多路话音PCM时分复用信号的2DPSK调制与解调

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通信原理课程设计报告通信原理课程设计报告题目多路话音PCM时分复用信号的2DPSK调制与解调学院信息科学与工程学院班级通信0901姓名eleph1989学号20091221指导老师（声明：本文系eleph1989原创，非本人同意，严禁任何组织或个人以谋利为目的发表或出版，否则由此带来的法律责任自负。）2011年12月30日30 通信原理课程设计报告目录一．设计任务书2(一)设计题目2(二)设计目的2(三)设计要求2(四)内容简介2二．设计基本原理4(一)整体设计原理4(二)PCM编译码原理5(三)时分多路复用原理9(四)二进制差分相移键控（2DPSK）10(五)眼图12(六)实验箱（旧）电路原理15三．设计分析及实现结果19四．设计过程中解决的问题22五．PCM的2FSK调制与解调系统分析23(一)实验箱电路原理23(二)理想系统分析27(三)存在的问题28六．设计心得29参考文献3030 通信原理课程设计报告一．设计任务书(一)设计题目多路话音PCM时分复用信号的2DPSK调制与解调(二)设计目的通过通信原理实验箱进一步深化通信原理课程知识，培养学生的专业素质，提高其利用通信原理知识处理通信系统问题的能力，为今后专业课程的学习、毕业设计打下良好的基础。通过必要的工程设计、初步的科学研究方法训练和实践锻练，增强分析问题和解决问题的能力，了解通信系统的新发展。(三)设计要求（1）基于通信原理实验箱（旧）实现；（2）实现单路话音信号的PCM编码；（3）实现多路PCM信号的时分复用；（4）多路PCM信号2DPSK调制后传输；（5）实现接收信号的解调、分接与译码；（6）要考虑实现载波同步、位同步和帧同步电路。（7）观察输出信号的眼图。(四)内容简介30 通信原理课程设计报告脉冲编码调制（PCM）是现代语音通信中数字化的重要编码方式，2DPSK是数字调制方式的一种。本课程设计利用通信原理实验箱实现单路话音信号的抽样、压缩、均匀量化与编码得到两个单路PCM信号，接着将两路PCM信号进行复接，实现实现多路PCM信号的时分复用，又将多路PCM信号经2DPSK调制后传输，后经2DPSK进行解调，最后实现实现接收信号的PCM译码。可以为数字化通信系统奠定基础。课程设计用到了实验箱的大部分，本文介绍硬件电路实现的一系列数字信号传输的设计思路及具体过程，并对实现结果进行分析。设计的整体框图如图1所示。复接器话音输入22DPSK解调PCM信号1话音输入1多路PCM信号2DPSK调制数字同步技术PCM译码话音输出PCM信号2图1多路话音PCM时分复用信号的2DPSK调制与解调设计总框图30 通信原理课程设计报告二．设计基本原理(一)整体设计原理本设计系统涵盖了数字频带传输的主要内容及时分复用技术,其设计思路是如下图所示的两路PCM/2DPSK数字电话系统。FSTABSSLAPCM-APCMAK’STBBSSLBPCM-BBSBKcoswctPCM编码PCM编码同步复接码变换2PSK调制发滤波器信道coswctBKAKPCM收滤波器载波同步低通位同步抽样判决码反变换CPCPFSF1F2F1CPCPSRASRB帧同步PCM译码PCM译码aabb信道编码信道译码AK’延迟AK图2设计的详细整体框图图2中STA、STB分别为发端的两路模拟话音信号，BS为时钟信号，SLA、SLB为抽样信号，F为帧同步码，AK为绝对码，BK为相对码。在收端CP为位同步信号，FS为帧同步信号，F1、F2为两个路同步信号，SRA、SRB为两个PCM译码器输出的模拟话音信号。图中发滤波器用来限制进入信道的信号带宽，提高信道的频带利用率。收滤波器用来滤除带外噪声并与发滤波器、信道相配合满足无码间串扰条件。由于系统的频率特性、码速率与码间串扰之间的关系比较适合于软件仿真实验，再考虑到收端有关信号波形的可观测性，我们在本实验系统中省略了发滤波器、信道及收滤波器，而直接将2PSK调制器输出信号连接到载波提取单元和相干解调单元。30 通信原理课程设计报告(一)PCM编译码原理脉冲编码调制(pulsecodemodulation，PCM)是概念上最简单、理论上最完善的编码系统，是最早研制成功、使用最为广泛的编码系统，但也是数据量最大的编码系统。