【正文】 傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂的“抗干擾編碼”。 信道編碼與譯碼 信道編碼的目的是增強(qiáng)數(shù)字信號的抗干擾能力。二是完成模 /數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換，即當(dāng)信息 源給出的是模擬信號時，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化傳輸。 信源編碼與譯碼 它的基本功能一是提高信息傳輸?shù)挠行?，即通過某種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率。其壓縮是用一個非線性電路將輸入電壓 x 變換成輸出電壓 y ： ()xyf? 信息源信源編碼器信道編碼器數(shù)字調(diào)制器信道數(shù)字解調(diào)器信道譯碼器信源譯碼器受信者噪聲源 第三步： 脈沖編碼調(diào)制。信號抽樣值小時，量化間隔也??；信號抽樣值大時，量化間隔也大。模擬信號的抽樣值為 m(KT)，其中 T 是抽樣周期， k 是整數(shù)。 設(shè)一個連續(xù)模擬信號 m(t)中 的最高頻率 Hf 且?guī)捠艿较拗茣r，則以間隔時間為 1/2HTf? 的周期性沖擊脈沖對它抽樣時， 信號不發(fā)生混疊， 即奈奎斯特的定理。第三步是編碼。量化的結(jié)果 使抽樣信號變成量化信號，其取值是離散的。模擬信號被抽樣后，成為抽樣信號，它在時間上是離散的，但是其取值仍然是連續(xù)的，所以是離散模擬信號。模擬信號首先被抽樣。 數(shù)字通信系統(tǒng)的模型 圖 1 數(shù)字通信系統(tǒng)的模型 信 息 源 它的作用是把各種消息轉(zhuǎn)換為原始電信號，信源分為模 擬信源和數(shù)字信源。現(xiàn)代通信技術(shù)的主要內(nèi)容及發(fā)展方向，是以光纖通信為主體調(diào)衛(wèi)星通信、無線電通信為輔助的寬帶化、綜合化（有的稱數(shù)字化）、個人化、智能化的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。面向公眾的單向通信，如報紙、 廣播、電視便不包括在內(nèi)。但由于現(xiàn)代信息的內(nèi)容極為廣泛，因而人們并不把所有信息傳遞納入通信的范圍。 關(guān)鍵字 ：信源編碼與譯碼 信道編碼與譯碼 數(shù)字調(diào)制與解調(diào) 隨著數(shù)字通信系統(tǒng)的發(fā)展，語言通信已成為人們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠?，手機(jī)，電話和網(wǎng)絡(luò)語音通信等已經(jīng)逐漸深入人們的日常生活 ， 通信技術(shù)是信息技術(shù)中極重要的組成部分。 信道編碼采用循環(huán)碼，循環(huán)碼 的編碼和解碼設(shè)備都不太復(fù)雜，而且糾錯的能力較強(qiáng)。 摘要 本文 是關(guān)于一個數(shù)字語音通信系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，首先介紹數(shù)字通信系統(tǒng)的基本原理，然后分別從信源編碼、信道編碼和數(shù)字調(diào)制與解調(diào)三個方面介紹本系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，最后通過 Matlab 程序分模塊仿真，完成通信系統(tǒng)的實現(xiàn)。本系統(tǒng)信源編碼 中脈沖編碼調(diào)制采用非均勻量化， A律壓縮 13折線法編碼， 非均勻量 可以得到較高的信噪比并且 非均勻量化時，量化噪聲功率的均方根值基本上與信號抽樣值成比例。 在數(shù)字調(diào)制中采取了二進(jìn)制頻移鍵控調(diào)制方式，此方法 利用數(shù)字基帶 信號控制在波的頻率來傳送信息，解調(diào)時用了相干解調(diào)，方法簡便，容易實現(xiàn)。從廣義說，各種信息的傳遞均可稱之為通信。通常只把語音、文字、數(shù)據(jù)、圖像等信息的傳遞和傳播稱為通信。但這種單向傳播方式，由于通信技術(shù)的發(fā)展，也在發(fā)生變化。 