【正文】 ) 圖 抽樣信號(hào)的產(chǎn)生與恢復(fù)原理框圖 經(jīng)過(guò)譯碼后的信號(hào)，通過(guò)帶通濾波 器濾除高頻分量，恢復(fù)出原始信號(hào)。模擬信號(hào)抽樣后變成在時(shí)間上離散的信號(hào)，但仍然是模擬信號(hào)。設(shè)模擬信號(hào)的抽樣值為 s(kT),其中 T是抽樣周期， k是整數(shù)。若我們僅用 N 位二進(jìn)制數(shù)字碼元來(lái)代表 此抽 樣值 的 大小，則 N 位二進(jìn)制碼元只能代表 M=2^N個(gè)不同的抽樣值。這樣，共有 M 個(gè)離散電平，稱為量化電平。量化又有均勻量化與非均勻量化。 量 化 器模 擬 輸 入 量 化 值 圖 模擬信號(hào)的量化原理圖 圖 模擬信號(hào)的量化波形示意圖 編碼原理 （ 1） 信道編碼：為了保證通信系統(tǒng)的傳輸可靠性，克服信道中的噪聲和干擾的。信道編碼的目 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 52 頁(yè) 的是試圖以最少的監(jiān)督碼元為代價(jià)，以換取最大程度的可靠性的提高。 信元編碼最常用的信源編碼方式是脈沖編碼（ PCM），它需要經(jīng)過(guò)抽樣 量化和編碼，抽樣是將時(shí)間上連續(xù)的取值變?yōu)橛邢迋€(gè)離散取值的過(guò)程。第三代移動(dòng)通信中的信源編碼包括語(yǔ)音壓縮編碼、各類圖像壓縮編碼及多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼。 （ 2） 數(shù)字脈沖編碼調(diào)制（ PCM）是目前模擬信號(hào)數(shù)字化的基本方法，將時(shí)間離散的抽樣值序列經(jīng)量化、編碼變換為二進(jìn)制數(shù)字序列。它主要經(jīng)過(guò) 3 個(gè)過(guò)程：抽樣、量化和編碼。 （ 3） A律 PCM編碼原理 A律修正思想： (1)過(guò)原點(diǎn)做 )(xfy? 的切線，切點(diǎn) b。 A壓縮律是指符合下式 的對(duì)數(shù)壓縮規(guī)律： 圖 對(duì)數(shù)壓縮特性曲線 式（ 1）中， x 為壓縮器歸一化輸入電壓； y 為壓縮器歸一化輸出電壓； A 為常數(shù)，決定壓縮程度。 （ 3）折線近似的原理 A 律壓縮表示式是一條連續(xù)的平滑曲線，用電子線路很難準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)。 [1/21]間的線段稱為第 8段； [1/41/2]間的線段稱為第 7段； [1/81/4]間的線段稱為第 6段；依此類推，直到 [01/128]間的線段稱為第 1段。將這 8段相應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)（ x,y）相連，就得到了一條折線。其中第一位 C1表示量化值的極性正負(fù)。其中第 [24]位（ C2C4）是段落碼，共計(jì) 3 位，可以表示 8 種斜率的段落；其他 4 位（ C5C8）為段內(nèi)碼，可以表示每一段落內(nèi)的 16 種量化電平。所以，這 7位碼總共能表示 128種量化值。其中第一位 C1表示量化值的極性正負(fù)。其中第 24位（ C2C4）是段落碼，共計(jì) 3 位，可以表示 8種斜率的段落；其他 4位（ C5C8）為段內(nèi)碼，可以表示每一段落內(nèi)的 16種量化電平。所以，這 7位碼總共能表示 128種量化值。x0,C1=1；段落碼 C C C4的判斷方法是： ii MxM ???1 ；段內(nèi) 碼 C C C C8的判斷方法是： ?? ? /)( 1iMx ，要注意 x各段量化間隔不等。流程圖如下 圖 PCM 編碼流程 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 52 頁(yè) TDMA 原理 TDMA(Time Divisi∞ Multiple Access)時(shí)分多址協(xié)議，是通信多址協(xié)議之一。同時(shí)，基站發(fā)向多個(gè)移動(dòng)終端的信號(hào)都按順序安排在予定的時(shí)隙中傳輸，各移動(dòng)終端只要在指定的時(shí)隙內(nèi)接收。由于 TDMA具有良好通信質(zhì)量，保密較好。 在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，為了提高通信系統(tǒng)的利用率，往往用多路通信的方式來(lái)傳輸信號(hào)。