PCM的编码原理比较直观和简单，图3为PCM系统的原理框图：抽样量化编码信道干扰m(t)ms(t)A/D变换译码低通滤波msq(t)m(t)图3PCM系统的原理框图图中，输入的模拟信号m(t)经抽样、量化、编码后变成了数字信号(PCM信号)，经信道传输到达接收端，由译码器恢复出抽样值序列，再由低通滤波器滤出模拟基带信号m(t)。通常，将量化与编码的组合称为模/数变换器（A/D变换器)；而译码与低通滤波的组合称为数/模变换器(D/A变换器)。前者完成由模拟信号到数字信号的变换，后者则相反，即完成数字信号到模拟信号的变换。PCM在通信系统中完成将语音信号数字化功能，它的实现主要包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。根据CCITT的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A律和μ律方式，我国采用了A律方式，由于A律压缩实现复杂，常使用13折线法编码,采用非均匀量化PCM编码。(1)抽样所谓抽样，就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。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。(2)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30 通信原理课程设计报告，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射成一个离散幅度值的有限数集合。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。如图4所示，量化器输出L个量化值，k=1，2，3，…，L。常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度x落在与之间时，量化器输出电平为。这个量化过程可以表达为：模拟入量化器量化值这里称为分层电平或判决阈值。通常称为量化间隔。图4量化器模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。均匀量化：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。对于信号取值小的区间，其量化间隔也小；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30 通信原理课程设计报告压缩律和A压缩律。美国采用压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律，所谓A压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律：，。由于A律压缩实现复杂，常使用13折线法编码,压扩特性图如图5所示：未压缩（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）0图5A律函数13折线压扩特性图这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路实现，本设计中所用到的PCM编码正是采用这种压扩特性来进行编码的。表113折线时的值与计算值的比较30 通信原理课程设计报告0101按折线分段时的01段落12345678斜率16168421表1中第二行的值是根据时计算得到的，第三行的值是13折线分段时的值。可见，13折线各段落的分界点与曲线十分逼近，同时按2的幂次分割有利于数字化。(3)编码所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。在逐次比较型编码方式中，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。下面结合13折线的量化来加以说明。表2段落码表3段内码段落序号段落码量化级段内码8111151111141110711013110112110061011110111010105100910018100040117011130 通信原理课程设计报告60110301050101401002001300112001010001000100000在13折线法中，无论输入信号是正是负，均按8段折线（8个段落）进行编码。