模拟信号数字无线传输系统的设计

目录

摘要 (1)

关键词 (1)

Abstract (1)

Key words (2)

1 前言 (2)

1.1 选题的目的与意义 (2)

1.2 简述模拟信号与数字信号 (2)

2 设计任务与要求 (2)

2.1 设计任务 (2)

2.2 基本要求 (3)

3 总体方案设计与方案论证 (3)

3.1总体方案设计 (3)

3.2 方案论证与选择 (4)

3.2.1 无线传输方式的选择 (4)

3.2.2 模数转换 (4)

4 硬件电路与软件设计的实现 (8)

4.1 硬件电路的实现 (8)

4.1.1 控制处理器外围电路 (10)

4.1.2 红外发射电路的实现 (10)

4.1.3 模数转换电路的实现 (10)

4.2 软件设计 (11)

4.2.1 发射机软件设计 (11)

5 系统调试与调试中的问题 (12)

5.1 模数转换的调试 (12)

5.2 红外发射接收的调试 (12)

参考文献 (13)

附录 (13)

附录 1 发射机程序 (13)

模拟信号数字无线传输系统的设计

摘要

通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统，如果我们在发送端的信息源中包括一个模/数转换装臵，在接收端包括一个数/模转换装臵，在发送端与接收端之间通过红外作为载波进行通信，则可以实现模拟信号数字无线传输。本文主要从三个方面进行设计与实现：（1）AT89S51单片机对A/D转换器的控制，从而对模拟信号进行抽样、量化、编码后转换为数字信号；（2）单片机对数字信号进行编码与38Khz 红外载波调制通过红外线发射；（3）接收机接收到的调制信号经红外接收头进行解调还原数字信号，再经单片机的处理，通过D/A，以及信号的放大，最后再经过低通滤波器还原成模拟信号，从而实现模拟信号数字无线传输演示的全过程。

关键词:模拟信号数字传输；无线传输；红外通信；模数转换

Analog Digital Wireless Transmission Communication

System

Abstract

Communication system is divided into analog communication systems and digital communication systems, if we send the client's information sources include a A / D converter, the receiver includes a D / A converter, in between the transmitter and the receiver as by infrared carrier to communicate, you can transmit analog signal digital infrared communications. This article mainly focuses on three aspects: (1) AT89S51

microcontroller on the A / D chip to control the analog signal sampling, quantization, encoded into digital signals; (2) single chip digital signal processing and modulation 38KHZ IR through infrared emission; (3) base station receives the first modulated signal by the infrared receiver to demodulate digital signal reduction by the microcontroller processing, through the D / A, and signal amplification and finally through the reduction of low-pass filter into an analog signal, in order to achieve different place communication.

Key words: Analog signal digital transmission ；wireless transmission ；infrared communication ；analog _digital conversion

1前言

1.1选题的目的与意义

移动通信是现代通信技术和计算机技术高度发展和紧密结合的产物。随着数字化信息技术的广泛应用，现代通讯技术正以前所未有的高速度发展着，其庞大的信息传输工程则主要依靠于数字通信技术。因此，模拟信号通过数字传输已成为当今发展的趋势。

现在很多的通信实验设备都忽视了让人清晰直观的了解信号在整个通信系统中是怎样转换和传输的，导致很多人做了通信实验后仍对信号转换传输的整个过程感到模糊。本系统从模拟信号的输入波形、模拟信号转换成数字信号再进行调制的波形、接收解调后的波形到最后接收机还原模拟信号的波形都能够清晰直观的看到，使人更加深刻的了解模拟信号数字无线传输的整个过程，达到一个演示的目的。所以，对于本选题，我觉得意义重大，有必要也有实际需要把它做出来展现给大家，让人更加直观的看到模拟信号数字无线传输的整个过程。

1.2简述模拟信号与数字信号

模拟信号指幅度的取值是连续的（幅值可由无限个数值表示）。时间上连续的模拟信号，例如连续变化的图像（电视、传真）信号等，时间上离散的模拟信号是一种抽样信号。数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码就是一种数字信号。二进制码受噪声的影响小，易于有数字电路进行处理，所以得到了广泛的应用。模拟通信的优点是直观且容易实现，但存在两个主要缺点。（1）保密性差。模拟通信，尤其是微波通信和有线明线通信，很容易被窃听。只要收到模拟信号，就容易得到通信内容。（2）抗干扰能力弱。电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量下降。线路越长，噪声的积累也就越多[2]。

数字化传输与交换的优越性主要体现在三个方面。（1）加强了通信的保密性。（2）提高了抗干扰能力。数字信号在传输过程中会混入杂音，可以利用电子电路构成的门限电压（称为阈值）去衡量输入的信号电压，只有达到某一电压幅度，电路才会有输出值，并自动生成一整齐的脉冲（称为整形或再生）。较小杂音电压到达时，由于它低于阈值而被过滤掉，不会引起电路动作。因此再生的信号与原信号完全相同，除非干扰信号大于原信号才会产生误码。为了防止误码，在电路中设臵了检验错误和纠正错误的方法，即在出现误码时，可以利用后向信号使对方重发。因而数字传输适用于较远距离的传输，也能适用于性能较差的线路。（3）可构建综合数字通信网。采用时分交换后，传输和交换统一起来，可以形成一个综合数字通信网。模拟信号和数字信号之间可以相互转换：模拟信号一般通过

PCM脉码调制方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，例如采用8位编码可将模拟信号量化为256个量级，实用中常采取24位或30位编码；数字信号一般通过对载波进行移相的方法转换为模拟信号[1]。

2 设计任务与要求

2.1 设计任务

本次任务主要是完成一个模拟信号数字无线传输演示系统的设计与实现。能够用示波器观看模拟信号的输入波形、模拟信号转换成数字信号再进行调制的波形、接收解调后的波形到最后接收机还原模拟信号的波形。

2.2 基本要求

（1）设计一个发射机与一个接收机。

（2）模拟信号源输入正弦波，将输入的模拟信号转换为数字信号通过无线发送。

（3）接收机接收数字信号还原模拟信号。

3 总体方案设计与方案论证

模拟信号数字无线传输，一般需三个步骤：

(1) 把模拟信号数字化，即模数转换（A/D），将原始的模拟信号转换为时间离散和值离散的数字信号

(2) 进行数字方式传输

(3) 把数字信号还原为模拟信号，即数模转换（D/A）

A/D或D/A变换的过程通常由信源编（译）码器实现，所以通常将发端的A/D 变换称为信源编码（如将语音信号的数字化称为语音编码），而将收端的D/A变换称为信源译码[2]。

3.1总体方案设计

本系统分为两大模块：发射机和接收机。

本组负责发射机模块。

发射机设计框图如图3.1所示，模拟信号源输入一个正弦波给A/D转换器，A/D 转换器对输入的模拟信号进行抽样、量化、编码后转换为数字信号，控制处理器对

A/D转换器进行控制并将它转换的数字信号通过串口发送与38Khz红外载波进行调制通过红外线发射，调制方式为调幅。示波器1显示模拟信号源输出的波形，示波器2显示发射机发射的调制波。

