模拟信号数字传输的研究报告

摘要

数字信号处理相对模拟信号处理有许多优点，且有些处理功能是模拟信号所不能完成的。但实际中很多信号都是时间连续信号，希望将模拟信号转换到数字域，从而完成一些更高质量或者模拟信号处理所不能完成的功能。因此，我们研究采用PCM编码译码将模拟信号转换成数字信号进行2PSK调制与解调。该传输系统主要由三个模块构成，分别是：模拟信号的数字化、2PSK调制与解调、数字信号还原为模拟信号。

关键字：PCM；2PSK；SYSTEMVIEW

一、设计任务及要求

本设计的研究是基于SYSTEMVIEW仿真平台，设计一个PCM传输系统。该传输系统主要包括模拟信号的数字化、2PSK调制与解调、数字信号还原为模拟信号三个部分，最后通过观察比较输入信号和输出信号的波形，以及在无噪情况、低噪情况、高噪情况分别来分析该系统的性能。

二、电路设计原理

脉冲编码调制（PCM）简称脉码调制，PCM，即脉冲编码调制，用一组二进制代码代替连续信号的抽样值。首先，对输入的模拟信号进行抽样，使其成为时域离散信号，此处必须满足采样定理，然后通过模数转换将时域离散信号用一组二进制代码来表示，具体有两步：量化、编码。然后对数字信号进行2PSK调制与解调，最后通过译码、低通滤波将其转换为模拟信号输出。为改善小信号量化性能，采用A律压缩，一般使用13折线法编码。

电路设计分为两部分，首先是2PSK调制与解调的设计，在确保调制与解调无误后，设计PCM编码与译码电路，然后将二者联合起来，实现模拟信号的数字传输。

1、2PSK调制与解调的原理

2PSK,即二进制相移键控，用输入信号控制载波的相位随之变化，一般情况下，用载波的”0○”表示二进制基带信号的“0”， ”180○”表示二进制基带信号的“1”，也可反过来。

输入信号的形式一般为s (t ) =∑an g (t - nTs ) ,an以概率P取“1”,以1-P取“0”， g （t）一般是脉宽为TS，高为1的方波（也可取三角波等）。 （1）2PSK调制

2PSK调制可采用模拟调制和数字键控两种方式，本实验以模拟调制为主，调制原理如下：

e2 PSK (t ) = s (t ) cos wct

若输入不是双极性不归零波形，我们可以通过码型变化将其转换为双极性不归零波形。 调制波形如下所示：

通过观察波形，我们可以得到，当输入为“1”时，已调载波相位为0；当输入为“0”时，已调载波相位为180。 （2）2PSK解调

2PSK解调一般采用相干解调法，原理如下：

解调时各点波形如下所示：

通过对以上波形的分析，我们可以看出，当 恢复载波相位差180○时，输出

波形刚好与输入的波形相反。通过对理论的学习，我们称之为180○相位模糊，可以通过采用2DPSK来解决这个问题。 2、PCM编码与译码实验原理

PCM，即脉冲编码调制，用一组二进制代码代替连续信号的抽样值，原理框图如下：

（1）PCM编码

首先，对输入的模拟信号进行抽样，使其成为时域离散信号，此处必须满足采样定理，然后通过模数转换将时域离散信号用一组二进制代码来表示，具体有两步：量化、编码。 1）量化

量化即用有限电平来表示抽样得到的离散值。具体的量化方法有均匀量化和非均匀量化。均匀量化相对比较简单，但是它的量化信噪比随信号电平的减小而下降，因此当输入信号较小时，会产生较大的量化误差。因此，我们引入非均匀量化，使得量化电平集中在幅度密度高的区域。常用的方法为A律压扩和μ律压扩。本实验中采用的为A律压扩，但由于A律压缩较为复杂，一般常用A律13折线，其压缩特性如下：

由此可见，虽然纵坐标是均匀分级，但是反映到横坐标，则小信号时，量化间隔较小，大信噪比时，量化间隔较大，改善了量化信噪比。 2）编码

编码即把量化后的电平用二进制来表示，本实验中采用8位二进制码，从高到低分别为极性码、段落码、段内码，采用的是逐次比较性编码，具体方法可查阅相关资料。 （2）PCM译码

译码即把收到的PCM信号还原成相应的PAM样值信号，此处需要用解压扩器对其进行解压扩，然后通过低通滤波器即可得到输入的模拟信号。译码可以看作是编码的逆过程。

三、仿真电路设计

1、2PSK模拟调制和相干解调系统仿真