毕业设计开题报告

题    目：基于System View的PCM通信系统仿真设计

学生姓名：    学 号：  专    业：        指导教师：                        

    20## 年  3月 8 日

开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册）；

4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“20##年2月26日”或“20##-02-26”。

1．结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

随着电子技术和计算机技术的发展，仿真技术得到了广泛的应用。基于信号的用于通信系统的动态仿真软件System View具有强大的功能，可以满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用，并且提供了嵌入式的模块分析方法，形成多层系统，使系统设计更加简洁明了，便于完成复杂系统的设计。

    在通信原理的学习过程中．一直注重理论的学习，但是深奥的理论难以理解。很有必要以某种可见的、图形化的形式来加深对理论的理解。System View的引入将带来直观的感受，提供了完整的动态系统设计、仿真和可视化的分析环境。可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统以及各种速率的系统。主要用于电路与通信系统的设计和仿真。利用System View软件，仿真通信系统，可以进一步加深了对通信原理的理解。System View具有良好的交互界面，通过分析窗口和示波器模拟等方法，提供了一个可视的仿真过程，其可以实现复杂的模拟、数字及数模混合电路及各种速率系统，并提供了内容丰富的基本库和专业库。System View是基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具，它使用功能模块去描述程序，无需与复杂的程序语言打交道，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。

    在利用System View仿真实现PCM通信系统中，只需从System View配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，最终将以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析结果。

    通信系统的信源有两大类：模拟信号和数字信号。若输入的模拟信号，则在数字通信系统的信源编码部分需要对输入模拟信号进行数字化，将模拟输入信号变为数字信号。脉码调制是将模拟信号转换为数字信号的常用方法。于20世纪40年代，在通信技术中就已经实现了这种编码技术。PCM通信系统是通信原理中一个典型系统。为加深对PCM通信系统的理解，在此将设计一个完整的PCM通信系统。并利用System View软件引入可见的、图形化的形式描述PCM通信系统。

PCM是实现语音信号数字化的一种方法——语音信号的数字化。语音信号是连续变化的模拟信号，实现语音信号的数字化必须经过抽样、量化和编码三个过程。抽样是把模拟信号以其信号带宽2倍以上的频率提取样值，变为在时间轴上离散的抽样信号的过程。抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理，离散信号才可以完全代替连续信号。语音信号经过抽样变成一种脉冲幅度调制信号。量化是把幅度连续变化的模拟量变成用有限位二进制数字表示的数字量的过程，即：抽样信号虽然是时间轴上离散的信号，但仍然是模拟信号，其样值在一定的取值范围内，可有无限多个值。显然，对无限个样值一一给出数字码组来对应是不可能的。为了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法 把样值分级“取整” ，使一定取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值。 量化后的抽样信号与量化前的抽样信号相比较，当然有所失真，且不再是模拟信号。这种量化失真在接收端还原模拟信号时表现为噪声，并称为量化噪声。量化噪声的大小取决于把样值分级“取整”的方式，分的级数越多，即量化级差或间隔越小，量化噪声也越小。量化级数越多误差越小，相应的二进制码位数越多，要求传输速率越高，频带越宽。为使量化噪声尽可能小而所需码位数又不太多，通常采用非均匀量化的方法 进行量化。非均匀量化根据幅度的不同区间来确定量化间隔，幅度小的区间量化间隔取得小，幅度大的区间量化间隔取得大。量化后的抽样信号在一定的取值范围内仅有有限个可取的样值，且信号正、负幅度分布的对称性使正、负样值的个数相等，正、负向的量化级对称分布。若将有限个量化样值的绝对值从小到大依次排列，并对应地依次赋予一个十进制数字代码，在码前以“＋”“－”号为前缀，来区分样值的正、负，则量化后的抽样信号就转化为按抽样时序排列的一串十进制数字码流，即十进制数字信号。简单高效的数据系统是二进制码系统，因此，应将十进制数字代码变换成二进制编码。根据十进制数字代码的总个数， 可以确定所需二进制编码的位数，即字长。这种把量化的抽样信号变换成给定字长的二进制码流的过程称为编码。

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，而时分复用是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，能达到多路传输的目的,可以提高信道的利用率.因此设计一个完整的PCM通信系统。系统的实现通过模块分层实现，模块主要有PCM编码模块、PCM译码模块、帧同步码产生模块和逻辑时钟控制信号构成。设计思路：用两路高斯噪声的语音信号，经过PCM编码器子模块的输入端后，通过低通滤波器完成语音频带过滤，由于PCM量化采用非均匀量化，还要使用瞬时压缩器实现A律压缩后再进行均匀量化，A/D转换器完成采样及量化，由于A/D转换器的输出是并行数据，必须通过数据选择器完成并/串转换成串行数据，输出PCM编码信号。经过帧同步码产生模块和逻辑时钟控制信号实现PCM信号的时分复用与分路，再经过PCM译码模块输出原始信号。

本设计在System View软件下进行仿真，从System View配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置，完成图标间的连线，然后运行仿真操作，证明所设计的PCM通信系统能正常发送和接收信号。根据每一部分和每一模块观看到的输入输出波形，不断调试信号和图标的参数设置，使信号产生的畸变尽可能的小。完成PCM通信系统的正常通信。