图3.1 发射机设计框图

3.2方案论证与选择

3.2.1无线传输方式的选择

方案一：采用无线数据传输模块如PTR2000。PTR2000无线数据传输模块是一种超小型、低功耗、高速率的无线数据传输模块。无线数据传输模块的性能优异，其显着特点是所需外围器件少，因而设计十分方便，模块在内部集成了高频发射、高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能，是目前集成度较高的无线数据传输产品。无线数据收发模块PTR2000采用抗干扰能力强的FSK调制/解调方式，其工作频率稳定可靠、外围组件少，功耗极低且便于设计生产，这些优异特性使得PTR2000非常适用于便携及手持产品。

方案二：采用红外传输方式[4]。此方案不仅体积小、成本低，而且在不需要增大发射功率的条件下能够工作在环境比较恶劣的现场或野外。红外通信的基本原理是利用940nm 近红外波段的红外线作为信息的载体，将二进制信号调制为若干脉冲信号，最后驱动红外线发射组件(如红外发光二极管) 发射红外信号。红外接收端收到红外脉冲信号后，将红外信号转换为电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。红外信号的调制方法比较常用的有两种:通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制（PWM）和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。38Khz由晶振产生与基带信号进行调制通过红外发射出去，接收部分选用接收头HS0038[5]。

此两种方案对于本系统都可以，考虑到成本，本系统采用方案二。

3.2.2 模数转换

模数转换器对输入的模拟信号进行抽样、量化、编码后转换为数字信号。

（1）抽样定理[2]

抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值的过程。若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输按抽样定理得到的抽样值。因此，抽样定理为模拟信号的数字传输奠定了理论基础。

低通信号抽样定理：设一个连续模拟信号m(t)中的最高频率﹤Hf,则以间隔时间为1/2H T f 的周期性冲激脉冲对它抽样时，m(t)将被这些抽样值所完全确定。现用

表示此抽样信号序列，故有，波形如图3.2所示

图3.2 抽样过程

定理的意义：一个连续信号具有的无限个点的信号值，可由可数个点的信号值描述，从而可以实现数字化表示。抽样越密，可能的失真程度越低。实际系统中，采取以避免失真。例如：语音信号带宽3300Hz，通常采取的抽样频率为8Khz。

（2）抽样信号的量化。

模拟信号抽样后变成在时间上离散的信号，但仍是模拟信号。这个抽样信号必须经过量化才成为数字信号。利用预先规定的有限个电平来表示模拟信号抽样值的过程称为量化。

设模拟信号的抽样值为m(kT)，其中T是抽样周期，k是整数。此抽样值仍然是一个取值连续的变量，即它可以有无数个可能的连续取值。若我们仅用N个二进制数字码元来代表此抽样值的大小，则N个二进制码元只能代表个不同的抽样值。因此，必须将抽样值的范围划分成M个区间，每个区间用一个电平表示。这样，共有M个离散电平，他们称为量化电平。用这M个量化电平表示连续抽样值的方法称为量化。在图3.4中给出了一个量化过程的例子，图中，m(kT)表示模拟信号抽样值，表示量化后的量化信号值，是量化后信号的6个可能输出电平，为量化区间的端点。这样我们可以写出一般公式：

当（3.1）

按照公式(3.1)作变换，就把模拟抽样信号m(kT)变换成了量化后的离散抽样信

号，即量化信号。

图3.4 量化过程

量化方式有两种：均匀量化与非均匀量化。

把输入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。若设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N ，则均匀量化时的量化间隔为：

（3.2）均匀量化的不足之处在于：量化信噪比随信号电平的减小而下降。产生这一现象的原因是均匀量化的量化间隔?是一个固定值，而量化噪声功率固定不变。这样，小信号时的量化信噪比难以达到既定的要求。通常，把满足信噪比要求的输入信号的取值范围定义为信号的动态范围。可见，采用均匀量化时，输入信号的动态范围将受到较大的限制。解决的方法是采用非均匀量化。

非均匀量化是一种在整个动态范围内量化间隔不相等的量化。实现非均匀量化的方法之一是把输入量化器的信号x 先进行压缩处理，再把压缩的信号y 进行均匀量化。所谓压缩器就是一个非线性变换电路，压缩器的入出关系表示为：

（3.3）接收端采用一个与压缩特性相反的扩张器来恢复x。压缩特性的选取与信号的统计特性有关。具有不同概率分布的信号应该有其对应的最佳压缩特性使得量化噪声达到最小。实际上需要考虑压缩特性电路实现的易行性和稳定性。对数函数、指数函数、双曲线函数等都是一些可能的特性函数。

目前广泛采用的两种对数压扩特性是μ律压扩和A律压扩。美国采用μ律压扩，我国和欧洲各国均采用A 律压扩。

μ律压缩特性：压缩器的入出关系表示为：

（3.4）x 为归一化输入，y 为归一化输出（归一化是指信号电压与信号最大电压之比，

归一化后的最大值为1）。

A 律压缩特性：压缩器的入出关系表示为：

（3.5）

（3.6）其中（3.6）是A 律的主要表达式，但它当x=0时，y→?∞，不能满足对压缩

特性的要求，所以当x很小时应对它加以修正，即过零点作切线，这就是式(3.5)。式(3.5)是一个线性方程，对应国际标准取值A=87.6。A为压扩参数，A=1时无压缩，A值越大压缩效果越明显。

（3）编码方案。

量化后的信号，已经是取值离散的数字信号。下一步的问题的如何将这个数字信号编码。最常用的编码是用二进制的符号，例如‘0’和‘1’，表示离散数值。通常把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制。在脉冲编码调制中常用的二进制码型有三种：自然二进码、折叠二进码和格雷二进码。

自然二进码NBC就是一般的十进制正整数的二进制表示，编码简单、易记，而且译码可以逐比特独立进行。

折叠二进码FBC是一种符号幅度码。左边第一位表示信号的极性，用‘1’与‘0’分别表示信号的正与负；第二位至最后一位表示信号的幅度，由于正、负绝对值相同时，折叠码的上半部分与下半部分相对零电平对称折叠，故名折叠码，且其幅度码从小到大按自然二进码规则编码。FBC适合于双极性信号的表示。

格雷码RBC 格雷码的特点是任何相邻电平的码组，只有一位码位发生变化，即相邻码字的距离恒为1。译码时，若传输或判决有误，量化电平的误差小。另外，这种码除极性码外，当正、负极性信号的绝对值相等时，其幅度码相同，故又称反射二进码。

如图3.5中所示为自然二进码，模拟信号的抽样值为3.15，3.96，5.00，6.38，6.80和6.42。若按照?四舍五入?的原则量化为整数值，则抽样值量化后变为3,4,5,6,7和6。在按照二进制数编码后，量化值就变成二进制符号：011,100,101,110,111和110。

图3.5 二进制编码

三种编码方式都适合此次设计，本系统选用自然二进码进行编码。

模数转换选用ADC0809芯片。如图3.6所示，ADC0809 是8位逐次逼近型A/D

转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8 路模拟量分时输入，共用A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

图3.6 ADC0809内部结构图

ADC0809的工作频率范围为10Khz~1280Khz, ADC0809的时钟频率500Khz由SN74HC74N芯片提供。当频率范围为500KHZ 时，其转换时间t1=128us。系统的采样时间：