若用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值，其中用第一位表示量化值的极性，其余七位（第二位至第八位）则表示抽样量化值的绝对大小。具体的做法是：用第二至第四位表示段落码，它的8种可能状态来分别代表8个段落的起点电平。其它四位表示段内码，它的16种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。这样处理的结果，8个段落被划分成27＝128个量化级。段落码和8个段落之间的关系如表2所示；段内码与16个量化级之间的关系见表3。(一)时分多路复用原理时分多路复用通信，是各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。由抽样理论可知，抽样的一个重要作用是将时间上连续的信号变成时间上离散的信号，其在信道上占用时间的有限性，为多路信号沿同一信道传输提供了条件。具体说，就是把时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙，以达到互相分开，互不干扰的目的。图6示出了TDM的概念，先对各路模拟信号抽样，并在抽样时进行复接，然后进行量化、编码、传输。图6时分多路复用原理30 通信原理课程设计报告(一)二进制差分相移键控（2DPSK）(1)2DPSK信号的调制原理传输系统中要保证信息的有效传输就必须要有较高的传输速率和很低的误码率！为了后的较低的误码率，就得让传输的信号又较低的误码率。在传输信号中，2PSK信号和2ASK及2FSK信号相比，具有较好的误码率性能，但是，在2PSK信号传输系统中存在相位不确定性，并将造成接收码元“0”和“1”的颠倒，产生误码。为了保证2PSK的优点，又不会产生误码，将2PSK体制改进为二进制差分相移键控（2DPSK），及相对相移键控。2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：Φ＝0表示0码，Φ＝π表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端只能采用相干解调，它的时域波形图如图7所示。图72DPSK信号在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化，则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式，而采用相对移相方式。定义DF为本码元初相与前一码元初相之差，假设：DF=0→数字信息“0”；DF=p→数字信息“1”。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下：30 通信原理课程设计报告数字信息：1011011101DPSK信号相位：（0）pp0pp0p00p或：（p）00p00p0pp0采用p相位后，若已接收2DPSK序列为p0ppp0pp0，则经过解调后和逆码变换后可得基带信号，这一过程如下：2DPSK信号：（0）p0ppp0pp0(p)0p000p00pDF：ppp00pp0pppp00pp0p变换后序列：(0）101110110(p)010001001（相对码）基带信号：111001101111001101（绝对码）虽然相同信噪比2DPSK信号的比2PSK稍高一点，但比2PSK要稳定得多。(2)2DPSK信号的解调原理2DPSK信号最常用的解调方法有两种，一种是极性比较和码变换法，另一种是差分相干解调法。2DPSK信号解调的极性相位比较法：原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，滤除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，此后该信号分为两路，一路延时一个码元的时间后与另一路的信号相乘，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决，抽样判决器的输出即为原基带信号。它的原理框图如图8所示。