結(jié)果進行分析。 方案選擇 分析PCM系統(tǒng)可以有多種手段，最常用的就是基于單片機的硬件電路實現(xiàn)、基于FPGA的軟件仿真和MATLAB環(huán)境下的Simulink仿真實現(xiàn)，方案選擇時對以上幾種方法都進行分析，綜合確定自己的方案。 基于FPGA的PCM系統(tǒng)仿真FPGA（ Field－Programmable Gate Array）：既現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展后的產(chǎn)物。作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)，F(xiàn)PGA不僅解決了定制電路在設計中的不足，而且改善了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。經(jīng)實踐表明，F(xiàn)PGA可以有效地運用于PCM高碼速率場合。FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）的概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic Block）、內(nèi)部連線（Interconnect）和輸出輸入模塊IOB（Input Output Block）三個部分。它的基本特點主要有： ? 采用FPGA設計電路，用戶不需要投片生產(chǎn)就可以得到合用的芯片。 ? FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。 ? FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I／O引腳。 ? FPGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。 ? FPGA是ASIC電路中設計周期最短、開發(fā)費用最低、風險最小的器件之一。 可以說，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。 FPGA設置其工作狀態(tài)是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來實現(xiàn)的，因此，工作時需要對片內(nèi)的RAM進行編程。我們可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時，芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，等配置完成后，F(xiàn)PGA進入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠重復使用。FPGA的編程不需要專用的編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當我們需要修改功能時，只需要更換一片EPROM即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，就可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用是非常靈活的。利用FPGA開發(fā)時，所用軟件為Quartus II。Quartus II是Altera提供的FPGA/CPLD開發(fā)集成環(huán)境。Altera是世界上最大可編程邏輯器件的供應商之一。Quartus II在21世紀初推出，是Altera前一代FPGA/CPLD集成開發(fā)環(huán)境MAX+plus II的更新?lián)Q代產(chǎn)品，它界面友好，使用便捷。在Quartus II上可以完成設計輸入、布線布局（適配）、HDL綜合、仿真、下載和硬件測試等流程，它提供了一種與結(jié)構(gòu)無關(guān)的設計環(huán)境，使設計者能方便地進行設計輸入、快速處理和器件編程。 II的編譯設計主控界面，它顯示了Quartus II自動設計的各主要處理環(huán)節(jié)和設計流程，包括設計輸入編輯、設計分析與綜合、適配、編程文件匯編（裝配）、時序參數(shù)提取和編程下載等幾個步驟。下排的流程框圖，是與上面的Quartus II設計流程相對照的標準的EDA。：圖形或HDL編輯Analysis synthesis（分析與綜合）Filter（適配器）Assembler（編程文件匯編）編程器設計輸入綜合或編輯仿真適配器件下載時序分析器圖 QuartusII設計流程 基于Simulink的PCM系統(tǒng)仿真Simulink是matlab最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。該環(huán)境具有良好的交互界面，通過分析窗口和示波器模擬等方法，提供了一個可視的仿真過程，無需大量書寫程序，只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構(gòu)造出復雜的系統(tǒng)，不僅在工程上得到應用，在教學領(lǐng)域也得到認可，尤其在信號分析、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域。