（3.7）其中t2为单片机串口发送一串8bit数据的时间，当波特率设臵为1.2kbit/s时, ,由公式（3.7）知，采样时间Ts=6.638ms，则抽样频率fs=150.65Hz。故当输入10Hz的正弦波信号时，由抽样定理知，系统能够无失真的还原出模拟信号。

模拟信号的幅值范围为0V-5V，ADC0809为8位数据输出，量化范围为0-255，故量化误差为5/255，即0.0196V。

4 硬件电路与软件设计的实现

硬件电路主要由控制处理器外围电路、红外发射电路、红外接收电路、模数转换电路、数模转换电路、滤波电路组成。软件设计主要由接收机软件设计、发射机软件设计组成。本组负责硬件电路控制处理器外围电路、红外发射电路、模数转换电路，发射机软件设计。

4.1 硬件电路的实现

如图4.1所示为发射机原理图，主要包括单片机最小系统、红外发射电路和模数转换电路。

图4.1 发射机原理图

下面就发射机各个模块原理进行分析。

4.1.1 控制处理器外围电路

如图4.2所示，控制器为单片机AT89S51，它的外围电路主要由复位电路、晶

振电路组成。

图4.2单片机最小系统

4.1.2 红外发射电路的实现

如图4.3所示，此电路为38Khz红外载波产生与基带信号的调制电路，红外发射是将数据信号（二进制脉冲码）调制在38Khz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去的。

图4.3 红外发射电路

4.1.3 模数转换电路的实现

如图4.4所示，模拟信号从ADC0809的IN0端口输入，当输入的模拟电压为+5V 时，输出对应255，ADC0809的数据输出公式为：

（4.1）其中Vin为输入模拟电压，Dout为输出数据。

ADC0809的工作频范围为10Khz-1280Khz,当频率范围为500Khz 时，其转换速度为128us，ADC0809时钟频率500Khz由SN74HC74N芯片提供，从CLK端口输出。

图4.4 模数转换电路

4.2 软件设计

系统软件设计主要包括两个部分：发射机软件设计和接收机软件设计。

4.2.1发射机软件设计

发射机软件设计如图4.10所示，包括两部分:ADC0809数据采集与单片机串口[3]发送采集的数据。单片机串口初始化，波特率设臵为1.2Kbit/s。

图4.10 发射机程序流程图

ADC0809软件设计流程图根据它的时序图进行，流程图如图4.11所示：

图4.11 模数转换程序流程图

5 系统调试

系统调试分为三部分：（1）模数转换的调试（2）红外接收发射的调试

5.1 模数转换的调试

用排线连接ADC0809的输出数据口到单片机的I/O，在ADC0809的模拟输入端输入一个直流电压（0V-5V）时，将ADC0809转换的数据送到液晶显示器上显示，看与模拟量量化值是否接近，然后改变直流电压，再看液晶显示器显示的数据与模拟量量化值是否接近。用来测试模数转换这部分是否正常。

5.2 红外发射接收的调试

用示波器看38khz的晶振是否起振，若起振，首先用单片机一直发送‘1’，用示波器看红外发射头端的波形是否为38khz，若正常，则红外发射部分正常。然后，用单片机串口发送端连续发送一个数值一定的值，接收机接收HS0038头将收到的数据送到单片机的串口接收端，然后用液晶显示显示收到的数值，比较这两个数据是否相同。相等则红外接收部分正常。

参考文献

[1] 程佩青.数字信号处理教程(第三版)[M].清华大学出版社。

[2] 樊昌信.通信原理(第六版) [M].国防工业出版社。

[3] 唐文运.用于串行通信的红外传输系统的设计.电子技术应用。

[4] 周新.红外线通信技术概述。

[5] 石顺样过巳吉.光电子技术及其应用(第一版) [M].成都:电子科技大学。

附录

附录1 发射机程序

模拟信号转换数字基带信号通过38Khz红外载波发射程序：

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

uchar Analog_Data=0;//模拟信号转换的数字量

sbit START=P0^0;

sbit EOC=P0^1;

sbit OE=P0^2;

sbit ALE=P0^3;

sbit lcdrs=P0^5;

sbit lcdrw=P0^6;

sbit lcden=P0^7;

void main()

{

TMOD=0x20;//定时器T1选择工作方式2

TH1=0xe8;//波特率设臵为1.2K

TL1=0xe8; ET1=0; //定时器1内部中断不允许

TR1=1; //开启定时器1

SM0=0;//串口选择模式1

SM1=1;

while(1)

{

ALE=0;

START=0;

ALE=1;

START=1;

ALE=0;

START=0;

while(!EOC);//等待ADC0832数据转化完成EOC=1;

Analog_Data=P1;

SBUF=Analog_Data;

while(!TI);

TI=0;

}

}

模拟信号和数字信号的对比

模拟信号是将源信号的一些特征未经编码直接通过载波的方式发出，是连续的数字信号则是通过数学方法对原有信号进行处理，编码成二进制信号后，再通过载波的方式发送编码后的数字流，是离散的特点：模拟信号：将26个字母对应26种不同的颜色要传递时用不同颜色的滤光片改变电筒射出的光的颜色这里就会表现出模拟信号不可靠（容错性差、易受干扰）的缺点人对颜色的识别可能会有偏差大气对不同颜色的光线吸收程度不同数字信号：将26个字母编码成二进制数字（可参考莫尔斯电码）通过电筒光线的闪烁来传递信号由于光线的闪烁很容易分辨且不容易受到干扰这个通信方案的可靠性就比模拟信号更强模拟信号指幅度的取值是连续的（幅值可由无限个数值表示）。时间上连续的模拟信号连续变化的图像（电视、传真）信号等，时间上离散的模拟信号是一种抽样信号，数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码就是一种数字信号。二进制码受噪声的影响小，易于有数字电路进行处理，所以得到了广泛的应用。1．模拟通信模拟通信的优点是直观且容易实现，但存在两个主要缺点。（1）保密性差模拟通信，尤其是微波通信和有线明线通信，很容易被窃听。只要收到模拟信号，就容易得到通信内容。（2）抗干扰能力弱电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量下降。线路越长，噪声的积累也就越多2．数字通信（1）数字化传输与交换的优越性①加强了通信的保密性。②提高了抗干扰能力。数字信号在传输过程中会混入杂音，可以利用电子电路构成的门限电压（称为阈值）去衡量输入的信号电压，只有达到某一电压幅度，电路才会有输出值，并自动生成一整齐的脉冲（称为整形或再生）。较小杂音电压到达时，由于它低于阈值而被过滤掉，不会引起电路动作。因此再生的信号与原信号完全相同，除非干扰信号大于原信号才会产生误码。为了防止误码，在电路中设置了检验错误和纠正错误的方法，即在出现误码时，可以利用后向信号使对方重发。因而数字传输适用于较远距离的传输，也能适用于性能较差的线路。③可构建综合数字通信网。采用时分交换后，传输和交换统一起来，可以形成一个综合数字通信网。（2）数字化通信的缺点①占用频带较宽。因为线路传输的是脉冲信号，传送一路数字化语音信息需占20?64kHz的带宽，而一个模拟话路只占用4kHz带宽，即一路PCM信号占了几个模拟话路。对某一话路而言，它的利用率降低了，或者详它对线路的要求提高了。②技术要求复杂，尤其是同步技术要求精度很高。接收方要能正确地理解发送方的意思，就必须正确地把每个码元区分开来，并且找到每个信息组的开始，这就需要收发双方严格实现同步，如果组成一个数字网的话，同步问题的解决将更加困难。③进行模/数转换时会带来量化误差。随着大规模集成电路的使用以及光纤等宽频带传输介质的普及，对信息的存储和传输，越来越多使用的是数字信号的方式，因此必须对模拟信号进行模/数转换，在转换中不可避免地会产生量化误差数字信号与模拟信号的区别不在于该信号使用哪个波段（C、KU）进行转发，而在于信号采用何种标准进行传输。如：亚卫2号C波段转发器上是我国省区卫星数字电视节目，它所采用的标准是MPEG-2-DVBS。数字信号与模拟信号的区别不在于该信号使用哪个波段（C、KU）进行转发，而在于信号采用何种标准进行传输。如：亚卫2号C波段转发器上是我国省区卫星数字电视节目，它所采用的标准是MPEG-2-DVBS。模拟信号与数字信号(1)模拟信号与数字信号不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：模拟数据一般采用模拟信号(AnalogSignal)，例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波)，或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示；数字数据则采用数字信号(DigitalSignal)，例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0)，或光脉冲来表示。当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。当数字信号采用断