延迟T相乘器低通滤波器抽样判决器2DPSK带通滤波器图8极性比较解调原理图2DPSK信号解调的差分相干解调法：差分相干解调的原理是2DPSK信号先经过带通滤波器，去除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声，再与本地载波相乘，去掉调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器去除高频成分，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决的到基带信号的差分码，再经过逆差分器，就得到了基带信号。它的原理框图如图9所示。30 通信原理课程设计报告带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器逆码变换本地载波2DPSK图9差分相干解调原理图差分变换模型的功能是将输入的基带信号变为它的差分码。逆码变换器原理图如图10所示：图10逆码变换原理框图相干解调是指利用乘法器，输入一路与载频相干（同频同相）的参考信号与载频相乘。原始信号2DPSK与载频cos(ωt+θ)调制后得到信号Acos(ωt+θ)；解调时引入相干（同频同相）的参考信号cos(ωt+θ)，则得到：Acos(ωt+θ)cos(ωt+θ)　　利用积化和差公式可以得到　　A*1/2*[cos(ωt+θ+ωt+θ)+cos(ωt+θ-ωt-θ)]　　=A*1/2*[cos(2ωt+2θ)+cos(0)]　　=A/2*[cos(2ωt+2θ)+1]　　=A/2+A/2cos(2ωt+2θ)　　利用低通滤波器将高频信号cos(2ωt+2θ)滤除，即得原始信号A。因此相干解调需要已知发送端的同步信号，在接收端需要相应的接收机和载波同步。(一)眼图30 通信原理课程设计报告所谓“眼图”，就是由解调后经过低通滤波器输出的基带信号，以码元定时作为同步信号在示波器屏幕上显示的波形。干扰和失真所产生的传输畸变，可以在眼图上清楚地显示出来。因为对于二进制信号波形，它很象一只人的眼睛。在图11中画出两个无噪声的波形和相应的“眼图”，一个无失真，另一个有失真(码间串扰)。图11中可以看出，眼图是由虚线分段的接收码元波形叠加组成的。眼图中央的垂直线表示取样时刻。当波形没有失真时，眼图是一只“完全张开”的眼睛。在取样时刻，所有可能的取样值仅有两个：+1或-1。当波形有失真时，在取样时刻信号取值分布在小于+1或大于-1附近，“眼睛”部分闭合。这样，保证正确判决所容许的噪声电平就减小了。换言之，在随机噪声的功率给定时，将使误码率增加。“眼睛”张开的大小就指明失真的严重程度。(a)无码间串扰时波形；无码间串扰眼图(b)有码间串扰时波形；有码间串扰眼图图11无失真及有失真时的波形及眼图为便于说明眼图和系统性能的关系，我们将它简化成图1230 通信原理课程设计报告的形状。由此图可以看出：(1)最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻；(2)眼睛闭合的速率，即眼图斜边的斜率，表示系统对定时误差灵敏的程度，斜边愈陡，对定位误差愈敏感；(3)在取样时刻上，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量；(4)在取样时刻上，上下两阴影区的间隔垂直距离之半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过它就有可能发生错误判决；(5)阴影区与横轴相交的区间表示零点位置变动范围，它对于从信号平均零点位置提取定时信息的解调器有重要影响。实验室理想状态下的眼图如图图13所示。图12眼图的重要性质(a)二进制系统(b)随机数据输入用的二进制系统图13实验室理想状态下的眼图在图13中给出从示波器上观察到的比较理想状态下的眼图照片。衡量眼图质量的几个重要参数有：1.眼图开启度(U-2ΔU)/U指在最佳抽样点处眼图幅度“张开”的程度。无畸变眼图的开启度应为100%。其中U=U++U-2.“眼皮”厚度2ΔU/U指在最佳抽样点处眼图幅度的闭合部分与最大幅度之比，无畸变眼图的“眼皮”厚度应等于0。3.交叉点发散度ΔT/T指眼图过零点交叉线的发散程度，无畸变眼图的交叉点发散度应为0。4.正负极性不对称度30 通信原理课程设计报告指在最佳抽样点处眼图正、负幅度的不对称程度。无畸变眼图的极性不对称度应为0。