語音信號(hào)頻帶傳輸通信系統(tǒng)仿真――基于PCM編碼和PSK調(diào)制

1、語音信號(hào)頻帶傳輸通信系統(tǒng)仿真 基于 PCM 編碼和 PSK 調(diào)制學(xué)生姓名:指導(dǎo)老師:摘 要 本課程設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一個(gè)基于 PCM 編碼和 PSK 調(diào)制語音信號(hào)頻帶傳輸通信 系統(tǒng)并對(duì)其進(jìn)行仿真。本課程設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)為 MATLAB/Simulink。在設(shè)計(jì)此語音信號(hào) 頻帶傳輸通信系統(tǒng)時(shí),首先對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行 PCM 編碼和 PSK 調(diào)制,再通過加入高斯白 噪聲傳輸信道,接著在接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行 PSK 解調(diào)和 PCM 譯碼,最后把輸出的信號(hào)和 輸入的信號(hào)進(jìn)行比較。通過最后仿真結(jié)果可知,該語音信號(hào)頻帶傳輸通信系統(tǒng)已初步實(shí) 現(xiàn)了設(shè)計(jì)指標(biāo)并可用于解決一些實(shí)際性的問題。關(guān)鍵詞 PCM 編解碼; PSK 調(diào)制解

2、調(diào);高斯白噪聲; MATLAB/Simulink1 引 言通信按照傳統(tǒng)的理解就是信息的傳輸。在當(dāng)今高度信息化的社會(huì),信息和通信已成 為社會(huì)的“命脈” 。信息作為一種資源,只有通過廣泛地傳播與交流,才能產(chǎn)生利用價(jià) 值,促進(jìn)社會(huì)成員之間的合作,推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展,創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。而通 過作為傳輸信息的手段或方式,與傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相互融合,已成為 21世紀(jì)國(guó) 際社會(huì)和世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力。可以預(yù)見,未來的通信對(duì)人們的生活方式和社會(huì) 的發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生更加重大和意義深遠(yuǎn)的影響。目前,無論是模擬通信還是數(shù)字通信,在 不同的通信業(yè)務(wù)中都得到了廣泛的應(yīng)用。但是,數(shù)字通信的發(fā)展速度已明顯超過了模

3、擬 通信,成為當(dāng)代通信技術(shù)的主流。與模擬通信相比,數(shù)字通信具有以下一些優(yōu)點(diǎn):抗干 擾能力強(qiáng),且噪聲不積累;傳輸差錯(cuò)可控;便于用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)數(shù)字信息進(jìn) 行處理、變換、存儲(chǔ);易于集成,使通信設(shè)備微型化,重量輕;易于加密處理,且保密 性好。數(shù)字通信的缺點(diǎn)是,一般需要較大的帶寬。另外,由于數(shù)字通信對(duì)同步要求高, 因而系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜。但是,隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及超大規(guī)模集成 電路的出現(xiàn),數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜程度大大降低。同時(shí)高效的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)以及光纖等 大容量傳輸媒質(zhì)的使用正逐步使帶寬問題得到解決。因此,數(shù)字通信的應(yīng)用必將越來越廣泛 1。本課程設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一個(gè)基于 PCM 編碼

4、和 PSK 調(diào)制的語音信號(hào)頻帶傳輸通 信系統(tǒng)并對(duì)其進(jìn)行仿真。在設(shè)計(jì)此語音信號(hào)頻帶傳輸通信系統(tǒng)時(shí),首先對(duì)輸入語音信號(hào) 利用相關(guān)的模塊進(jìn)行 PCM 編碼和 PSK 調(diào)制,再通過加入高斯白噪聲傳輸信道,接著在 接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行 PSK 解調(diào)和 PCM 譯碼, 最后把輸出的語音信號(hào)和輸入的語音信號(hào)進(jìn) 行比較。1.1 課程設(shè)計(jì)的目的首先在 MATLAB/Simulink模塊下,學(xué)會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行 PCM 編碼、解碼以及 PSK 調(diào) 制解調(diào)的方法。 然后設(shè)計(jì)一個(gè)基于 PCM 編碼和 PSK 調(diào)制的語音信號(hào)頻帶傳輸通信系統(tǒng), 并對(duì)一段信號(hào)進(jìn)行 PCM 編碼后再進(jìn)行 PSK 調(diào)制,送入加性高斯白噪聲信道傳輸,在接