本設(shè)計基于數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計的基本原理，通過信源 編碼與譯碼， 信道編碼與譯碼以及數(shù)字調(diào)制與解調(diào)等模塊的設(shè)計以實現(xiàn)語音通信。本文的輸入信號采用模擬信源，通過 A/D 轉(zhuǎn)換把輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號包括三個步驟：抽樣、量化和編碼。通常抽樣是按照等時間間隔進(jìn)行的，雖然在理論上并不是必須如此的。第二步是量化。故量化信號已是數(shù) 字信號了，它可以看成是多進(jìn)制的數(shù)字脈沖信號。 第一步 ：抽樣的定理。 第二步：量化。量化原理公式： ,()qim k T q??i1 i 當(dāng) m m(k T) m,在非均勻量化時，量化間隔是隨信號抽樣值的不同而變化的。非均勻量化的實現(xiàn)方法通常是在進(jìn)行量化之前 ，先將信號抽樣值壓縮，再進(jìn)行均勻量化。 通常把從模擬信號抽樣、量化，直到變換成為二進(jìn)制符號的過程，稱為脈沖編碼調(diào)制。碼元速率決定傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬反映了通信的有效性。信源譯碼是信源編碼的逆過程。數(shù)字信號是信道傳輸時受到噪聲等影響后將會引起差錯。接收端的信道譯碼器按相應(yīng)的逆規(guī)則進(jìn)行解碼，從中發(fā)現(xiàn)錯誤或糾正錯誤，提高通信系統(tǒng)的可靠性。也就是說， 0 值對 應(yīng)一個頻率 f1， 1 對應(yīng)另一個頻率 f2。 由于二進(jìn)制頻移鍵控已調(diào)信號可以看作兩個不同載波的幅度鍵控已調(diào)信號之和，它的頻帶寬度是兩倍的基帶信號寬度（ B）和 | f2 f1|之和， 2FSK 鍵控法理論框圖如圖所示。 PCM 的編碼原理比較直觀和簡單，下圖為 PCM 系統(tǒng)的原理框圖： PCM 通信系統(tǒng)方框圖 圖中，輸入的模擬信號 m(t)經(jīng)抽樣、量化、編碼后變成了數(shù)字信號 (PCM 信號 )，經(jīng)信道傳輸?shù)竭_(dá)接收端，由譯碼器恢復(fù)出抽樣值序列，再由低通濾波器濾出模擬基帶信號 m(t)。前者完成由模擬信號到數(shù)字信號的變換，后者則相反，即完成數(shù)字信號到模擬信號的變換。分別完成時間上離散、幅度上離散、及量化信號的二進(jìn)制表示。 PCM 編碼原理 抽樣 所謂抽樣，就是對模擬信號進(jìn)行周期性掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。 從數(shù)學(xué)上來看 ，量化就是把一個連續(xù)幅度值的無限數(shù)集合映射成一個離散幅度值的有限數(shù)集合。 如下圖所示，量化器輸出 L 個量化值 ky ， k=1， 2， 3，?， L。當(dāng)量化器輸入信號幅度 x 落在 kx 與 1?kx 之間時，量化器輸出電平為 ky 。通常 kkk xx ??? ?1 稱為量化間隔。 (a).均勻量化： 用這種方法量 化輸入信號時，無論對大的輸入信號還是小的輸入信號一律都采用相同的量化間隔。但是，對話音信號來說，大信號出現(xiàn)的機(jī)會并不多，增加的樣本位數(shù)就沒有充分利用。 模擬入 y x 量化器 量化值 (b).非均勻量化： 非均勻量化是根據(jù)信號的不同區(qū)間來確定量化間隔的。它與均勻量化相比，有兩個突出的優(yōu)點(diǎn)。因此量化噪聲對大、小信號的影響大致相同，即改善了小信號時的量化信噪比。通常使用的壓縮器中，大多采用對數(shù)式壓縮。美國采用 ? 壓縮律，我國和歐洲各國均采用 A 壓縮律，所謂 A壓縮律也就是壓縮器具有如下特性的壓縮律： AXAAxy 10,ln1 ???? ， 11,ln1 ln1 ????? XAAAxy 。 y 0 81 82 83 84 85 86 87 1 x 0 1281 1 按折線 分段時的 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 1 13折線時的 x 值與計算 x 值的比較 表 1 中第二行的值是根據(jù) 時計算得到的，第三行的值是 13 折線分段時的值。 所謂編碼就是把量化后的信號變換成代碼，其相反的過程稱為譯碼。 在現(xiàn)有的編碼方法中， 若按編碼的速度來分，大致可分為兩大類：低速編碼和高速編碼。編碼器的種類大體上可以歸結(jié)為三類：逐次比較型、折疊級聯(lián)型、混合型。