最后，还需要指出的是：由于噪声瞬时电平的影响无法在眼图中得到完整的反映，因此，即使在示波器上显示的眼图是张开的，也不能完全保证判决全部准确。不过，原则上总是眼睛张开得越大，实际判决越准确。所以，还是可以通过眼图的张开度来衡量和比较基带信号的质量，并以此为依据来调整信号在信道中的传输特性，使信号在通信系统信道中传输尽最大可能接近于最佳工作状态。(一)实验箱（旧）电路原理（1）PCM编译码模块PCM电路及测量点该模块上有以下测试点和输入点：·BSPCM基群时钟信号(位同步信号)测试点·SL0PCM基群第0个时隙同步信号·SLA信号A的抽样信号及时隙同步信号测试点·SLB信号B的抽样信号及时隙同步信号测试点·SRB信号B译码输出信号测试点·STA输入到编码器A的信号测试点·SRA信号A译码输出信号测试点·STB输入到编码器B的信号测试点·PCMPCM基群信号测试点·PCM-A信号A编码结果测试点·PCM-B信号B编码结果测试点·STA-IN外部音频信号A输入点·STB-IN外部音频信号B输入点本模块上有三个开关K5、K6和K8，K5、K6用来选择两个编码器的输入信号，开关手柄处于左边(STA-IN、STB-IN)时选择外部信号、处于右边(STA-S、STB-S)时选择模块内部音频正弦信号。K8用来选择SLB信号为时隙同步信号SL1、SL2、SL5、SL7中的某一个。30 通信原理课程设计报告图14PCM编译码原理方框图图14各单元与电路板上元器件之间的对应关系如下：·晶振U75：非门74LS04；CRY1：4096KHz晶体·分频器1U78:A：U78:D：触发器74LS74；U79：计数器74LS193·分频器2U80：计数器74LS193；U78:B：U78:D：触发器74LS74·抽样信号产生器U81：单稳74LS123；U76：移位寄存器74LS164·PCM编译码器AU82：PCM编译码集成电路TP3057（CD22357）·PCM编译码器BU83：PCM编译码集成电路TP3057（CD22357）·帧同步信号产生器U77：8位数据产生器74HC151；U86:A：与门7408·正弦信号源AU87：运放UA741·正弦信号源BU88：运放UA741·复接器U85：或门74LS32晶振、分频器1、分频器2及抽样信号（时隙同步信号）产生器构成一个定时器，为两个PCM编译码器提供2.048MHz的时钟信号和8KHz的时隙同步信号。在实际通信系统中，译码器的时钟信号(即位同步信号)及时隙同步信号(即帧同步信号)应从接收到的数据流中提取，方法如实验五及实验六所述。此处将同步器产生的时钟信号及时隙同步信号直接送给译码器。由于时钟频率为2.048MHz，抽样信号频率为8KHz30 通信原理课程设计报告，故PCM-A及PCM-B的码速率都是2.048MB，一帧中有32个时隙，其中1个时隙为PCM编码数据，另外31个时隙都是空时隙。PCM信号码速率也是2.048MB，一帧中的32个时隙中有29个是空时隙，第0时隙为帧同步码(×1110010)时隙，第2时隙为信号A的时隙，第1(或第5、或第7—由开关K8控制)时隙为信号B的时隙。本模块产生的PCM信号类似于PCM基群信号，但第16个时隙没有信令信号，第0时隙中的信号与PCM基群的第0时隙的信号也不完全相同。由于两个PCM编译码器用同一个时钟信号，因而可以对它们进行同步复接(即不需要进行码速调整)。又由于两个编码器输出数据处于不同时隙，故可对PCM-A和PCM-B进行线或。本模块中用或门74LS32对PCM-A、PCM-B及帧同步信号进行复接。在译码之前，不需要对PCM进行分接处理，译码器的时隙同步信号实际上起到了对信号分路的作用。语音信号的抽样信号频率为8KHz，为了不发生频谱混叠，常将语音信号经截止频率为3.4KHz的低通滤波器处理后再进行A/D处理。语音信号的最低频率一般为300Hz。TP3057编码器的低通滤波器和高通滤波器决定了编译码系统的频率特性，当输入信号频率超过这两个滤波器的频率范围时，译码输出信号幅度迅速下降。这就是PCM编译码系统频率特性的含义。（1）数字调制模块本实验用到数字信源模块和数字调制模块。信源模块向调制模块提供数字基带信号（NRZ码）和位同步信号BS（已在实验电路板上连通，不必手工接线）。调制模块将输入的绝对码AK（NRZ码）变为相对码BK、用键控法产生2ASK、2FSK、2DPSK信号。