5、 收端對(duì)其進(jìn)行 PSK 解調(diào)和 PCM 解碼以恢復(fù)原信號(hào)。最后錄制一段語音信號(hào),對(duì)其進(jìn)行 PCM 編碼后再進(jìn)行 PSK 調(diào)制,送入加性高斯白噪聲信道傳輸,在接收端對(duì)其進(jìn)行 PSK 解調(diào)和 PCM 解碼以恢復(fù)原信號(hào)。1.2 課程設(shè)計(jì)的要求(1本設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)為 MATLAB/Simulink。(2模型設(shè)計(jì)應(yīng)該符合工程實(shí)際,模塊參數(shù)設(shè)置必須與原理相符合。(3處理結(jié)果和分析結(jié)論應(yīng)該一致,而且應(yīng)符合理論。(4獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)并按要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書。1.3 設(shè)計(jì)平臺(tái)MATLAB/Simulink2 設(shè)計(jì)原理2.1帶通通信概述數(shù)字信號(hào)的傳輸方式分為基帶傳輸(baseband transmission和帶

6、通傳輸(bandpass transmission 。實(shí)際中的大多數(shù)信道(如無線信道因具有帶通特性而不能直接傳送基帶信號(hào),這是因?yàn)閿?shù)字基帶信號(hào)往往具有豐富的低頻分量。為了使數(shù)字信號(hào)在帶通信道 中傳輸,必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制,以使信號(hào)與信道的特性相匹配。這種用 數(shù)字基帶信號(hào)控制載波,把數(shù)字基帶信號(hào)變?yōu)閿?shù)字帶通信號(hào)(已調(diào)信號(hào)的過程稱為數(shù) 字調(diào)制(digital modulation 。在接收端通過解調(diào)器把帶通信號(hào)還原稱數(shù)字?jǐn)?shù)字基帶信號(hào) 的過程稱為數(shù)字解調(diào)(digital demodulation 。通常把包括調(diào)制和解調(diào)過程的數(shù)字傳輸系 統(tǒng)叫做數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) 1。雖然數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)可以

7、在距離比較短的情況下直接傳 送,但是如果要遠(yuǎn)距離傳輸時(shí),特別是無線或光纖信道傳輸時(shí),則必須經(jīng)過調(diào)制將信號(hào) 頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸 2。一般來說,數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制的基本原理相 同, 但是數(shù)字信號(hào)有離散取值的特點(diǎn)。 因此數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法 :利用模擬調(diào)制的 方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字式的調(diào)制,即把數(shù)字調(diào)制看成是模擬調(diào)制特例,把數(shù)字基帶信號(hào)當(dāng)做模 擬信號(hào)的特殊情況處理;利用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)通過開關(guān)鍵控載波,從而實(shí)現(xiàn) 數(shù)字調(diào)制。這種方法通常稱為鍵控法,比如對(duì)載波的振幅、頻率和相位進(jìn)行鍵控,便可 獲得振幅鍵控(Amplitude Shift Keying,ASK 、頻移鍵控(Frequency

8、 Shift Keying,FSK 和相移鍵控(Phase Shift Keying,PSK三種基本的數(shù)字調(diào)制方式 1。語音信號(hào)是模擬信 號(hào),在對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)。應(yīng)先通過編碼,將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)。在 對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行編碼的方法主要可以分為三類:波形編碼(波形編碼常用的編碼類型有 PCM 、 ADM 、 ADPCM 、 APC 、 SBC 、 ATC ,參數(shù)編碼和混合編碼 2。2.2 PCM編碼原理PCM 是脈沖編碼調(diào)制的簡(jiǎn)稱,實(shí)際上就是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化的一個(gè)完整過程:首先對(duì)模擬信號(hào)波形進(jìn)行時(shí)間離散化,再對(duì)每個(gè)樣值幅度獨(dú)立進(jìn)行量化和編碼,接收端 則做完全相反的處理。 PCM 的組

