单路语音数字通信系统的仿真.doc

设计思路及系统总框图
单路语音数字通信系统可分为两个模块，分别是编码与译码和调制与解调。
由于实际中的语音信号为模拟信号，为实现信号有效高速的传输，首先须将模拟信号转换为数字信号。实现这一转换的过程称为语音编码。语音编码又分为抽样、量化、编码三个步骤。抽样过程将连续时间模拟信号变为离散时间、连续幅度的抽样信号，量化过程将抽样信号变为离散时间、离散幅度的数字信号，编码过程将量化后的信号编码成为一个二进制码组输出。这样，把取值连续的模拟信号转换成为了离散的数字基带信号。
实际中大多数通信通道都是带通信道，即频率通带远离f=0的信道。基带信号只适合在低通型信道中传输。为了使数字信息在带通信道中传输，须用数字基带信号对载波进行调制，将载有信息的信号频率搬迁到信道的频带之内。数字调制的三种基本方式为幅度键控调制（ASK）、频率键控调制（FSK）和相位键控调制（PSK）。频带调制可以有效地使信号与信道的频谱特性相匹配，使信道噪声的影响减小到最低。
至此，可以实现信号的发送。经过理想信道的传输，在接受端收到了无损耗的调制信号。对应于调制，在接收端首先对调制信号进行解调，恢复成原来的基带信号。得到恢复出来的数字基带信号后，再经过译码，便可将数字信号还原为原始的模拟语音信号。
由此得到的单路语音数字通信系统框图如图1所示。

各单元电路设计与仿真
（一）编码与译码

1基本原理
脉冲编码调制PCM是一种对模拟信号数字化的取样技术，将模拟语音信号变换为HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/50226.htm"\t"_blank"数字信号的HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/1084820.htm"\t"_blank"编码方式，特别是对于HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/189722.htm"\t"_blank"音频信号。脉冲编码调制主要经过3个过程：抽样、量化和编码。
抽样即是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理，离散信号才可以完全代替连续信号。低通连续信号抽样定理内容：一个频带限制在赫内的时间连续信号,若以的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。
根据量化器的特性，量化又分为均匀量化和非均匀量化，以量化间隔相等与否来区分。在数字电话通信中，均匀量化则有明显的不足，主要是小信号的信噪比小，大信号的信噪比大，同时，在保证电话通话质量的前提下，编码位数较多。为了减少编码位数和提高小信号的信噪比，可采用非均匀量化的办法。非均匀量化可通过对信号非线性变换后再进行均匀量化来实现。进行非线性变换也即进行压缩变换。为了对不同的信号强度保持信号量噪比恒定，在理论上要求压缩特性为对数特性。国际电信联盟ITU提供两种建议，即A压缩律和压缩律。我国大陆采用A压缩律。实际中采用13折线法来近似A压缩律的曲线。
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。
编码即是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。由于折叠码的误码对小电压的影响较小，有利于较小语音信号的平均量化噪声，故采用折叠码进行编码。在13折线法中采用的折叠码有8位。其中第一位表示量化值的极性正负，后面的7位分为段落码和段内码两部分。其中第2~4位是段落码，其他4位为段内码。段内码代表的16个量化电平是均匀划分的。
13折线示意图如图：

2设计与仿真
根据编码与译码原理，用SystemView做出的仿真如图所示。
各图符功能及参数设置
①用图符59的高斯噪声和图符64的低通滤波器来产生一个随机模拟信号。
②图符65为A率压缩器，用于对模拟信号的非均匀量化。
③图符69为8位的A/D转换器，用于实现对信号的抽样及编码，其中每一个抽样值编码为8位的二进制码。由于A/D转换器的输出是并行数据，必须通过数据选择器（图符10）完成并/串转换成串行数据。
④图符71为带使能端的8路数据选择器，与74151功能相同，在这里完成A/D转换后的数据的并/串转换，图符60、61、62为选择控制端，在这里控制轮流输出并行数据为串行数据。通过数据选择器还可以实现码速转换功能。
⑤图符70为D/A转换器，用来实现与A/D转换相反的过程，将送来的8位二进制码进行译码，实现数字量转化为模拟量，从而达到译码最基本的要求。
⑥图符66为A率的扩张器，实现与瞬时压缩器相反的功能，由于采用A律压缩，扩张也必须采用A律瞬时扩张器。
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