模拟信号的数字化传输系统设计

模拟信号的数字化传输系统设计

摘要 本设计结合PCM的抽样、量化、编码原理，利用MATLAB软件编程和绘图功能，完成了对脉冲编码调制（PCM）系统的建模与仿真分析。课题中主要分为三部分对脉冲编码调制（PCM）系统原理进行建模与仿真分析，分别为采样、量化和编码原理的建模仿真。通过对脉冲编码调制（PCM）系统原理的仿真分析，设计者对PCM原理及性能有了更深刻的认识，并进一步掌握MATLAB软件的使用。 第一章绪论 数字通信系统由于具有许多优点而成为当今通信的发展方向。然而日常生活中大部分信号都是模拟信号。相对于模拟通信来说，数字通信有抗干扰能力强、保密性好、可以再生、没有噪声积累等优势。但是，现实生活中有很多模拟新源，模拟信源输出的信号是模拟信号，要将其在数字通信系统中进行传输，则必须经过相应的处理。研究模拟信号的数字化传输有着极其重要的意义。 在1937年，英国人里费（A.H.Reeves）提出了脉冲编码调制（PCM）方式。从此揭开了近代数字传输的序幕。PCM系统的优点是：抗干扰性强；失真小；传输特性稳定，远距离再生中继时噪声不累积，而且可以采用有效编码、纠错编码和保密编码来提高通信系统的有效性、可靠性和保密性。另外，由于PCM可以把各种消息（声音、图像、数据等等）都变换成数字信号进行传输，因此可以实现传输和交换一体化的综合通信方式，而且还可以实现数据传输与数据处理一体化的综合信息处理。故它能较好地适应信息化社会对通信的要求。PCM的缺点是传输带宽宽、系统较复杂。但是，随着数字技术的飞跃发展这些缺点也不重要。因此，PCM是一种极有发展前途的通信方式。 第二章MATLAB简介 2.1 MATLAB软件简介 MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一

模拟信号和数字信号的特点分别是什么

模拟信号和数字信号的特点分别是什么

第一章 复 习 题 1、模拟信号和数字信号的特点分别是什么? 2、设数字信号码元时间长度为1s μ，如采用四电平传输，求信息传输速率及符号速率。 3、接上题，若传输过程中2秒误1个比特，求误码率。 4、假设频带宽度为1024kHz ，可传输2048s kbit /的比特率，试问其频带利用率为多少? 第一章 复习题答案 1、答：模拟信号的特点是幅度取值是连续的。 数字信号的特点是幅度取值是离散的。 2、答：符号速率为 Bd t N B B 661010 1 1=== - 信息传输速率为 s Mbit s bit M N R B b /2/1024log 10log 6262=?=?== 3、答：误码率＝发生误码个数／传输总码元数 7 6 105.210221-?=??= 4、答： Hz s bit //21010241020483 3 =??==频带宽度信息传输速率η 第二章 复 习 题 1、某模拟信号频谱如题图2.1所示，求满足抽样定理时的抽样频率s f 。若kHz f s 10=，试 画出抽样信号的频谱，并说明此频谱出现什么现

象? 2、画出9=l 的均匀量化信噪比曲线（忽略过载区内的量化噪声功率）。 3、画出6.87,7==A l 的A 律压缩特性的非均匀量化信噪比曲线。 4、为什么A 律压缩特性一般A 取87．6。 5、A 律13折线编码器，8=l ，一个样值为? =93S i ，试 将其编成相应的码字，并求其编码误差与解码误 差。 6、A 律13折线编码器，8=l ，过载电压mV U 4096=，一个样值为mV u S 796-=，试将其编成相应的码字，并求 其编码电平与解码电平。 第二章 复 习 题 答 案 1、kHz f f B kHz f kHz f M M 415,5,10 =-=-=== B f <0 ∴此信号为低通型信号 满足抽样定理时，应有 kHz f f M s 10522=?=≥

无线数据传输系统设计大学毕设论文

无线数据传输系统设计 无线数据传输系统设计 作者：xxx 摘要：介绍无线数据传输系统的组成、AT89C51单片机串行口的工作方式及其与无线数字电台接口的软硬件设计与实现方法。 一般的数字采集系统，是通过传感器将捕捉的现场信号转换为电信号，经模/数转换器ADC采样、量化、编码后，为成数字信号，存入数据存储器，或送给微处理器，或通过无线方式将数据发送给接收端进行处理。无线数据传输系统就是一套利用无线手段，将采集的数据由测量站发送到主控站的设备。 关键字：无线数据传输，A T89C51单片机，模/数转换器，ADC采样，采集，信号 【Abstract】: Introduction of wireless data transmission system components, AT89C51 Serial port works and wireless digital radio interface with the hardware and software design and implementation. Digital acquisition system in general, is to capture the scene through the sensor signal is converted to electrical signals by analog / digital converter ADC sampling, quantization, encoding, in order to digital signals into data memory, or sent to the microprocessor, or send the data wirelessly to the receiver for processing. Wireless data transmission system is kind of a use of wireless means, to collect the data sent by the stations to the master control station equipment. 【Key words】: Wireless data transmission，AT89C51 Microcontroller，A / D converter，ADC sampling，Collection，Signal