9、成方框圖如圖 2-1所示。 輸 入 信 號(hào)輸 出 信 號(hào) 圖 2-1 PCM通信系統(tǒng)方框圖對(duì)于語音信號(hào),通常采用 8kHz 的抽樣速率,由于是對(duì)每個(gè)樣值獨(dú)立編碼,要求碼 組允許的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍就是原語音信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。該范圍很大,為保持一定的精度, 需要較多的編碼位數(shù)。 PCM 編碼系統(tǒng)每一樣值編碼采用的是 8位非線性碼,對(duì)應(yīng)線性 編碼需要 11位,實(shí)際編碼速率為 64kbit/s。為了便于用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)量化和 8位非線性編碼, 現(xiàn)在采用的都是 A 律 13折線和 率 15折線近似的對(duì)數(shù)壓擴(kuò)特性, 分別對(duì)應(yīng) 的參數(shù)為 A=87.56, =255。 A 率的對(duì)數(shù)壓縮率滿足式(2-1 。(2-1

10、率的對(duì)數(shù)壓縮公式滿足式(2-2 。(2-2現(xiàn)以 A 率 13折線壓擴(kuò)為例描述。假設(shè)信號(hào)在量化前已經(jīng)過歸一化處理,即動(dòng)態(tài)范 圍統(tǒng)一為 -1, 1。 A 率 13折線的畫法是:先在 0和 -10上分別把 y 軸均勻的分為 8段;在 x 軸上,采用對(duì)折線法把 0和 -10之間的線段分別分為 8個(gè)不均勻段,正半軸 各段的分界點(diǎn)為 1/128、 1/64、 1/32、 1/16、 1/8、 1/4、 1/2、 1,負(fù)半軸和正半軸關(guān)于原點(diǎn) 對(duì)稱,從原點(diǎn)出發(fā)把個(gè)段對(duì)應(yīng)的分界點(diǎn)連接成折線。在每段折線內(nèi),再進(jìn)行 16級(jí)均勻 量化,因此總的量化級(jí)數(shù)為 L=256,對(duì)應(yīng)的編碼位數(shù)是 8位。顯然不同段落上的量化間 隔

11、不同,最小量化間隔位于第 I 、 II 段,該間隔稱為一個(gè)量化單位,因此正負(fù)信號(hào)區(qū)間 (0, 1和 (-1, 0內(nèi)各包括 2048個(gè)量化單位 2。 A=87.56對(duì)數(shù)壓擴(kuò)特性與 13折線的比較 (正 半軸如表 2-1所示。表 2-1 A=87.56對(duì)數(shù)壓擴(kuò)特性與 13折線的比較(正半軸 PCM 編碼及譯碼的模型如圖 2-2所示。11( 1(1 1(1-+±=x n x n y <+±+=1|1n 11|n 111|0n 11x AA x A A x A Ax y 圖 2-2 PCM 編碼及譯碼的模型圖2.3 PSK調(diào)制原理相移鍵控是利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息的,

12、 而振幅和頻率保持不變。 在 PSK 中,通常用初始相位 0和 分別表示二進(jìn)制“ 1”和“ 0” 。因此, PSK 信號(hào)的時(shí)域表達(dá) 式為式(2-3 。( c o s P S K c e t A t = (2-3 其中, n 表示第 n 個(gè)符號(hào)大的絕對(duì)相位。當(dāng)發(fā)送“ 0”時(shí), n 為 0; 當(dāng)發(fā)送“ 1”時(shí), n 為 。因此式(2.3-1可改寫為式(2-4 。cos ( cos c PSK c A t e t A t =-(2-4 其中 cos c A t 的概率為 P , cos c A t -的概率為 -P 。由于表示信號(hào)的兩種碼元的波形相 同,極性相反,故 PSK 信號(hào)一般可以表述為一個(gè)雙

13、極性全占空矩形脈沖序列與一個(gè)正 弦載波的相乘,即式(2-5 。( (cos PSK c e t s t t = (2-5 其中 ( s t 的表達(dá)式為式(2-6 。1( ( ni s i s t a g t nT =- (2-6這里, ( g t 是脈寬為 s T 的單個(gè)矩形脈沖。發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“ 0”時(shí)(i a 取 1 , ( PSK e t 取 0相位;發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)“ 1”時(shí)(i a 取 -1 , ( PSK e t 取 相位。這種以載波的不同相位 直接去表示二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式,稱為二進(jìn)制絕對(duì)相移方式 1。PSK 信號(hào)的調(diào)制原理框圖如圖 2-3和圖 2-4所示。 雙極性不圖 2-3