调制模块内部只用+5V电压。数字调制单元的原理方框图如图15所示，电原理图如图2-2所示（见附录）。30 通信原理课程设计报告图15数字调制方框图本单元有以下测试点及输入输出点：·CAR2DPSK信号载波测试点·BK相对码测试点·2DPSK2DPSK信号测试点/输出点，VP-P>0.5V（3）2DPSK模块图16给出了传输两路数字信号的时分复用2DPSK通信系统原理框图（2FSK通信系统与此类似）。图中m(t)为时分复用数字基带信号，为NRZ码，发滤波器及收滤波器的作用与基带系统相同。本实验假设信道是理想的，收、发端都无带通滤波器。m(t)由数字信源提供，即为NRZ信号。图162DPSK时分复用通信系统30 通信原理课程设计报告三．设计分析及实现结果课程设计利用通信原理实验箱实现单路话音信号的抽样、压缩、均匀量化与编码得到两个单路PCM信号，接着将两路PCM信号进行复接，实现实现多路PCM信号的时分复用，又将多路PCM信号经2DPSK调制后传输，后经2DPSK进行解调，最后实现实现接收信号的PCM译码。以下是课程设计过程中我们的截图，以便更好的说明我们实现的内容。如图17所示是单路话音信号，可知它是一个峰峰值为5.36V，频率为1.68KHz的低频正弦波信号。图17单路话音信号如图18所示为抽样时钟信号，可知它是一个频率为8KHz的窄脉冲信号，由原理图可知该信号有4096KHz的晶振经过多级分频信号得到，与图17的话音信号相比可知，PCM抽样时钟脉冲满足奈奎斯特抽样定理，可以完整的完成PCM的编码。30 通信原理课程设计报告图188KHz抽样窄脉冲话音信号经过抽样、编码后得到PCM编码信号，如图19（上）所示为得到的一种PCM编码信号（经调节拨码开关还可得到其它编码的PCM编码信号），有图可知PCM编码信号是一个八位码。图19一种PCM编码信号30 通信原理课程设计报告两单路PCM信号经复接器可以得到多路PCM信号，如图20所示。图20多路PCM信号最后，得到了PCM译码信号，如图21所示，与输入话音信号相比，可知两者在相位上存在一些差别。图21PCM译码信号30 通信原理课程设计报告四．设计过程中解决的问题（1）在设计开始时，由于对实验箱不熟悉，我用了大约一个小时的时间熟悉实验箱的系统整体布局以及各部分之间的功能，分析更测量点的作用，为整体的设计做准备。（2）设计开始后，当得到单路PCM信号要进行PCM复接时，我发现在实验箱上找不到复接器信号的加入点，整个设计好像无法进行下去，我便开始和同学讨论如何加入两路PCM信号到复接器，仔细阅读《通信原理实验指导书》之后，我们发现PCM信号在PCM模块中已经完成了复接，我们最初的结论是设计的难度这下大大降低。（3）我接着进行下去，应将得到的复接PCM信号接入到2DPSK进行调制与解调，可是问题依然是实验箱上没有信号的接入点，这时我便按照我的常规思维去查找实验箱的原理图。经查资料发现有信号的接入点，但是在板子的外部没有挂钩等明显的外接信号的东西，经我仔细观察板子的设计以及《通信原理实验指导书》的说明以后，发现实验箱在生产的过程各个模块都已经给了确定的信号，不能将PCM产生的信号加到2DPSK模块上或者其它模块上，也就是说，实验箱就是这么一整个系统。这样一来，课程设计就迎刃而解，也正是因此此课题就变得意义不大。（4）我们将实验内容改为PCM的2FSK调制与解调，即话音信号经PCM编码后经过FSK调制解调再经过一个位同步后经PCM译码出原信号。但是又由于实验室硬件条件受限，我也无法做出完整的系统，下一节中我会对这一系统做出较为详细的分析。30 通信原理课程设计报告五．PCM的2FSK调制与解调系统分析PCM的2FSK调制与解调，即话音信号经PCM编码后经过FSK调制解调再经过一个位同步后经PCM译码出原信号。系统的设计框图如图22所示。2FSK调制与解调PCM编码话音信号PCM译码话音信号位定时图22PCM的2FSK调制与解调系统框图(一)实验箱电路原理这一系统要基于我们实验室的新实验箱来完成。实验箱设计电路介绍如下：（1）PCM编译码电路PCM编译码电路所需的工作时钟为2.048MHZ，FSR、FSX的帧同步信号为8KHZ窄脉冲。图23为PCM编译码电路图，图24为时钟电路测量点波形图。图23PCM编译码电路图30 通信原理课程设计报告在本模块中选择A律变换，以2.048Mbit/s的速率来传送信息，信息帧为无信息令帧，它的发送时序与接收时序直接受FSX和FSR控制。