无线通信系统物理层的传输方案设计

（无线局域网场景） 一、PBL问题二： 试设计一个完整的无线通信系统物理层的传输方案，要求满足以下指标: 1. Data rate ：54Mbps, Pe<=10-5 with Eb/N0 less than 25dB 2. 20 MHz bandwidth at 5 GHz frequency band 3. Channel model ：设系统工作在室内环境，有4条径，无多普勒频移，各径的相对时延为：[0 2 4 6]，单位为100ns ，多径系数服从瑞利衰落，其功率随时延变化呈指数衰减：[0 -8 -16 -24]。 请给出以下结果： A. 收发机结构框图，主要参数设定 B. 误比特率仿真曲线（可假定理想同步与信道估计） 二、系统选择及设计设计 1、系统要求 20MHz带宽实现5GHz频带上的无线通信系统； 速率要求: R=54Mbps； 误码率要求: Pe <=10^ (-5)。 2、方案选取 根据参数的要求，选择802.11a作为方案的基准，并在此基础上进行一些改进，使实际的系统达到设计要求。 802.11a中对于数据速率、调制方式、编码码率及OFDM子载波数目的确定如表1 所示。

与时延扩展、保护间隔、循环前缀及OFDM符号的持续时间相关的参数如表2 所示。 关的参数 参考标准选择OFDM系统来实现，具体参数的选择如下述。 3、OFDM简介 OFDM的基本原理是将高速信息数据编码后分配到并行的N个相互正交的子载波上，每个载波上的调制速率很低(1/N)，调制符号的持续间隔远大于信道的时间扩散，从而能够在具有较大失真和突发性脉冲干扰环境下对传输的数字信号提供有效的保护。OFDM系统对多径时延扩散不敏感，若信号占用带宽大于信道相干带宽，则产生频率选择性衰落。OFDM的频域编码和交织在分散并行的数据之间建立了联系，这样，由部分衰落或干扰而遭到破坏的数据，可以通过频率分量增强的部分的接收数据得以恢复，即实现频率分集。 OFDM克服了FDMA和TDMA的大多数问题。OFDM把可用信道分成了许多个窄带信号。

通信原理第六章(模拟信号的数字传输)习题及其答案

第六章（模拟信号的数字传输）习题及其答案 【题6－1】已知信号()m t 的最高频率为m f ，由矩形脉冲()m t 进行瞬时抽样，矩形脉冲的宽度为2τ，幅度为1，试确定已抽样信号及其频谱表示式。 【答案6－1】 矩形脉冲形成网络的传输函数 ()( )( ) 2 2Q A Sa Sa ωτ ωτ ωττ== 理想冲激抽样后的信号频谱为 1 ()(2) =2 s m m m n s M M n f T ωωω ωπ∞ =-∞ = -∑ 瞬时抽样信号频谱为 ()()()( )(2) 2 H s m n s M M Q Sa M n T τ ωτ ωωωωω∞ =-∞ == -∑ ()H M ω中包括调制信号频谱与原始信号频谱()M ω不同，这是因为()Q ω的加权。 瞬时抽样信号时域表达式为 ()()()() H s n m t m t t nT q t δ∞ =-∞ = -*∑ 【题6－2】设输入抽样器的信号为门函数()G t τ，宽度200ms τ=，若忽略其频谱的第10个零点以外的频率分量，试求最小抽样速率。 【答案6－2】 门函数()G t τ的宽度200ms τ=，其第一个零点频率1150f Hz τ==，其余零 点之间间隔都是1 τ，所以第10个零点频率为110500m f f Hz ==。忽略第10个零点以外的频率分量，门函数的最高频率是500Hz 。由抽样定理，可知最小抽样速率21000s m f f Hz ==。

【题6－3】设信号()9cos m t A t ω=+，其中10A V =。若()m t 被均匀量化为40个电平，试确定所需的二进制码组的位数N 和量化间隔v ?。 【答案6－3】 ()m t 需要被量化为40个电平，即40M =，表示40个电平需要的二进制码 组位数 2[log ]16N M =+= 量化间隔 22100.540A v V M ??= == 【题6－4】已知模拟信号抽样的概率密度()f x 如下图所示。若按四电平进行均匀量化，试计算信号量化噪声功率比。 【答案6－4】 根据()f x 图形可知 10<1()1 -10 01x x f x x x x -≤?? =+≤≤??≥? x 动态范围为：1(1)2v =--= 量化级间隔为： 2 0.54v v M ?= == 量化区间端点和量化输出为：01m =-，10.5m =-，20m =，30.5m =，41m =； 10.75q =-，20.25q =-，30.25q =，40.75q =。 量化信号功率为：

模拟信号和数字信号的优缺点

模拟信号和数字信号的优缺点 模拟信号好还是数字信号好，很多人都会说数字信号，但为 什么数字信号好呢？那就有相当一部分人答不出来了，究竟模拟信 号和数字信号的优缺点在哪呢？ 模拟通信的优点是直观且容易实现，但存在两个主要缺点。 1）保密性差 模拟通信，尤其是微波通信和有线明线通信，很容易被窃听。只要收到模拟信号，就容易得到通信内容。 2）抗干扰能力弱 电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部 的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量 下降。线路越长，噪声的积累也就越多 3）不适宜远距离传输 数字化传输优点 1）加强了通信的保密性。 2）提高了抗干扰能力。 3）可构建综合数字通信网。采用时分交换后，传输和交换 统一起来，可以形成一个综合数字通信网 4）适宜远距离传输

由于数字信号在传输过程中可以不断地通过整形和判决再生，因此它可以实现无噪声积累和无非线性失真的高质量长途传输。光 纤所具有的极宽传输带宽和极小传输损耗，使数字通信的广泛应用 成为可能。数字视频光传输与传统的模拟光传输相比，具有如下显 著特性： 1）可级联，随距离的增加，SNR信噪比不会下降。 2）由于是数字传输方式，采用数字编码纠错方式，具有高 稳定性和高可靠性。 3）多路信号同传时，采用数字时分复用技术（TMD），不会 产生模拟传输时的交调失真。 4）稳定性好，环境适应性高，比模拟传输系统易于维护与 调节。 5）易于实现大容量传输，且性价比高。 6）采用无压缩编码，图像信号质量高，达广播级。 在传输中，如视频监控，数据传输等，基本上都是由光端机 来进行的，而视频监控中采用最多的则是视频光端机这类传输设备。

简易无线光通信系统设计详述(DOC)

1.1 简易无线光通信系统 光通信分为有线光通信和无线光通信两种。光通信的主要方式是有线光通信即光纤通信，它已成为广域网、城域网的主要传输方式之一。 无线光通信又被称为自由空间光通信(FSO，Free Space Optical communication)。近年来，随着“最后一公里”对高带宽、低成本接入技术的迫切需求，FSO在视距传输、宽带接入中有了新的发展机遇，同时由于光通信器件制造技术的飞速发展，无线光通信设备的制造成本大幅下降，FSO得到越来越多的应用。 本小节介绍用红外光进行语音信号无线传输的简单系统，这种简单的、实验性的无线光通信系统是真实无线光通信系统的简化，其组成如图1-1所示。 图1-1 简易的光无线语音传输系统 在一个系统项目开始设计时，要确定实现系统功能的方法原理，并根据项目要求确定系统的需求并发展出一个针对这些需求的计划，即确定系统包括的组成部分、各部分的性能指标以及它们与系统性能之间的关系。然后根据各个组成部分的指标进行单元电路设计。 通过对简易的光无线语音传输系统设计、制作与调试，目的是：1）了解分析设计的系统需求并发展出解决方案的过程，2）学习单元电路的设计、测试与调整的方法，特别是模拟电路的设计与调试。 1.1.1 系统功能要求及基本解决思路 一、系统功能要求 1、基本要求 （1）设计制作一个可以传送语音信号的无线光通信设备； （2）语音信号频率范围：300Hz～3400Hz； （3）通信距离不小于10m； （4）发送端用驻极体话筒拾取语音； （5）接收端输出到喇叭的最大功率0.5W。 2、扩展要求 （1）减小环境光对通信的影响； （2）拓展通信距离（不小于100m）； （3）收发两端均采用单电源供电。 第 3 页共20 页