下面結(jié)合 13 折線的量化來加以說明。若用 8 位折疊二進(jìn)制碼來表示輸入信號的抽樣量化值，其中用第一位表示量化值的極性，其余七位（第二位至第八位）則表示抽樣量化值的絕對大小。其它四位表示段內(nèi)碼，它的 16 種可能狀態(tài)來分別代表每一段落的 16 個均勻劃分的量化級。段落碼和 8 個段落之間的關(guān)系如表 2 所示；段內(nèi)碼與 16 個量化級之間的關(guān)系見表 3。 MATLAB 源程序： function sample() t0=10。 fs=1/ts。 %定義時間序列 df=。 m=x./(200*t+eps)。 %確定 t=0 的點(diǎn) m(w)=1。 [M,mn,dfy]=fft_seq(m,ts,df)。 f=[0:dfy:dfy*length(mn)dfy]fs/2。 plot(t,m)。時間 39。ylabel(39。)。原始信號 (fh=200/2piHz)的波形39。 axis([,0,])。 plot(f,abs(fftshift(M)))。頻率 39。ylabel(39。)。title(39。)。 %信號持續(xù)的時間 ts1=。 t1=[t0/2:ts1:t0/2]。 m1=x1./(200*t1+eps)。 m1(w1)=1。 %定義信號 [M1,mn1,df1]=fft_seq(m1,ts1,df)。N1=[M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1]。 figure(2) subplot(2,1,1)。 xlabel(39。)。幅值 39。 title(39。)。 subplot(2,1,2) plot(f1,abs(fftshift(N1)))。頻率 39。ylabel(39。)。 title(39。)。 t0=10。 %不滿足抽樣條件的抽樣間隔 fs2=1/ts2。 %定義不滿足抽樣條件的時間序列 x2=sin(200*t2)。 w2=t0/(2*ts2)+1。 %修正 t=0 時的信號值 m2=m2.*m2。%對不滿足抽樣條件的信號進(jìn)行傅立葉變換 M2=M2/fs2。 f2=[7*df2*length(mn2):df2:6*df2*length(mn2)df2]fs2/2。 stem(t2,m2)。時間 39。ylabel(39。)。抽樣失真 (fs=100Hz)時的信號波形 39。 axis([,0,1])。 xlabel(39。)。幅值 39。axis([500,500,0,])。抽樣失真時的信號頻譜 39。axis([500,500,])。 if nargin==2 n1=0 else n1=fs/df end n2=length(m)。 M=fft(m,n)。df=fs/n PCM 抽樣 仿真結(jié)果： 原始信號的波形和頻譜 PCM 正常抽樣時信號的波形及頻譜 PCM 抽樣失真時信號的波形及頻譜 PCM 均勻 量化的 仿真 PCM均勻量化的 MATLAB程序設(shè)計按如下步驟進(jìn)行： （ 1）確定輸入 模擬信號為 sin(t)； （ 2）根據(jù)均勻量化的原理均勻量化的算法程序； （ 3） 繪制并比較模擬輸入信號與量化輸出 的 波形。 y=sin(t)。 subplot(2,1,1)。 xlabel(39。)。幅度 39。 axis([0,4*pi,])。原始信號 39。 subplot(2,1,2)。 xlabel(39。)。幅度 39。 axis([0,4*pi,])。均勻量化后的信號 39。 function h=jylh(f,V,L) n=length(f)。 p=zeros(1,L+1)。end for i=1:n if f(i)V,h(i)=V。end flag=0。 flag=1。 end。 for j=L/2+2:L+1 if(flag==0) if(f(i)p(j)) h(i)=p(j)。 end end end end nq=V^2/(3*L^2)。 源程序如下： function a_quantize() t=0::。 figure subplot(2,1,1) plot(t,y) axis([0 ]) xlabel(39。) ylabel(39。) title(39。) z=a_pcm(y,)。時間 39。幅度 39。A 律量化后的信號 39。 for i=1:length(x) if x(i)=0 if(x(i)=t) y(i)=(a*x(i))/(1+log(a))。 end else if(x(i)=t) y(i)=(a*x(i))/(1+lo