还有一点，编译码器一般都有一个PDN降功耗控制端，PDN=0时，编译码能正常工作，PDN=1时，编译码器处于低功耗状态，这时编译码器其它功能都不起作用，我们在设计时，可以实现对编译码器的降功耗控制。图24时钟电路测量点波形图实验系统编译码电路的设计的时候把编译码电路和各种滤波器集成在一个芯片上，它的框图见图25所示。该器件为TP3067。30 通信原理课程设计报告图25TP3067逻辑方框图（2）FSK调制电路工作原理输入的基带信号有两路，一路控制f1=32KHz的载频，另一路经倒相去控制f2=16KHz的载频,。当基带信号为“1”时，模拟开关1打开，模拟开关2关闭，此时输出32KHz，当基带信号为“0”时，模拟开关1关闭，模拟开关2开通。此时输出16KHz，于是可以在输出端得到已调的FSK信号。电路中的两路载频（f1、f2）由模拟信号源产生。两路载频分别经射随、选频滤滤波、射随，在送到模拟开关进行调制，电路图如图26所示。图26FSK调制电路图（3）FSK解调电路工作原理本模块使用集成电路模拟锁相环解调器进行FSK的解调。它锁定在FSK的一个载频f1上，对于输出高电平，而对另一路载频f2失锁，对应输出低电平，那么在锁相环路滤波器端就可以得到解调的基带信号序列。压控振荡器的中心频率设计在32KHz。当输入信号为16KHz时,环路失锁，此时环路对16KHz载频的跟踪破坏。可见，环路对32KHz载频锁定时输出高电平，对16KHz载频失锁时就输出低电平。只要适当选择环路参数，使它对32KHz锁定，对16KHz失锁，则在解调器输出端就得到解调输出的基带信号序列。电路图如图27所示。30 通信原理课程设计报告图27FSK解调电路图（4）位定时恢复与信码再生电路位定时恢复与信码再生电路由带通滤波与全波整流电路、位定时处理电路和码再生电路三个部分组成。其电路原理图如图28所示。图28位定时恢复与信码再生电路原理图设计该带通滤波与全波整流电路时，以数字基带码元速率为32Kbit/30 通信原理课程设计报告s为例，数字基带信号由J2插孔输入，经过电容与电阻进入该电路。测量点TP6为眼图测量点，利用二踪示波器的YB通道测量TP5，YA通道测量TP6时，调节示波器相应的开关和旋钮，就可以测量出眼图信号来。关于眼图的具体测量在后面在做进一步的介绍。由运算放大器组成全波整流电路。恢复出的眼图信号经过全波整流电路即完成了对32KHZ/2基频的备频作用，即在该电路的输出中已含有32KHZ的频率成分。位定时处理电路由运算放大器LM311组成限幅放大电路,32KHZ谐振电路由电阻、电容及谐振线圈组成。由运算放大器TL084组成射随器电路.A/D模数转换电路由运算放大器LM311组成。占空比调整电路由单稳态多谐振荡器74LS123、电位器W3等组成。电路工作过程如下：由全波整流电路输出的含有32KHZ的频率信号，通过限幅放大变成数字信号后送入32KHZ谐振电路，调谐后取出32KHZ的正弦波信号，在经过射随器电路隔离送至A/D模块转换电路变成32KHZ的尖脉冲信号，在经过位定时调整电路，调节32KHZ的时钟脉冲的占空比宽度，以进一步保证与发送端的时钟信号同频但不同相。再生时钟的输出是从74LS123的Q端上输出。信码再生器电路由D触发器组成，数字基带信码从D端输入，在生时钟信号从CLK端，利用恢复出来的再生时钟对数字基带信码进行重新取样判决，使再生收信码与发信码保持准确的相位关系。因此，把D触发器称为信码再生器。再生收信码从D触发器的Q端输出。收端码变换电路由D触发器、模二加电路组成。若信道传输的是相对码，则要经过转码器变成绝对码，若传输的绝对码，则就不用进行转码了。(一)理想系统分析PCM编码与译码的原理分析可知，2KHz话音信号输入后先经过8KHz的脉冲进行抽样，经过一个量化器进行量化，接着进行编码。在此过程中用到的工作时钟为2.048MHz的信号，此信号用来进行传输信息。经过这三个过程之后可以得到PCM编码信号。30 通信原理课程设计报告FSK加入32KHz方波和16KHz方波经过选频得到了16KHz和32KHz的正弦波，将得到的PCM编码信号作为调制信号对16KHz的正弦波和32KHz的正弦波进行调制，当编码为高电平时对32KHz正弦波进行调制，当编码是低电平时对16KHz正弦波进行调制。