模拟信号和数字信号的特点分别是什么

第一章 复 习 题 1、模拟信号和数字信号的特点分别是什么? 2、设数字信号码元时间长度为1s μ，如采用四电平传输，求信息传输速率及符号速率。 3、接上题，若传输过程中2秒误1个比特，求误码率。 4、假设频带宽度为1024kHz ，可传输2048s kbit /的比特率，试问其频带利用率为多少? 第一章 复习题答案 1、答：模拟信号的特点是幅度取值是连续的。 数字信号的特点是幅度取值是离散的。 2、答：符号速率为 Bd t N B B 661010 11===- 信息传输速率为 s Mbit s bit M N R B b /2/1024log 10log 6262=?=?== 3、答：误码率＝发生误码个数／传输总码元数 76105.210 221-?=??= 4、答：Hz s bit //210 102410204833 =??==频带宽度信息传输速率η 第二章 复 习 题 1、某模拟信号频谱如题图2.1所示，求满足抽样定理时的抽样频率s f 。若kHz f s 10=，试 画出抽样信号的频谱，并说明此频谱出现什么现象? 2、画出9=l 的均匀量化信噪比曲线（忽略过载区内的量化噪声功率）。 3、画出6.87,7==A l 的A 律压缩特性的非均匀量化信噪比曲线。 4、为什么A 律压缩特性一般A 取87．6。 5、A 律13折线编码器，8=l ，一个样值为?=93S i ，试将其编成相应的码字，并求其编码误差与解码误差。 6、A 律13折线编码器，8=l ，过载电压mV U 4096=，一个样值为mV u S 796-=，试将其编

成相应的码字，并求其编码电平与解码电平。 第二章 复 习 题 答 案 1、kHz f f B kHz f kHz f M M 415,5,100=-=-=== B f <0 ∴此信号为低通型信号 满足抽样定理时，应有 kHz f f M s 10522=?=≥ 若kHz f s 10=，抽样信号的频谱为： 此频谱的一次下边带与原始频带重叠，即没有防卫带。 2、 e e e x x x N N S N l lg 2059lg 205123lg 20lg 203lg 20)/(512 ,9q +=+?=+?===均匀 3、 x x x N N S A N l q lg 2047lg 201283lg 20lg 203lg 20)/(6 .87,128,7+=+?=+?====均匀 246.87ln 16.87lg 20ln 1lg 20=+=+=A A Q )39lg 20(dB x -≤

模拟信号与数字信号的特点

第1章概述 一、模拟信号与数字信号的特点 模拟信号——幅度取值是连续的连续信号 离散信号 数字信号——幅度取值是离散的二进码 多进码 连续信号 离散信号 ●数字信号与模拟信号的区别是根据幅度取值上是否离散而定的。 ●离散信号与连续信号的区别是根据时间取值上是否离散而定的。 二、模拟通信与数字通信 ●根据传输信道上传输信号的形式不同，通信可分为 模拟通信——以模拟信号的形式传递消息（采用频分复用实现多路通信）。 数字通信——以数字信号的形式传递消息（采用时分复用实现多路通信）。 ●数字通信传输的主要对象是模拟话音信号等，而信道上传输的一般是二进制的数字信 号。 所要解决的首要问题 模拟信号的数字化，即模／数变换（A/D变换） 三、数字通信的构成 ●话音信号的基带传输系统模型 四、数字通信的特点 1、抗干扰能力强，无噪声积累 对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限的离散值（通常取二个幅值），在传输过程中受到噪声干扰，当信噪比还没有恶化到一定程度时，即在适当的距离，采用再生的方法，再生成已消除噪声干扰的原发送信号。由于无噪声积累，可实现长距离、高质量的传输。

2、便于加密处理 3、采用时分复用实现多路通信 4、设备便于集成化、小型化 5、占用频带较宽 五、数字通信系统的主要性能指标 ● 有效性指标 P7 ·信息传输速率——定义、公式l n f f s B ??=、物理意义 ·符号传输速率——定义、公式（B B t N 1= ）、关系：M N R B b 2 log = ·频带利用率——是真正用来衡量数字通信系统传输效率的指标（有效性） 频带宽度符号传输速率= η Hz Bd / 频带宽度 信息传输速率= η Hz s bit // ● 可靠性指标 P8 ·误码率——定义 ·信号抖动 例1、设信号码元时间长度为s 7106-?，当（1）采用4电平传输时，求信息传输速率和符号传输速率。（2）若系统的带宽为2000kHz ,求频带利用率为多少Hz s bit //。 解：（1）符号传输速率为 Bd t N B B 6 7 1067.110 611?=?= = - 数据传信速率为 s Mbit M N R B b /34.34log 1067.1log 2 6 2 =??== （2）Hz s bit //67.110 20001034.33 6=??= = 频带宽度 信息传输速率η 例2、接上题，若传输过程中2秒误1个比特，求误码率（误比特率）。 解：误码率（误比特率）＝差错比特数／传输总比特数 7 6 10 5.110 34.321-?=??=

模拟信号数字无线传输系统的设计

目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (2) 1 前言 (2) 1.1 选题的目的与意义 (2) 1.2 简述模拟信号与数字信号 (2) 2 设计任务与要求 (2) 2.1 设计任务 (2) 2.2 基本要求 (3) 3 总体方案设计与方案论证 (3) 3.1总体方案设计 (3) 3.2 方案论证与选择 (4) 3.2.1 无线传输方式的选择 (4) 3.2.2 模数转换 (4) 4 硬件电路与软件设计的实现 (8) 4.1 硬件电路的实现 (8) 4.1.1 控制处理器外围电路 (10) 4.1.2 红外发射电路的实现 (10) 4.1.3 模数转换电路的实现 (10) 4.2 软件设计 (11) 4.2.1 发射机软件设计 (11) 5 系统调试与调试中的问题 (12) 5.1 模数转换的调试 (12) 5.2 红外发射接收的调试 (12) 参考文献 (13) 附录 (13) 附录 1 发射机程序 (13)

模拟信号数字无线传输系统的设计 摘要 通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统，如果我们在发送端的信息源中包括一个模/数转换装臵，在接收端包括一个数/模转换装臵，在发送端与接收端之间通过红外作为载波进行通信，则可以实现模拟信号数字无线传输。本文主要从三个方面进行设计与实现：（1）AT89S51单片机对A/D转换器的控制，从而对模拟信号进行抽样、量化、编码后转换为数字信号；（2）单片机对数字信号进行编码与38Khz 红外载波调制通过红外线发射；（3）接收机接收到的调制信号经红外接收头进行解调还原数字信号，再经单片机的处理，通过D/A，以及信号的放大，最后再经过低通滤波器还原成模拟信号，从而实现模拟信号数字无线传输演示的全过程。 关键词:模拟信号数字传输；无线传输；红外通信；模数转换 Analog Digital Wireless Transmission Communication System Abstract Communication system is divided into analog communication systems and digital communication systems, if we send the client's information sources include a A / D converter, the receiver includes a D / A converter, in between the transmitter and the receiver as by infrared carrier to communicate, you can transmit analog signal digital infrared communications. This article mainly focuses on three aspects: (1) AT89S51

模拟信号的数字传输.