14、 PSK信號(hào)模擬調(diào)制方法圖 開關(guān)電路圖 2-4 PSK信號(hào)鍵控法調(diào)制圖PSK 信號(hào)的解調(diào)通常采用相干解調(diào)法,如圖 2-6所示。 圖 2-6 PSK信號(hào)相干解調(diào)法3設(shè)計(jì)步驟3.1 PCM 編碼與譯碼本課程設(shè)計(jì)中將運(yùn)用 A 率壓擴(kuò)的 PCM 編碼方法,對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行非均勻量化, 最后進(jìn)行編碼,再將得到的信號(hào)進(jìn)行譯碼輸出。它的設(shè)計(jì)步驟如下:運(yùn)行 MATLAB ,打開模塊庫。 新建一個(gè)拓展名為 MDL 的文件。 找到 Signal wave模塊作為信號(hào)源。 找到 Saturation 、 Abs 、 Lookup Table、 Gain 、 Quantizer 、 Integer to Bit Co

15、nverter和 Mux 等模 塊,組成編碼端。其設(shè)計(jì)的仿真電路圖如圖 3-1所示。 圖 3-1 PCM編碼端仿真電路圖其中 Saturation 模塊用于限幅,將輸入的信號(hào)幅度限制在 -1 1之間。 Relay 模塊用 于保持極性保持。 Lookup 模塊用于查表。各模塊參數(shù)設(shè)置如圖 3-2、圖 3-3、圖 3-4、圖 3-5、圖 3-6所示。 圖 3-2 Saturation模塊參數(shù)設(shè)置 圖 3-3 Relay模塊參數(shù)設(shè)置 圖 3-4 Lookup模塊參數(shù)設(shè)置 圖 3-5 Quanziter模塊參數(shù)設(shè)置 圖 3-6 Integer to Bit Converter模塊參數(shù)設(shè)置 譯碼端的仿真

16、電路圖如圖 3-7所示。 圖 3-7 譯碼端的仿真電路圖譯碼端的各模塊參數(shù)設(shè)置如圖 3-8、圖 3-9、圖 3-10所示。 圖 3-8 Relay模塊參數(shù)設(shè)置 圖 3-9 Bit to Integer Converter模塊參數(shù)設(shè)置 圖 3-10 LookupTable參數(shù)設(shè)置所以 PCM 編譯碼的仿真電路圖如圖 3-11所示。 圖 3-11 PCM編譯碼的仿真電路圖將系統(tǒng)進(jìn)行仿真便可由示波器得到波形仿真圖,如圖 3-12所示。 圖 3-12 原信號(hào)與信號(hào)經(jīng)編譯碼后的波形對(duì)比圖由圖 3-12我們可清晰地看到,原信號(hào)和經(jīng)過編譯碼后的波形基本一致。所以本次設(shè)計(jì)的 PCM 編譯碼仿真系統(tǒng)是符合設(shè)計(jì)要

17、求的。3.2 PSK 調(diào)制與解調(diào)整個(gè) PSK 的仿真系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)過程為:首先將信號(hào)源的輸出信號(hào)經(jīng)過碼型變 換后與載波通過相乘器進(jìn)行相乘,送入信道中傳輸。在接收端通過帶通濾波器后再次與 載波相乘,接著通過低通濾波器、抽樣判決器,最后由示波器顯示出各階段波形,并用 誤碼器觀察誤碼率。 PSK 調(diào)制與解調(diào)仿真電路圖如圖 3-13所示。 圖 3-13 PSK調(diào)制與解調(diào)仿真電路圖其中各模塊參數(shù)設(shè)置如圖 3-14、圖 3-15、圖 3-16、圖 3-17、圖 3-18、圖 3-19、圖 3-20所示。 圖 3-14 信號(hào)源模塊參數(shù)設(shè)置圖 3-15 載波的參數(shù)設(shè)置 圖 3-16碼變換器的參數(shù)設(shè)置帶通濾波