再经过一个相加器将这两路信号相加得到最后的已调制信号。将该信号经过一个CD4046进行解调，得到输入的调制信号即PCM信号。此过程中需要将压控振荡器的中心频率设为32KHz，只有这样才能使得解调得到波形与输入的信号相位一致。在经过位同步电路使得通信的收发双方在时间基准上保持一致，包括在开始时间、位边界、重复频率等上的一致，使每个码元得到最佳的解调和判决。在数字同步模块的输入端加入解调得到的PCM信号，在经过带通滤波器与全波整流器就可以测量出眼图信号来。由全波整流电路输出的含有32KHZ的频率信号，通过限幅放大变成数字信号后送入32KHZ谐振电路，调谐后取出32KHZ的正弦波信号，在经过射随器电路隔离送至A/D模块转换电路变成32KHZ的尖脉冲信号，在经过位定时调整电路，调节32KHZ的时钟脉冲的占空比宽度，以进一步保证与发送端的时钟信号同频但不同相。再生时钟的输出是从74LS123的Q端上输出。可以得出再生时钟信号的波形来。最后该信号经过一个译码器和低通滤波器可以得到开始输入的模拟信号。通过利用其中的位定时后，然后将该信号加入到PCM的解调模块中。(一)存在的问题本系统的设计是基于一个简单的PCM编译码过程，在此基础加入了FSK调制后进行传输，最终解调并且用一个位同步使得该系统更加完善。但是实验室的实际硬件却存在一定的问题，使得设计无法实现。主要因素如下：（1）虽然这个过程比较简单但是由于新实验箱信号源不能产生2.048MHz的主时钟信号，所以该过程的PCM编码不能实现。（2）即使能够产生2.048MHz的主时钟信号，PCM的编译码用的是一个大规模集成电路TP3067芯片把这两个过程连在了一起，当输入模拟信号是该模块直接就对编码后的信号直接了译码，无法把PCM信号分离出来。（3）而且由于新实验箱设计时，对于数字同步模块使得其中心频率在32KHz了，所以当输入一个其他信号时，该模块不能使得输入信号进行同步。因此，该系统在实验室正常的硬件设施下也是不可以实现的。30 通信原理课程设计报告六．设计心得通过本次的通信原理课程设计，我将原来的通信原理实验箱学习了很大的一部分，最大的收获是将本实验箱与新实验箱作对比，发现新实验箱是以模块为主体，而原实验箱注重系统的重要性。同时能够比较系统的了解理论知识，学到了很多的东西，课程设计主要是我们理论知识的延伸，它的目的主要是要在设计中发现问题，并且自己要能找到解决问题的方案，形成一种独立的意识。我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少，巩固我们已经学会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把这门课学的扎实。本次课程设计在最终决定用实验箱硬件系统来实现多路话音PCM时分复用信号的2DPSK调制与解调。通过这次设计，掌握了PCM编码、时分复用、2DPSK以及同步技术的原理与实现过程及优缺点，学会了使用硬件技术实现通信工程，明白了一些硬件电路的基本原理，同时初步学会通过应用软件仿真来实现各种通信系统的设计，对以后的学习和工作都起到了一定的作用，加强了动手能力和学业技能。当然在做课程设计的过程中总会出现各种问题，在这种情况下我们都会努力寻求最佳路径解决问题，无形间提高了我们的动手，动脑能力，并且同学之间还能相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识。本次课程设计有机地结合了理论与实践，既考察了我们对理论知识的掌握情况，还反映出我们实际动手能力，更主要的是它激起我们创新思维，为今后的进一步学习创下良好条件，为以后的就业也打下一个根基，真可谓一举多得。刚开始，不知道从哪里入手，经历了一次次的困难，却积累了很多宝贵的经验。这次设计我也深深体会到自己对知识的不足，很多时间都是和同学一起讨论，融合大家的汗水，终于基本达到了设计要求，完成了任务。总的来说，这次课程设计让我们收获颇多，不仅让我们更深一步理解书本的知识，提高我们分析问题和解决问题的能力，而且让我们体会到知识的重要性。30 通信原理课程设计报告参考文献[1]樊昌信，曹丽娜.《通信原理》．国防工业出版社（第六版），2006[2]《通信原理实验》.济南大学信息科学与工程学院.电子信息实验中心.2010[3]济南大学新《通信原理实验指导书》文档．201130