数字通信原理实验指导书2011a

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1、数字通信原理实验指导书闫晓明王春悦编赵蓉审通信工程系2011年11月23目录实验一脉冲编码调制与解调实验……………….实验二时分复用与解复用实验………………….实验三码型变换实验…………………………….实验四模拟信号的数字化及编码……………….实验五信道编码………………………………….23实验一脉冲编码调制与解调实验一、实验目的1.掌握脉冲编码调制与解调的原理。2.掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。二、实验内容1.观察脉冲编码调制与解调的结果，观察调制信号与基带信号之间的关系。2.改变基带信号的幅度、观察脉冲编

2、码调制与解调信号的信噪比的变化情况。3.改变基带信号的频率，观察脉冲编码调制与解调信号幅度的变化情况。三、实验器材1.信号源模块2.模拟信号数字化模块3.20M双踪示波器一台4.连接线若干四、实验原理模拟信号进行抽样后，其抽样值还是随信号幅度连续变化的，当这些连续变化的抽样值通过有噪声的信道传输时，接收端就不能对所发送的抽样准确的估值。如果发送端用预先规定的有限个电平来表示抽样值，且电平间隔比干扰噪声大，则接收端将有可能对发送的抽样值准确的估值，从而有可能消除随机噪声的影响。脉冲编码调制（PCM）简称为脉码调制，它是一种将模拟语音信号变换成

3、数字信号的编码方式。脉码调制的过程如图1-1所示。PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。抽样是把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号；量化是把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散幅度离散的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。国际标准化的PCM码组（电话语音）是八位码组代表一个抽样值。编码后的PCM码组，经数字信道传输，在接收端，用二进制码组重建模拟信号，在解调过程中，一般采用抽样保持电路。预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在300—3400HZ左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。23模拟预滤

4、抽样器波形编码器信源波器量化、编码发送端数字信道接收端模拟重建滤波器波形终端抽样保持、低通解码器图1-1PCM调制原理图在整个PCM系统中，重建信号的失真主要来源于量化及信道传输误码，通常，用信号与量化噪声的功率比，即信噪比S/N来表示，国际电报电话咨询委员会（ITU-T）详细规定了它的指标，还规定比特率为64Kb/s，使用A律或μ律编码。下面将详细介绍PCM编码的整个过程，由于抽样原理已在前面的实验中详细讨论过，在此只讲述量化及编码的原理。1.量化从数学上看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。如图1-2

5、所示，量化器Q输出L个量化值У，k=1,2,3,…，L。У常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度χ落在χ与χ之间时，量化器输出电平为У。这个量化过程可以表达为：y=Q（χ）=Q{χ＜χ≤χ＝}=УK=1,2,3,…,L这里χ称为分层电平或判决阈值。通常Δ=χ-χ称为量化间隔。χ模拟入量化器У量化值图1-2模拟信号的量化23模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化，我们先讨论均匀量化。把输入模拟信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。在均匀量化中，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点，其量化间隔（量化台阶）Δ取决于输入信号的变化

6、范围和量化电平数。当输入信号的变化范围和量化电平数确定后，量化间隔也被确定，例如，输入信号的最小值和最大值分别用a和b表示，量化电平数为M，那么，均匀量化的量化间隔为：Δ=量化器输出m为：m=q当m＜m≤m式中m为第I个量化区间的终点，可以写成m=a+iΔq为第i个量化区间的量化电平，可表示为q=,i=1,2,….,M上述均匀量化的主要缺点是，无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此，当信号m（t）较小时，则信号量化噪声功率比也就很小，这样，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。通常，把满足信噪比要求的输入信号取值范围

7、定义为动态范围，可见，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中，往往采用非均匀量化。非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔Δ也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的优点。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。实际中，非均匀量化的实际

8、方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是μ压缩律和A压缩律。美国采用μ压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律，因