18、器的最低頻率設(shè)置為載波頻率與調(diào)制信號(hào)頻率之差,即 200*pirad/s; 最高 頻率設(shè)置為載波頻率與調(diào)制信號(hào)頻率之和 , 即為 600*pirad/s。如圖 3-17所示。 圖 3-17 帶通濾波器參數(shù)設(shè)置 低通濾波器的頻率設(shè)置應(yīng)為信號(hào)頻率,即 200*pirad/s。如圖 3-18所示。 圖 3-18 低通濾波器參數(shù)設(shè)置抽樣判決器的頻率設(shè)置應(yīng)為信號(hào)頻率,即 200*pirad/s。如圖 3-19所示。 圖 3-19 抽樣判決器的參數(shù)設(shè)置 圖 3-20 誤碼器的參數(shù)設(shè)置最后示波器的波形如圖 3-21所示。 圖 3-21 PSK調(diào)制與解調(diào)波形圖 3-21中由上到下的各波形依次為:載波波形、矩形

19、脈沖信號(hào)波形、信號(hào)經(jīng)調(diào)制后的波形、已調(diào)信號(hào)經(jīng)過帶通濾波器后的波形、調(diào)制信號(hào)經(jīng)過低通濾波器后的波形和經(jīng) 抽樣判決后的波形。由各波形我們可看出該 PSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求。3.3 將 PCM 系統(tǒng)與 PSK 系統(tǒng)組合并加入高斯白噪聲將 PCM 和 PSK 進(jìn)行組合時(shí),首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行 PCM 編碼與 PSK 調(diào)制,然后將調(diào)制 信號(hào)送入已加入高斯白噪聲的信道中傳輸。再將信號(hào)進(jìn)行 PSK 調(diào)制和 PCM 譯碼。組合 系統(tǒng)的仿真電路圖如圖 3-22所示。 圖 3-22 PCM系統(tǒng)與 PSK 系統(tǒng)組合仿真電路圖PCM 編碼子系統(tǒng)仿真電路如圖 3-23所示。 圖 3-23 PCM編碼子系統(tǒng)仿真電路圖有

20、所不同的是在進(jìn)行 PSK 調(diào)制前信號(hào)必須進(jìn)行幀轉(zhuǎn)換這一階段,即系統(tǒng)將經(jīng)過 PCM 編碼量化的 n 個(gè)比特序列以幀的形式輸出,即每一幀含有 n 個(gè)比特。在 PSK 解調(diào) 后再對(duì)其進(jìn)行碼變換。對(duì)應(yīng)的幀變換子系統(tǒng)電路圖及相關(guān)模塊參數(shù)設(shè)置如圖 3-24、圖 3-25、圖 3-26所示。 圖 3-24 幀變換子系統(tǒng)仿真電路圖 圖 3-25 Buffer模塊參數(shù)設(shè)置 圖 3-26 Unbuffer模塊參數(shù)設(shè)置 PSK 調(diào)制與解調(diào)子系統(tǒng)仿真電路圖如圖 3-27所示。 圖 3-27 PSK調(diào)制與解調(diào)子系統(tǒng)仿真電路圖各主要模塊參數(shù)設(shè)置如圖 3-28、圖 3-29、圖 3-30、圖 3-31、圖 3-32、圖 3

21、-33所示。 圖 3-28 載波模塊參數(shù)設(shè)置帶通濾波器的最低頻率設(shè)置為載波頻率與調(diào)制信號(hào)頻率之差, 即 2400*pirad/s; 最高 頻率設(shè)置為載波頻率與調(diào)制信號(hào)頻率之和 , 即為 4000*pirad/s。如圖 3-29所示。 圖 3-29 帶通濾波器參數(shù)設(shè)置低通濾波器的頻率設(shè)置應(yīng)為信號(hào)頻率,即 1600*pirad/s。如圖 3-30所示。 圖 3-30 低通濾波器的參數(shù)設(shè)置 圖 3-31 抽樣判決器的參數(shù)設(shè)置 圖 3-32 誤碼器的參數(shù)設(shè)置 圖 3-33 高斯白噪聲的參數(shù)設(shè)置最后由示波器我們可看出各點(diǎn)的波形圖。如圖 3-34所示。 圖 3-34 PSK調(diào)制與解調(diào)波形圖 3-34中由上