其可以實現(xiàn)復雜的模擬、數(shù)字及數(shù)?；旌想娐芳案鞣N速率系統(tǒng)，并提供了內(nèi)容豐富的基本庫和專業(yè)庫。本次設計系統(tǒng)可以通過模塊分層來實現(xiàn)。PCM系統(tǒng)主要包括模擬信號的數(shù)字化、信道傳輸和數(shù)字信號還原模擬信號三部分，在編碼模塊采用三種不同的段內(nèi)碼進行編碼，最后用示波器觀察輸入信號和輸出信號的波形，加上含有噪聲的信道，最后運行結(jié)果并通過波形來分析該系統(tǒng)的性能。：信源抽樣量化信道編碼PCM編碼性能分析信道譯碼解調(diào)信道調(diào)制噪聲 PCM原理框圖隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)仿真技術(shù)在電子工程領(lǐng)域的應用已越來越廣泛，而信號級系統(tǒng)仿真軟件SystemView的出現(xiàn)則標志著仿真技術(shù)在通信領(lǐng)域的應用達到了一個新的水平。根據(jù)PCM編碼基本原理，設計出Systemview仿真模型，然后對仿真的結(jié)果加以分析，最終根據(jù)仿真的模型建立以及仿真結(jié)果設計出PCM編碼的硬件實現(xiàn)電路。SystemView可以快速建立和修改系統(tǒng)，并在對話框內(nèi)快速訪問和調(diào)整參數(shù)，修改實時顯示。只需簡單用鼠標點擊圖符即可創(chuàng)建DSP濾波器、連續(xù)線性系統(tǒng)，并輸入／輸出基于真實系統(tǒng)模型的仿真數(shù)據(jù)。不用寫一行代碼即可建立用戶的子系統(tǒng)庫（MetaSystem）。PCM編譯碼器的實現(xiàn)可以借鑒單片如MC14550的PCM編碼器集成芯片。單芯片工作時只需給出外圍的時序電路即可實現(xiàn)，它把編譯碼器（Codec）和濾波器（Filter）集成在一個芯片上，這樣它的功能比較強，不僅可以進行A律變換，也可以進行u律變換；它的數(shù)據(jù)既可用固定速率傳送，也可用變速率傳送；它既可以傳輸信令幀也可以選擇它傳送無信令幀，并且還可以控制它處于低功耗備用狀態(tài)，到底使用它的什么功能可由用戶通過一些控制來選擇。MC145503可以組成模擬用戶線與程控交換設備間的接口，包含有話音A律編解碼器、自調(diào)零邏輯、話音輸入放大器、RC濾波器、開關(guān)電容低通濾波器、話音推挽功放等功能單元。由PCM編譯碼原理框圖可知，輸入端經(jīng)過一個晶振和一個分頻器1得出的信號在經(jīng)過一個分頻器2，然后進行信號抽樣后輸出，此后，幀同步信號進入幀同步產(chǎn)生器然后進入復接器，正弦信號源ＡＢ分別進入兩個PCM編碼器進行編譯得到源基帶信號。：SL7S3SL5S24690KHz晶振SL3S1SL02048KHz CLKS1S2S3S4SRASRBSLB 抽樣信號產(chǎn)生信號 分頻器1分頻器2 幀同步信號產(chǎn)生器 STASRASRB正弦信號源BPCM編碼器BPCM編碼器A正弦信號源A復接器 PCM編譯碼電路圖目前FPGA的品種很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等，這三者有重疊，也有互補。但在編程中，需設計HDL源代碼，可以使VHDL語言或Verilog語言，在大學期間，我們接觸最多的是C語言，所以利用FPGA分析時會面臨最大的編程問題。利用單片機進行測試時，系統(tǒng)的可行性較好，成本低，但在實驗過程中的精度不高，而且在利用單片機進行實驗時，需要給單片機下載很正確的程序，相比較利用軟件搭建來說，太過麻煩而且最后的結(jié)果比較不時很直觀。Simulink用其可以建立動態(tài)的系統(tǒng)模型并進行仿真，以直觀的方式建模比較，分層次的表達復雜系統(tǒng)，不受軟件本身的影響。而且Simulink的示波器可以動畫和圖像顯示數(shù)據(jù)，運行中可調(diào)整模型參數(shù)進行Whatif分析，能夠在仿真運算進行時監(jiān)視動態(tài)仿真結(jié)果。這種交互式的特征可以幫助我們快速的評估不同的算法，進行參數(shù)優(yōu)化?；谏鲜鋈N方案的優(yōu)缺點及自己在大學過程中對各種軟件的熟悉程度，我最終選擇了第二種方案，利用Simulink來做。 MATLAB簡介 MATLAB是一種具有強大的計算、仿真、繪圖等功能的解釋性執(zhí)行語言。由于它使用簡單，擴充方便，特別是世界上有成千上萬不同領(lǐng)域的科研工作者在自己的科研過程中不停的擴充MATLAB的功能，使它成為了巨大的知識寶庫。目前的MATLAB版本已經(jīng)可以方便的設計漂亮的界面，它可以像VB等語言一樣設計漂亮的用戶接口，同時因為有最豐富的函數(shù)庫（工具箱），計算的功能實現(xiàn)也很簡單，進一步受到了科研工作者的歡迎。另外，MATLAB和其他高級語言也具有良好的接口，可以方便的實現(xiàn)與其他語言的混合編程，進一步拓寬了MATLAB的應用潛力。 MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用FORTRAN，C等語言完成相同的事情簡便的多，并且Mathworks也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對C++ 、FORTRAN、C、JAVA的支持。不僅可以直接調(diào)用，用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載使用。 MATLAB有著強大的功能且應用范圍非常廣，可以用來進行多種工作，具體如下： 數(shù)值分析、數(shù)值和符號計算、工程與科學繪圖、控制系統(tǒng)的設計與仿真、數(shù)字圖像處理技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、通訊系統(tǒng)設計與仿真、財務與金融工程等。 MATLAB被稱為第四代計算機語言，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。MATLAB的最突出的特點就是簡潔。MATLAB用更直觀的、符合人們思維習慣的代碼，代替了C和FORTRAN語言的冗長代碼。MATLAB給用戶帶來的是最直觀、最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境。 Simulink介紹Simulink工具是MATLAB軟件提供的可以實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的軟件包，Matlab重點運用在控制設計、工程的計算、金融建模分析和設計、檢測信號、處理圖像、信號通訊和處理等方面。而simulink提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可以構(gòu)造出復雜的系統(tǒng)，它讓用戶把精力從語言編程轉(zhuǎn)向仿真模型的構(gòu)造，為用戶省去了很多重復的代碼編寫工作。Simulink具有適應面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應用與控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于Simulink。 Simulink的功能和特點如下：Simulink是一種基于MATLAB的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口（GUI），這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理等系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫對其進行設計、仿真、執(zhí)行和測試。 構(gòu)架在Simulink基礎之上的其他產(chǎn)品擴展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設計、執(zhí)行、驗證和確認任務的相應工具。Simulink與MATLAB 緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。 Simulink的特點： ? 豐富的可擴充的預定義模塊庫。 ? 提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成。 ? 以設計功能的層次性來分割模型，實現(xiàn)對復雜設計的管理。 ? 通過Model Explorer 導航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性，生成模型代碼。 ? 圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設計的性能和異常行為。 ? 使用Embedded MATLAB 模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法 。 ? 使用定步長或變步長運行仿真，根據(jù)仿真模式(Normal，Accelerator，Rapid Accelerator)來決定以解釋性的方式運行或以編譯C代碼的形式來運行模型。 ? 交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖。? 可訪問MATLAB從而對結(jié)果進行分析與可視化，定義信號參數(shù)，定制建模環(huán)境和測試數(shù)據(jù)。2 PCM基本原理脈沖編碼調(diào)制（PCM）簡稱脈碼調(diào)制，它是用二進制數(shù)字代碼來代替連續(xù)信號的抽樣值來實現(xiàn)通信的一種方式。由于這種通信方式抗干擾能力強，易于加密等，因此在光釬通信、衛(wèi)星通信、數(shù)字微波通信中均獲得了極為廣泛的運用。PCM信號的形成是將模擬信號經(jīng)過“抽樣、量化、編碼”三個步驟來實現(xiàn)的。分別完成時間上離散、幅度