第七章 模拟信号的数字传输 数字通信系统中信道中传输的是数字信号。但自然界中，有些信源是以模拟形式出现的，如话音、图像等。因此在进行数字通信往往需先对信号（模拟的）数字化。模拟信号数字化属信源编码范围，当然信源编码还包括并/串转换、加密和数据压缩。本章重点讨论模拟信号数字化的基本方法，主要有PCM 、Δm 、ADPCM,还有其它VQ 、LPC 和CELP 。 模拟信号数字化的过程（得到数字信号）一般分三步：抽样、量化和编码。 其中“抽样”指抽取样值，抽取样点。抽样的多少，快慢对通信的性能指标有决定影响。抽样类似物理实验中实验曲线的描绘方法，测样点太少容易失真，；太多即费时又费力。在通信中抽样点太少容易失真；太多时数据量大，传输时间长，效率低。（带宽大，因Rb 大）。 如何抽样，由下面的抽样定理描述。 抽样定理是数字通信的基础。下面引出定理，给出必要的证明，再说明其具体应用。 7.1抽样定理 一 低通抽样定理 1、定理描述 频率受限于（0，H f ）的时间连续信号m(t) ,若抽样频率s f 不小于2 H f ，则m(t)可被其抽样值s m (t) 完全确定。（写完后解释，或强调两点）。 2、证明： s m (t)包含m(t)的全部信息；从s m (t)可无失真恢复m(t)。 抽样过程如图：

T (t)m(t)(t)δ= s T 1 M ()M()()2ωωδωπ = * T s n (t)(t nT )δδ∞ =-∞= -∑ T s s n ()(n )δ ωωδωω∞ =-∞ =-∑ s s s n m (t)m(nT )(t nT )δ∞ =-∞ =-∑ s s n s 1 M ()M(n )T ωωω∞ =-∞ = -∑ s m(t)=m (t)h(t)* s M()M ()H()ωωω= H H 21,H(W)G ()0,ωωωω? ≤?==? ?? 其它 H H H a H H sin t h(t)S (t)t ωωωωππω= = s H f 2f ≥ 时，得到的M()ω不失真。 抽样频率s f 不同时，s M ()ω的变化如图：

实验二模拟信号数字化传输系统的建模与分析

实验二模拟信号数字化传输系统的建模与分析 一、实验目的 1. 进一步掌握Simulink 软件使用的基本方法； 2. 熟悉信号的压缩扩张； 3. 熟悉信号的量化； 4. 熟悉PCM 编码与解码。 二、实验仪器 带有MATLAB 和SIMULINK 开发平台的微机。 三、实验原理 3.1 信号的压缩和扩张 非均匀量化等价为对输入信号进行动态范围压缩后再进行均匀量 化。中国和欧洲的PCM 数字电话系统采用A 律压扩方式，美国和日本 则采用μ律方式。设归一化的话音输入信号为[ 1, 1] x∈? ，则 A 律压缩器的输出信号y 是： 其中，sgn(x) 为符号函数。A 律PCM 数字电话系统国际标准中， 参数A=87.6。 Simulink 通信库中提供了“A-Law Compressor”、“A-Law Expander”以及“Mu-Law Compressor”和“Mu-Law Expander”来实 现 A 律和? 律压缩扩张计算。 压缩系数为87.6 的A 律压缩扩张曲线可以用折线来近似。16 段折 线点坐标是 其中靠近原点的4 段折线的斜率相等，可视为一段，因此总折线 数为13 段，故称13 段折线近似。用Simulink 中的“Look-Up Table ” 查表模块可以实现对13 段折线近似的压缩扩张计算的建模，其中，压 缩模块的输入值向量设置为 [-1,-1/2,-1/4,-1/8,-1/16,-1/32,-1/64,-1/128,0,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1 /4,1/2,1] 输出值向量设置为[-1:1/8:1]

扩张模块的设置与压缩模块相反。 3.2 PCM 编码与解码 PCM 是脉冲编码调制的简称，是现代数字电话系统的标准语音编码方式。A 律PCM 数字电话系统中规定：传输话音信号频段为300Hz到3400Hz ，采样率为8000 次/ 秒，对样值进行13 折线压缩后编码为8bit二进制数字序列。因此，PCM 编码输出的数码速率为64Kbps 。 PCM 编码输出的二进制序列中，每个样值用8 位二进制码表示， 其中最高比特位表示样值的正负极性，规定负值用“0 ”表示，正值用“1 ”表示。接下来3 位比特表示样值的绝对值所在的8 段折线的段落号，最后 4 位是样值处于段落内16 个均匀间隔上的间隔序号。在数学上，PCM 编码的低7 位相当于对样值的绝对值进行13 折线近似压缩后的7bit 均匀量化编码输出。 四、实验内容 1. 设计一PCM 编码器，要求该编码器能够对取值在[-1 ；1] 内的归一 化信号样值进行编码； 2. 设计一个对应于以上编码器的PCM 解码器； 3. 在以上两项内容的基础上，建立PCM 串行传输系统，并在传输信 道中加入指定错误概率的随机误码。 五、实验过程 1、PCM编码器建模与仿真 框图 参数设置：saturation限幅器：上限值为1，下限值为-1. Relay：

实验五+模拟信号的数字传输仿真

实验五模拟信号的数字传输仿真 一、实验目的 1、掌握PCM的编码原理。 2、掌握PCM编码信号的压缩与扩张的实现方式 二、实验内容 1、设计一个PCM调制系统的仿真模型 2、采用信号的压缩与扩张方式来提高信号的信噪比 三、基本原理 在现代通信系统中，以PCM（脉冲编码调制）为代表的编码调制技术被广泛地应用于模拟信号和数字传输中，所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号的抽样量化值变换成代码，其编码方式如下图所示： PCM编码经过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。为了便于用数字电路实现，其量化电平数一般为2的整数次幂，这样可以将模拟信号量化为二进制编码形式。其量化方式可分为两种： 均匀量化编码： 常用二进制编码，主要有自然二进码和折叠二进码两种。 非均匀量化编码： 常用13折线编码，它用8位折叠二进码来表示输入信号的抽样量化值，第一位表示量化值的极性，第二至第四位（段落码）的8种可能状态分别代表8个段落的起始电平，其它4位码（段内码）的16种状态用来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。 通常情况下，我们采用信号压缩与扩张技术来实现非均匀量化，就是在保持信号固有的动态范围的前提下，在量化前将小信号放大，而将大信号进行压缩。采用信号压缩后，用8位编码就可以表示均匀量化11位编码是才能表示的动态范围，这样能有效地提高校信号编码时的信噪比。 四、实验步骤 在SystemVue系统仿真软件中，系统提供了A律和μ律两种标准的压缩气和扩张器，用户可以根据需要选取其中一种进行仿真实验。