時(shí)分復(fù)用就是一種常用的多路通信方式。這樣，當(dāng)抽樣脈沖占據(jù)較短時(shí)間時(shí)，在抽樣脈沖之間就留出了時(shí)間空隙。顯然這種時(shí)間復(fù)用信號(hào)在接收端只要在時(shí)間上恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行分離，各個(gè)信號(hào)就能分別得到恢復(fù)。 時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，一是多路信號(hào)的匯合與分路都是數(shù)字電路，簡(jiǎn)單、可靠；二是時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)對(duì)非線性失真的要求比較低。所謂同步是指接收端能正確地從數(shù)據(jù)流中識(shí)別各路序號(hào)。它可以是一組特定的碼組，也可以是特定寬度的脈沖。 模擬通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖沁B續(xù)的模擬信 號(hào) ，在數(shù)字通信中傳輸?shù)氖请x散的數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)是我們所傳送的真實(shí)信息，如話音、視頻信號(hào)，要將這些在時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)變成時(shí)間上不連續(xù)的數(shù)字信號(hào)，頭一個(gè)工序就是對(duì)這些模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣處理 .如圖 ，它的工作過(guò)程如圖4 的等效電路。在圖 中，我們按一定的時(shí)間間隔 T，把模擬信號(hào)分成若干等分，在同一時(shí)間間隔內(nèi)，用一個(gè)確定的幅度（樣值）來(lái)代替原來(lái)模擬信號(hào)中該時(shí)間間隔內(nèi)變化的幅度，顯然這個(gè)抽樣的時(shí)間間隔 T 越小，樣值越能反映出原來(lái)模擬信號(hào)隨時(shí)間變化的 規(guī)律。 信源編碼：主要是利用信源的統(tǒng)計(jì)特性，解決信源的相關(guān)性，去掉信源冗余信息，從而達(dá)到壓縮信源輸出的信息率，提高系統(tǒng)有效性的目的。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 52 頁(yè) 圖 抽樣、量化、編碼示意圖 量化是將經(jīng)抽樣后幅度上無(wú)限多種連續(xù)的樣值變?yōu)橛邢迋€(gè)離散值的過(guò)程。圖 顯示了的 量化過(guò)程，我們把樣值實(shí)際的變化范圍分成若干個(gè)小間隔，小間隔的數(shù)量 N 稱為量化級(jí)，每一個(gè)小間隔的高度△稱為量化階。圖 N=8個(gè)量化級(jí)，即有8個(gè)不同的量化狀態(tài)，需要 n=3位的二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示，把它稱為 3比特量化。顯然，間隔分得越細(xì)（即量化級(jí)數(shù)越多），量化誤差越小，但 量化級(jí)數(shù)越多生成的數(shù)據(jù)量也越大，設(shè)備也越復(fù)雜。 經(jīng)過(guò)量化以后的樣本脈沖信號(hào)仍有許多個(gè)不同的幅值，將它們直接傳輸仍會(huì)受到噪聲，失真等的嚴(yán)重影響，還需要經(jīng)過(guò)編碼，變成為只有一個(gè)確定幅度的一系列脈沖，即所謂數(shù)據(jù)傳輸流了，如上圖中的 。 PCM30/32 基群幀結(jié)構(gòu) (1)幀結(jié)構(gòu) 幀結(jié)構(gòu)的概念就是把多路話音數(shù)字碼以及插入的各種標(biāo)記按照一定的時(shí)間順序排列的數(shù)字碼流組合。每一路信號(hào)占用的不同的時(shí)間位置，稱為時(shí)隙，用 TS0、 TS TS?? TS31來(lái)表示。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 52 頁(yè) 將所用話路都抽樣一次的時(shí)間叫幀長(zhǎng)，也就是同一個(gè)話路抽樣兩次的時(shí)間間隔。s，這也就決定了幀長(zhǎng)是 125181。由于編碼需要時(shí)間，所以每個(gè)樣值應(yīng)達(dá)到一定的寬度，這個(gè)時(shí)間寬度就是時(shí)隙，即每個(gè)話路在一幀中所占的時(shí)間，等于 （ 125/32） 181。 