22、到下的各波形依次為:載波波形、輸入信號(hào)波形、信號(hào)經(jīng)調(diào)制后的 波形、已調(diào)信號(hào)經(jīng)過帶通濾波器后的波形、調(diào)制信號(hào)經(jīng)過低通濾波器后的波形和經(jīng)抽樣 判決后的波形。由各波形我們可看出該 PSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)符合設(shè)計(jì)要求。信號(hào)誤碼率如圖 3-35所示。 圖 3-35 誤碼率顯示圖由圖 3-35我們看出在 7998個(gè)碼元當(dāng)中出現(xiàn)了 18個(gè)誤碼,系統(tǒng)的誤碼率提高了。 延時(shí)子系統(tǒng)的仿真電路圖如圖 3-36所示。 圖 3-36 延時(shí)子系統(tǒng)的仿真電路圖延時(shí)參數(shù)設(shè)置如圖 3-37所示。 圖 3-38 延時(shí)參數(shù)設(shè)置PCM 解碼子系統(tǒng)仿真電路圖如圖 3-39所示。 圖 3-39 PCM解碼子系統(tǒng)仿真電路圖系統(tǒng)的輸出波形如圖

23、 3-40所示。 圖 3-40 系統(tǒng)輸入信號(hào)與輸出信號(hào)波形對(duì)比圖由圖 3-40中的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)波形我們可看出,在加入了高斯白噪聲后輸出信號(hào)波形在局部出現(xiàn)了失真,但是整體的系統(tǒng)抗噪聲性能還是符合設(shè)計(jì)要求的。3.4 以語音信號(hào)為信源建立一個(gè)語音信號(hào)輸入模塊。其仿真電路圖如圖 3-41所示。 圖 3-41 語音信號(hào)輸入模塊框圖From Wave Device模塊參數(shù)設(shè)置如圖 3-42所示。 圖 3-42 From Wave Device模塊參數(shù)設(shè)置To Wave File模塊參數(shù)設(shè)置如圖 3-43所示。 圖 3-43 To Wave File模塊參數(shù)設(shè)置加入語音信號(hào)的系統(tǒng)仿真電路圖如圖 3-4

24、4所示。 圖 3-44 加入語音信號(hào)的系統(tǒng)仿真電路圖各子系統(tǒng)的仿真電路圖如圖 3-45、圖 3-46、圖 3-47、圖 3-48、圖 3-49所示。 圖 3-45 PCM編碼子系統(tǒng)仿真電路圖 圖 3-46 幀變換子系統(tǒng)仿真電路圖 圖 3-47 PSK調(diào)制與解調(diào)子系統(tǒng)仿真電路圖 圖 3-48 延時(shí)子系統(tǒng)仿真電路圖 圖 3-49 PSK解調(diào)子系統(tǒng)仿真電路圖在本系統(tǒng)中,它的 5個(gè)子系統(tǒng)的模塊和 3.3小節(jié)中的子系統(tǒng)的模塊圖形是一樣的, 不同的只是在參數(shù)設(shè)置方面。在本課程設(shè)計(jì)中,語音的錄制的時(shí)候語音的采樣時(shí)間是 1/8000s,所以以下的參數(shù)設(shè)置根據(jù)這個(gè)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。PCM 的編碼子系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置不變

25、,關(guān)鍵是在調(diào)制和解調(diào)方面的設(shè)置的變化。 幀變換子系統(tǒng)設(shè)置:將 Buffer 模塊的參數(shù)設(shè)個(gè) 8。PSK 解調(diào)與調(diào)制子系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置:語音采樣頻率為 8000Hz ; Sine Wave設(shè)置為 256000*pirad/s; 低通濾波器設(shè)置為:128000*pirad/s; 帶通濾波器設(shè)置為:Lower passband edge frequency為 128000*pirad/s , Upper passband edge frequency為 384000*pirad/s。 延時(shí)設(shè)置為:1/64000s。其他子系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不變。From Wave File模塊參數(shù)設(shè)置如圖 3-50所示。 圖

