實驗五模擬信號的數(shù)字傳輸仿真

1、實驗五 模擬信號的數(shù)字傳輸仿真一、實驗?zāi)康?.分析驗證抽樣定理。2.掌握PCM的編碼原理。3.掌握PCM編碼信號的壓縮與擴張的實現(xiàn)方式二、實驗內(nèi)容1.設(shè)計一個抽樣與恢復(fù)仿真模型。2.設(shè)計一個PCM調(diào)制系統(tǒng)的仿真模型。3.采用信號的壓縮與擴張方式來提高信號的信噪比三、實驗原理1.抽樣定理實質(zhì)上研究的是隨時間連續(xù)變化的模擬信號經(jīng)抽樣變成離散序列后，能否由此離散序列值重建原始模擬信號的問題。對于低通型和帶通型模擬信號，分別對應(yīng)不同的抽樣定理，抽樣定理是模擬信號數(shù)字化的理論基礎(chǔ)。對上限頻率為fH的低通型信號，低通抽樣定理要求抽樣頻率應(yīng)滿足： 當(dāng)采樣頻率小于奈奎斯特頻率時，在接收端恢復(fù)的信號失真比較大，

2、這是因為存在信號的混頻；當(dāng)采樣頻率大于或等于奈奎斯特頻率時，恢復(fù)信號于原信號基本一致。理論上，理想的抽樣頻率為2倍的奈奎斯特帶寬，但實際工程應(yīng)用中，限帶信號絕不會嚴格限帶，通常選取抽樣頻率的2.55倍的最高頻率進行采樣以避免失真。2.PCM脈沖編碼調(diào)制在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中，以PCM（脈沖編碼調(diào)制）為代表的編碼調(diào)制技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于模擬信號和數(shù)字傳輸中，所謂脈沖編碼調(diào)制，就是將模擬信號的抽樣量化值變換成代碼，其編碼方式如下圖所示：PCM編碼經(jīng)過抽樣、量化、編碼三個步驟將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼。為了便于用數(shù)字電路實現(xiàn)，其量化電平數(shù)一般為2的整數(shù)次冪，這樣可以將模擬信號量化為二進制編碼形式。其

3、量化方式可分為兩種：（1）均勻量化編碼常用二進制編碼，主要有自然二進碼和折疊二進碼兩種。（2）非均勻量化編碼常用13折線編碼，它用8位折疊二進碼來表示輸入信號的抽樣量化值，第一位表示量化值的極性，第二至第四位（段落碼）的8種可能狀態(tài)分別代表8個段落的起始電平，其它4位碼（段內(nèi)碼）的16種狀態(tài)用來分別代表每一段落的16個均勻劃分的量化級。通常情況下，我們采用信號壓縮與擴張技術(shù)來實現(xiàn)非均勻量化，就是在保持信號固有的動態(tài)范圍的前提下，在量化前將小信號放大，而將大信號進行壓縮。采用信號壓縮后，用8位編碼就可以表示均勻量化11位編碼是才能表示的動態(tài)范圍，這樣能有效地提高校信號編碼時的信噪比。四、實驗步驟

4、1.用Systemview軟件建立的一個正弦信號的采樣仿真電路，如下圖所示： 本實驗被采樣的模擬信號源是幅度1V、頻率為100Hz的正弦波，抽樣脈沖為窄矩形脈沖，脈寬為1微秒。抽樣器用乘法器代替。用于恢復(fù)信號的低通濾波器采用三階巴特沃斯低通濾波器。2. 用Systemview軟件建立的一個脈沖編碼調(diào)制仿真電路，如下圖所示：在SystemView系統(tǒng)仿真軟件中，提供了A律和律兩種標(biāo)準(zhǔn)的壓縮器和擴張器，可以根據(jù)需要選取其中一種進行仿真實驗。（1）設(shè)置一個均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為0.5的具有高斯分布的隨機信號作為仿真用的模擬信號源。（2）在信號源的后方放置一個巴特沃思低通濾波器，設(shè)置其截止頻率為10Hz，

5、濾除高頻分量。（3）在濾波器右側(cè)放置一個A律13折線的壓縮器（通信庫Processors標(biāo)簽下），對信號進行壓縮，并設(shè)定最大輸入為1v。（4）放置一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器（在邏輯庫下的Mix Signal中），對壓縮的模擬信號進行抽樣量化，并編碼為數(shù)字信號，根據(jù)PCM的要求，設(shè)定編碼位數(shù)為8位，輸出真假值為1和0，閾值為0.5，最大最小輸入為正負1.28v；并放置一個100Hz的采樣時鐘信號對模擬信號進行抽樣。由此可得出8位編碼的PCM信號。（5）放置一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將編碼好的PCM信號重新還原為模擬信號。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的參數(shù)設(shè)置與模數(shù)轉(zhuǎn)換器基本相同（6）將模數(shù)轉(zhuǎn)換器的8個數(shù)據(jù)位與數(shù)模轉(zhuǎn)換器相對應(yīng)的8個數(shù)據(jù)位相連，將數(shù)字信號送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器。（7）放置一個擴張器，接收從數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的經(jīng)過壓縮的模擬信號，并對其進行擴張，還原為原始信號，參數(shù)的設(shè)置與壓縮器基本相同。五、實驗報告1.為驗證信號與恢復(fù)不失真條件和分析信號失真的原因，對采樣仿真電路分別選取100Hz、200Hz、500Hz等幾種