E2層： 4個(gè)一次群信號(hào)進(jìn)行二次復(fù)用，得到二次群信號(hào)，其比特率為 E3層 :四個(gè)二次群復(fù)用，得到比特率為 。收端就是通過(guò)檢測(cè)幀同步碼組來(lái)實(shí)現(xiàn)同步的。 奇幀 TS0用于傳監(jiān)視碼、對(duì)告碼等。第 3位碼為 A1。其它幾位碼、第 1位、第 4— 8位碼可用于低速率數(shù)據(jù)通信，不用時(shí)為 1。s。在以前的模擬傳輸及模擬交換中，信令主要是直流或直流脈沖信號(hào)，如摘機(jī)、掛機(jī)信號(hào)、撥號(hào)脈沖等。而在 PCM通信中，信令信息是借助數(shù)字通道來(lái)傳送的，它可和話音信息一樣占用相同的時(shí)隙進(jìn)行傳送，如第 1路話音信息和信令都占用 TS1傳送， 24路 PCM通信的信令就是采用這種方式 ；話音信息也可以和信令分開(kāi)傳送，在 32路 PCM通信中， 30路信令都是在 TS16中傳送的。即話音樣值是每隔 125181。而理論和實(shí)踐表明：對(duì)每一路信令，抽樣頻率取 500 HZ，即 2ms抽樣一次。再將這 15個(gè)幀前面加上一幀作為標(biāo)志，就構(gòu)成了一個(gè)復(fù)幀，這個(gè)復(fù)幀稱為信令復(fù)幀。第 第 第 8位碼備用，不用時(shí)暫時(shí)定為 1。 F2中， TS16的第 1— 4位碼傳第 2路信令，第 5— 8位碼傳第 17路信令?? F15中， TS的第 1— 4位碼傳第 15路信令，第 5— 8位碼傳第 30路信令。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 共 52 頁(yè) 3 時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì) 系統(tǒng)仿真總圖 時(shí)分多路系統(tǒng)仿真模型圖框架如下圖所示： 圖 仿真系統(tǒng)總圖 信號(hào)源部分的仿真 本次設(shè)計(jì)中對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行 PCM 編碼，譯碼及還原，以時(shí)間上離散的脈沖串作為載波，用模擬的基帶信號(hào)去控制脈沖串的某些參數(shù)，使其按照模擬基帶信號(hào)的變化規(guī)律變化，抽樣的脈寬越大，信號(hào)的帶寬越小，越有利于信號(hào)的傳輸，但是脈寬的增大會(huì)降低線路的時(shí)分復(fù)用度，影響線路的使用效率，所以脈寬的大小選擇要同時(shí)考慮帶寬和線路復(fù)用度這兩個(gè)互相矛盾的因素。 根據(jù) 輸入信號(hào) 的 頻 率 f1,f2,f3??由最大 的 頻率 1000HZ 確定 采樣頻 率， 假定抽樣脈沖寬度很窄，近似為沖激脈沖，為了不失真的傳輸這些脈沖，要求信道有無(wú)限的帶寬 。 本次仿真實(shí)現(xiàn)不同速率 信號(hào)的 時(shí)分多路復(fù)用 系統(tǒng)。 設(shè)標(biāo)準(zhǔn)頻率均為 8000HZ，即每比特 125μs （ 標(biāo)準(zhǔn)位） ， 8 個(gè)比特作為一個(gè)周期序列，即 1個(gè) 標(biāo)準(zhǔn) 幀幀長(zhǎng)為 1ms。 每路 輸入信號(hào) 的 每個(gè)延時(shí)單元 頻率與該路信號(hào)原頻率 相同 。 圖 原始信號(hào)波形 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 52 頁(yè) 模擬信號(hào)數(shù)字化部分的仿真 脈沖編碼調(diào)制時(shí)一種用一組二進(jìn)制數(shù)字代碼來(lái)代替連續(xù)信號(hào)的抽樣值，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。 PCM 編碼模塊的內(nèi)部子系統(tǒng) 圖 仿真中的 PCM CODE內(nèi)部結(jié)構(gòu) 對(duì) Pulse Generator（矩形脈沖）、 Sine Wave（正弦波）、 Repeating Sequence（鋸齒波） 8 路輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)發(fā)端的時(shí)間分配器（ subsystem）對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行輪流采樣。 