26、 3-50 From Wave File模塊參數(shù)設(shè)置語音信號(hào)系統(tǒng)輸入語音信號(hào)與輸出語音信號(hào)波形對(duì)比圖如圖 3-51所示。 圖 3-51 輸入語音信號(hào)與輸出語音信號(hào)波形對(duì)比圖由圖 3-51中的輸入語音信號(hào)與輸出語音信號(hào)波形來看,在加入了高斯白噪聲的情況下 仿真系統(tǒng)還是能夠較好的將輸入的語音信號(hào)還原出來, 使輸出的語音信號(hào)與輸入的語音 信號(hào)基本保持一致。4出現(xiàn)的問題及解決方法4.1 出現(xiàn)的問題:(1信號(hào)在經(jīng)過所設(shè)計(jì)的帶通通信仿真系統(tǒng)后波形出現(xiàn)失真。(2示波器圖形只出現(xiàn)一半。(3在沒有加入高斯白噪聲的情況下解調(diào)誤碼率不為 0。(4系統(tǒng)不能夠傳送并行數(shù)據(jù)。(5加入噪聲之后,誤碼率顯著提高。(6解調(diào)波形

27、時(shí)無失真,但解碼后波形嚴(yán)重失真。4.2 解決辦法(1這是因?yàn)樾盘?hào)進(jìn)行抽樣時(shí)沒有滿足奈奎斯特定理。為了能從取樣信號(hào)中恢復(fù) 原信號(hào), 抽樣必須滿足奈奎斯特定理, 即抽樣頻率應(yīng)大于或等于兩倍的原始信號(hào)頻率 2。 (2在示波器圖中修改 data history中的 limit data points to last的數(shù)據(jù)再重新運(yùn)行 simulink 觀察示波器即可看到準(zhǔn)確圖形。(3在出現(xiàn)誤碼數(shù)據(jù)時(shí),我們可以通過修改 error rate calculation 中 receive delay 的數(shù)據(jù)這種手段直到誤碼數(shù)據(jù)為零。在本設(shè)計(jì)中我們將 receive delay設(shè)為 2即可解決此 種情況。(4在

28、傳送 PCM 編碼后的數(shù)據(jù)時(shí),首先應(yīng)該進(jìn)行幀變換,送入緩沖模塊 Buffer 中,再通過 Unbuffer 一個(gè)一個(gè)的將數(shù)據(jù)傳送出去。(5在本課程設(shè)計(jì)中通過提高載波的頻率,并相應(yīng)的改變帶通濾波器的參數(shù)設(shè)置 來解決此種情況的發(fā)生。(6這是由于信號(hào)經(jīng)過低通濾波器后會(huì)產(chǎn)生時(shí)延,而本次課程設(shè)計(jì)中信號(hào)是以幀 的形式進(jìn)行傳輸,因而在解調(diào)輸出端若直接使用解調(diào)信號(hào),將會(huì)產(chǎn)生波形失真。因此我 們?cè)诮庹{(diào)輸出端加入相對(duì)應(yīng)的延時(shí)模塊即可解決此種問題。5 結(jié)束語此次通信原理課程設(shè)計(jì)雖然時(shí)間只有短短的兩周時(shí)間, 但是在兩周時(shí)間內(nèi)我收獲到 了很多原來沒有體驗(yàn)過的東西。 本課程設(shè)計(jì)的目的主要是讓我們了解仿真通信系統(tǒng)中的 信源編碼和頻帶傳輸。這次課程設(shè)計(jì)使我學(xué)會(huì)了用 MATLAB/Simulink仿真系統(tǒng)初步的 設(shè)計(jì)方法。在這次課程設(shè)計(jì)中,我初步了解了如何用 MATLAB/Simulink這個(gè)仿真軟件 進(jìn)行 PCM 編碼和譯碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì),以及 PSK 系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)的設(shè)計(jì)。并且明白了如 何將兩個(gè)系統(tǒng)組合起來實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的頻帶傳輸。這次課程設(shè)計(jì)不僅鞏固我們?cè)跁蠈W(xué)習(xí)的基本內(nèi)容, 還在一定程度上提高了我們的 動(dòng)手能力。同時(shí),在這次