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1、目录前言.11 模拟信号数字化传输原理.21.1 模拟信号的数字化传输.21.2 模拟信号的抽样.21.3 抽样信号的量化.31.4 脉冲编码调制.61.5 差分脉冲编码调制.71.5.1 预测编码 .71.5.2 DPCM 的基本原理 .71.6 增量调制 DM .81.7 自适应增量调制 ADM.91.8 自适应差分脉冲编码（ADPCM）调制.91.8.1 ADPCM 的概念.101.8.2 ADPCM 的原理.102 模拟信号数字化传输系统设计与仿真.122.1 Simulink 组件使用介绍.122.2 模拟信号抽样的设计.132.3 模拟信号量化的设计.142.4 PCM 编译码系统
2、的设计 .152.5 DPCM 编译码系统的设计.163 模拟信号数字化传输系统的实现与分析.183.1 模拟信号抽样的观察与分析.183.2 模拟信号量化的观察与分析.193.3 PCM 编译码系统的观察与分析 .203.4 DPCM 编译码系统的观察与分析.21总结.22参考文献.23通信原理课程设计通信原理课程设计1前言1837 年，莫尔斯完成了电报系统，此系统于 1844 年在华盛顿和巴尔迪摩尔之间试运营，这可认为是电信或者远程通信，也就是数字通信的开始。数字化可从脉冲编码调制开始说起。1937 年里夫提出用脉冲编码调制对语声信号编码，这种方法优点很多。例如易于加密，不像模拟传输那样有
3、噪声积累等。但在当代代价太大，无法实用化；在第二次世界大战期间，美军曾开发并使用 24路 PCM 系统，取得优良的保密效果。但在商业上应用还要等到 20 世纪 70 年代。才能取代当时普遍采用的载波系统。我国 70 代初期决定采用 30 路的一次群标准，80 年代初步引入商用，并开始了通信数字化的方向。数字化的另一个动向是计算机通信的发展。随着计算机能力的强大，并日益被利用，计算机之间的信息共享成为进一步扩大其效能的必需。60 年代对此进行了很多研究，其结果表现在 1972年投入使用的阿巴网。由此可见，通信系统中的信息传输已经基本数字化。在广播系统中，当前还是以模拟方式为主，但数字化的趋向也已
4、经明显，为了改进质量，数字声频广播和数字电视广播已经提前到日程上来，21 世纪已经逐步取代模拟系统。尤为甚者，设备的数字化，更是日新月异。近年来提出的软件无线电技术，试图在射频进行模数，把调制解调和锁相等模拟运算全部数字化，这使设备超小型化并具有多种功能，所以数字化进程还在发展。通信原理课程设计通信原理课程设计21 模拟信号数字化传输原理1.1 模拟信号的数字化传输模拟信号的数字传输是指把模拟信号先变换为数字信号后，再进行传输。由于与模拟传输相比，数字传输有着抗干扰能力强、差错可控等众多优点，因而此技术越来越受到重视。模/数变换是把模拟基带信号变换为数字基带信号，尽管后者的带宽会比前者大得很多
5、，但本质上仍属于基带信号。这种传输可直接采用基带传输，或经过数字调制后再做频带传输。s(t)mq(kT) m(kT)m(t)抽样量化编码 样 图 1-1 模拟信号数字化流程图数字化包括抽样、量化、编码三个步骤，如图 1-1 所示：抽样完成时间离散量化过程，所得抽样值 m(kT)为 PAM 信号；量化完成复制离散化过程，所得量化信号值 mq(kT)为多电平 PAM 信号；编码完成多进制到二进制的变化过程，所得 s(t)是二进制编码信号。1.2 模拟信号的抽样模拟信号通常是时间上连续的信号。在一系列离散点上，对这种信号抽取样值称为抽样，如图 1-2 所示。图中 m(t)是一个模拟信号，在等时间间隔
6、 T 上，对它抽取样值。在理论上，抽样过程可以看作使用周期性单位冲激脉冲（impulse）和此模拟信号相乘。抽样结果得到的是一系列周期性的冲激脉冲，其面积和模拟信号的取值成正比。冲激脉冲在图 1-2 中用一些箭头表示，实际上，是用周期性窄脉冲代替冲激脉冲与模拟信号相乘。抽样定理指出：设一个连续模拟信号 m(t)中的最高频率2H（即 fs2fH），那么各相邻频移后的频谱不会发生重叠。通信原理课程设计通信原理课程设计3m(t)tM()O-HHT (t)tT ()T2tms(t)OMs()HHT2(a)(b)(c)(d)(e)(f )图 1-2 模拟信号的抽样过程这里就能设法（如利用低通滤波器）从抽
7、样信号的频谱 Ms()中得到原信号的频谱，即从取样信号 ms(t)中恢复原信号 m(t)，如图 1-3 所示。如果 s2H，那么频移后的各相邻频谱将相互重叠，这样就无法将它们分开，因而也不能再恢复原信号。频谱重叠的这种现象常称为混叠现象。可见，为了不发生混叠现象，必须满足 s2H。m(t)m(t)的抽样(n-2) Ts(n-1) TsnTs(n1) Tst图 1-3 模拟信号的恢复1.3 抽样信号的量化量化就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。从数学上来看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映像成一个离散幅通信原理课程设计通信原理课程
8、设计4度值的有限数集合。一个模拟信号经过抽样量化后，得到已量化的脉冲幅度调制信号，它仅为有限个数值。如公式 1-2 所示，量化器输出 L 个量化值 yk，k=1，2，3，L。yk常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度 x 落在 xk与 xk+1之间时，量化器输出电平为 yk。这个量化过程可以表达为：（1-2）1( ),1,2,3,kkkyQ xQ xxxykLL模拟入yx 量化器 量化值图 1-4 量化器这里 xk称为分层电平或判决阈值。通常 k=xk+1-xk称为量化间隔。模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。均匀量化：采用相等的量化间隔对采样得到的信号作量化，那么这种量化称为均匀量化。均匀量化就是采用相同的“等分尺”来度量采样得到的幅度，也称为线性量化。量化后的样本值 Y 和原始值 X 的差 E=Y-X 称为量化误差或量化噪声。均匀量化示意图，如图 1-5 所示：图 1-5 均匀量化示意图用这种方法量化输入信号时，无论对大的输入信号还是小的输入信号一律都采用相同的量化间隔。为了适应幅度大的输入信号，同时又要满足精度要求，就需要增加样本的位数。但是，对话音信号来说，大信号出现的机会并不多，增加的样本位数就没有充分利用。为了克服这个不足，就出现了非均匀量化的方法。非均匀量化：非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值