利用 RELAY 的 ONOFF 功能，是輸入信號(hào)的信號(hào)電平發(fā)生變化，當(dāng) 其值為 ON 時(shí)，值為 1，當(dāng)其為OFF 時(shí)，其值為 。（之所以是1/(2*8000)而不是 1/8000，是由于占空比的原因）。（即使各路 輸入信號(hào) 經(jīng)過(guò) 壓縮字長(zhǎng)信息到一位，再依次延時(shí)一至八位，以便并串轉(zhuǎn)換器依次抽取各路壓縮特征信號(hào)，合并到復(fù)用幀的第一至八位 ）。 (2) Abs取模，把雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極性信號(hào)。 (4) 增益 :擴(kuò)大輸入信號(hào)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 共 52 頁(yè) (6)整數(shù)位轉(zhuǎn)換器：將量化后的信號(hào)電頻轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼組后輸出。 各路輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼后的波形 圖 各路輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼后的波形 TDMA 復(fù)用的仿真 (1)TDMA復(fù)用顯示 Subsystem功能分析 內(nèi)部構(gòu)成如下圖。Subsystem以 8比特為周期（一個(gè)字周期，也是一幀周期），每一比特作為單位，依次將該路信號(hào) 分解成 8路 ，其中， 原信號(hào)每個(gè)上升沿時(shí)刻 分解出的信號(hào)在 該時(shí)刻起置 1。 Multiport Switch經(jīng)過(guò)抽樣合并形成一路信號(hào)輸出。 此 Subsystem模塊用于實(shí)現(xiàn)“按字復(fù)接”，使每比特長(zhǎng)度由標(biāo)準(zhǔn)位 125μs 變成新的位長(zhǎng) 125/8μs = 。 八路輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)合并后的波形如下所示， 這一路的時(shí)鐘、 Hit信號(hào)（ Hit values = 2）、輸出信號(hào)的對(duì)比如下。 Integer delay的參數(shù) number of delays對(duì)八路輸入信號(hào)分別為： 8，代表一個(gè)周期抽樣階級(jí)從 0抽到 7級(jí)， Initial count = ，代表起始抽樣階級(jí)為 1， Hit values 依次為 [07]，目的是使 時(shí)鐘信號(hào) 的第 18 個(gè) 上升沿 分別依次對(duì) 輸入信號(hào) 的 8 個(gè)比特進(jìn)行抽樣。 使用幅度為 3周期為 “高速開(kāi)關(guān)”的旋轉(zhuǎn)。 使用零階保持器來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)隙分配過(guò)程中的同步。 ZeroOrder Hold零階保持器具體設(shè)置如附錄 A 所示 單位延遲器，采樣周期為缺省值， Subsystem/Subsystem1中有八路輸入，第一路不做任何處理，對(duì)其他三路分別進(jìn)行相對(duì)于前一路的單位延遲，即第二路延遲一個(gè)單位，第三路延遲二個(gè)單位，第四路延遲三個(gè)單位 ?? 利用這種輸入信號(hào)在時(shí)間軸上相對(duì)位置的變化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)八路信號(hào)的分離，即時(shí)隙分配。 其中 Enable參數(shù)設(shè)置如附錄 A所示， Enable的作用就是使在系統(tǒng)控制信號(hào)的控制之下（本系統(tǒng)中為方波信號(hào)），子系統(tǒng)可以自行啟動(dòng)，不必再另行調(diào)用。 TDMA 解復(fù)用 時(shí)分復(fù)用的解調(diào)過(guò)程稱為時(shí)分解復(fù)用 ，其仿真如圖 所示，它是時(shí)分復(fù)用的逆過(guò)程 。由抽樣定理可知，將時(shí)間上離散的信號(hào)變成時(shí)間上連續(xù)的信號(hào) ，其在信道上占用時(shí)間的有限性，為多路信號(hào)沿同一信道傳輸提供了條