1、设置一个均值为0，标准差为0.5的具有高斯分布的随机信号作为仿真用的模拟信号源。 2、在信号源的后方放置一个巴特沃思低通滤波器，设置其截止频率为10Hz，滤除高频分量。 3、在滤波器右侧放置一个A律13折线的压缩器（在通信库的Processors标签下），对信号进行压缩，并设定最大输入为1v。 4、放置一个模数转换器（在逻辑库下的Mix Signal中），对压缩的模拟信号进行抽样量化，并编码为数字信号，根据PCM的要求，设定编码位数为8位，输出真假值为1和0，阈值为0.5，最大最小输入为正负1.28v；并放置一个100Hz 的采样时钟信号对模拟信号进行抽样。由此可得出8位编码的PCM信号。 5、放置一个数模转换器，将编码好的PCM信号重新还原为模拟信号。数模转换器的参数设置与模数转换器基本相同 6、将模数转换器的8个数据位与数模转换器相对应的8个数据位相连，将数字信号送入数模转换器。 7、放置一个扩张器，接收从数模转换器产生的经过压缩的模拟信号，并对其进行扩张，还原为原始信号，参数的设置与压缩器基本相同。最终的仿真系统如下图所示： 五、实验报告要求 画出仿真系统中各个接收器的波形

模拟信号的数字传输

135 第七章 模拟信号的数字传输 7.1 引 言 前几章已讨论了模拟信号在模拟通信系统中的传输和数字信号在数字通信系统中的传输。 本章将要讨论的是模拟信号经过数字化以后在数字通信系统中的传输，简称模拟信号的数字传输。 数字传输随着微电子技术和计算机技术的发展，其优越性日益明显，优点是抗干扰强、失真小、传输特性稳定、远距离中继噪声不积累、还可以有效编码、译码和保密编码来提高通信系统的有效性，可靠性和保密性。另外，还可以存储，时间标度变换，复杂计算处理等。 模拟信号用得多的是语音信号，把语音信号数字化后，在数字通信系统中传输，称为数字电话通信系统。 模拟信号的数字传输的方框图见下图： 图中，)(t m 、∧)(t m ：模拟随机信号，{}k s 、{}∧ k S ：数字随机序列。 模拟信号的数字传输分三个步骤进行： ① A/D 把模拟信号变成数字信号 ② 数字信号传输 ③ D/A 把数字信号还原成模拟信号 第二步骤在第5章，第6章已经论述。因此，本章仅讨论第一和第三步骤。 模拟信号数字输入的关键是模拟信号和数字信号的互相转换。 A/D 转换步骤示意如下图： A/D 转换 D/A 转换

136 本章主要内容： 1、抽样（介绍模拟信号数字化的理论基础之一：抽样定理） 2、量化（介绍模拟信号的量化） 3、编码和译码 4、PCM （脉冲编码调制） （模拟信号抽样、量化、编译码的一种常用方式）系统 5、m （增量调制）系统（模拟信号数字化的另一种常用方式） 6、DPCM 系统 7、数字电话通信系统 （简要介绍模拟电话信号的数字传输）（一个例子） 7.2抽样定理 将模拟信息源信号转变成数字信号叫做A/D 转换，A/D 转换中有三个基本过程： 抽样、量化、编码。 抽样是A/D 转换的第一步。 A/D 转换时，抽样间隔越宽，量化越粗，信号数据处理量少，但精度不高，甚至可能失掉信号最重要的特征。 抽样间隔如何确定？（抽样速率如何确定？） 举正弦波信号抽样的例子： t 抽样 量化 1 t 024 t 100 编码 A/D 转换步骤示意图

无线通讯系统设计方案

无线通讯系统设计方案目录 1 概述 2 2 KT106系统技术优势 3 3 系统组成 4 4 传输平台 5 5 组网方式 6 6 设备部署 6 7 系统主要功能9

1概述 长久以来，国内外矿井的无线通讯技术一直停留在窄带低速范围内，普遍存在设备复杂、功能单一、无法复用通道，重复布线的问题。重庆分院在进行大量的前期调研、资料收集、分析研究总结的基础上，利用目前国内外成熟的Wi-Fi 技术，结合广泛应用的RFID技术，通过技术改进、本质安全设计，开发出了适应煤矿特殊环境的KT106矿井无线通讯系统。 KT106矿井宽带无线通讯系统作为新一代的矿井无线传输系统，采用Wi-Fi 与RFID技术相结合，在煤矿井下实现了通过一套系统实现语音和人员定位数据传输。是我院最新研究的产品。突破传统系统结构模式，无线通讯及人员定位共用一套传输线路，具有很高的性价比。系统网络结构将采用以工业以太网为主干的星型结合总线型的网络结构方案，以工业以太网交换机作为星型的中心点，基站之间采用串行连接方式。基站同时具有语音通信和定位功能，定位终端包括带定位功能的手机和专用的定位卡两种。系统采用本质安全供电的方式，使设备达到在回风巷道和工作面使用的安全等级和技术要求。 本系统通过配套的管理软件、工业以太网、PBX网关等设备，形成一套完整的以矿井工业以太环网为传输主干，无线信号进行空间覆盖的矿井无线通讯系统，使煤矿无线通讯技术跃上一个新的台阶，并处于国内外技术领先水平。 本系统是重庆研究院历时5年，经过不断探索和完善，为煤炭行业研制出了能够实现井下无线语音通话功能的最新技术装备，并能够24小时对煤矿出入井人员进行实时跟踪监测和定位，随时清楚掌握每个人员在矿井下活动轨迹，是煤矿最新一代安全生产管理系统。 KT106无线通讯系统结构如下：

模拟信号数字化传输系统的设计与仿真分析

唐山学院 通信原理课程设计 题目模拟信号数字化传输系统的设计与仿真分析系 (部) 班级 姓名 学号 指导教师 2017 年 6 月 26 日至2017 年7月 8 日共 2 周

通信原理课程设计任务书

课程设计成绩评定表

目录 前言................................................................. 1模拟信号抽样过程原理............................................... 抽样原理......................................................... 低通型连续信号的抽样.......................................... 带通信号的抽样定理........................................... 量化原理........................................................ 均匀量化...................................................... 非均匀量化................................................... A律压缩律................................................... 13折线...................................................... 脉冲编码调制（PCM）.............................................. 差分脉冲编码调制（DPCM）........................................ 2 Matlab/Simulink的简介............................................. 3 基于Simulink的模拟信号数字化传输的设计与仿真分析.................. 抽样过程的设计与仿真分析......................................... 量化过程的设计与仿真分析......................................... PCM编译码系统设计与仿真分析..................................... PCM编码器设计............................................... PCM解码器设计............................................... 有干扰信号的PCM编码与解码.................................... DPCM编译码系统的设计与仿真分析.................................. 4 总结............................................................... 5参考文献...........................................................