参考文献

[1] 叶淦华.通信原理教程.第一版.北京:中国电力出版社,2005

[2] 褚振勇,齐亮,田红心,高楷娟. 现代通信原理及应用.第二版.西安:西安电子科技大学出版社,2006

[3] 江国强.System View动态系统分析.第二版.北京:电子工业出版社,2007

[4] 刘保柱,苏彦华,张宏林.System View从入门到精通.第二版.北京:人民邮电出版社,2010

[5] 田耕,序文波,张延伟.System View的设计与分析. 北京:电子工业出版社,2007

[6] 程佩青.数字信号处理教程.第三版.北京:清华大学出版社,2007

[7] 崔嵬.PCM通信系统的实现技术研究:[博士学位论文].北京:北京理工大学，2003

[8] 刘松强.数字信号处理系统及其应用.北京:清华大学出版社,1996. 

[9] 白凤山，铁勇．基于System View的多路载波通信系统仿真．内蒙古大学学报，2001，(04).256-259

[10]李曼，刘芸江，张水平，王兴亮．基于System View的通信系统仿真．现代电子技术.2002，(03).24-26

[11] 周炯盘,庞沁华.通信原理.北京:北京邮电大学出版社,2005.

[12] Klessig.RW.Overview of Metropolian Area Network.IEEE Communication Magazine,2010,24(1):9-15.

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径：

本设计为了使人们更好的理解通信过程，设计一个完整的PCM通信系统并运用System View仿真软件搭建PCM通信系统。

 

                         

                          

                                   PCM通信系统的原理

模拟信号1和模拟信号2通过抽样，变为离散信号，然后做量化、编码变为数字信号。这里的量化为非均匀量化，编码后的数据为并行数据。但是传输过程采用串行传输方式，需要做并串变换。通过复用、调制，把基带信号变为频带信号，放到合适的信道中传输。接收器接收到调制信号后，将其解调、分路、解码。然后将其D/A转换，通过低通滤波器滤出原模拟信号。

  

第二篇：PCM开题报告

毕业设计(论文)开题报告

题  目： PCM系统的设计与仿真实现            

学生姓名： 王运兵     学 号： 070703114      

专    业：通信工程                           

指导教师：  苏佳                             

     20##年 3 月 16    日

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

1、脉冲编码调制（PCM）原理

脉冲编码调制（PCM）简称脉码调制，它是一种用二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。由于这种通信方式抗干扰能力强，因此在光钎通信、数字微波通信、卫星通信中均获得了极为广泛的运用。

PCM信号的形成是模拟信号经过“抽样、量化、编码”三个步骤实现的。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。

1.1 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。在一个频带限制在（0，f h）内的时间连续信号f（t），如果以1/2 f h的时间间隔对它进行抽样，那么根据这些抽样值就能完全恢复原信号。或者说，如果一个连续信号f（t）的频谱中最高频率不超过f h，当抽样频率f S≥2 f h时，抽样后的信号就包含原连续的全部信息。这就是抽样定理。

1.2量化

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。如图2所示，量化器Q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：

               (1-1)  

这里称为分层电平或判决阈值。通常称为量化间隔。

                    图1.2 模拟信号的量化

    量化后的抽样信号于量化前的抽样信号相比较，当然有所失真，且不再是模拟信号。这种失真在接收端还原模拟信号是变现为噪声，并称为量化噪声。量化噪声的大小取决于把样值分级“取整”的方式，分的级数越多，即量化极差或间隔越小，量化噪声也越小。

模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。由于均匀量化存在的主要缺点是：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，当信号较小时，则信号量化噪声功率比也就很小，这样的话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定义为动态范围，可见，对于弱信号时，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，因此，PCM编码方式采用的也是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：

                     (1-2)

                    (1-3)

A律压扩特性是连续曲线，A值不同压扩特性亦不同，在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。实际中，往往都采用近似于A律函数规律的13折线（A=87.6）的压扩特性。这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于用电路实现，本设计

图1.3   A律13折线

中所用到的。PCM编码正是采用这种压扩特性来进行编码的。图1.3示出了这种压扩特性。表1.1列出了13折线时的值与计算值的比较。

表1.1   13折线时的x值与计算x值的比较

 

表1.1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。

1.3编码（Coding）

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。

量化后的抽样信号在一定的取值范围内仅有有限个可取的样值，且信号正、负幅度分布的对称性使正、负样值的个数相等，正、负向的量化级对称分布。若将有限个量化样值的绝对值从小到大依次排列，并对应的依次赋予一个十进制数字代码，在码前以“+”、“—”号为前缀，来区分样值的正负，则量化后的抽样信号就转化为按抽样时序排列的一串十进制数字码流，即十进制数字信号。把量化的抽样信号变换成给定字长的二进制码流的过程为编码。

在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：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，无论采用几位码，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1.2 段落码                         表2.3  段内码

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1.2所示；段内码与16个量化级之间的关系见表1.3。

话音PCM的抽样频率为8KHZ，每个量化样值对应一个8位二进制码，故话音数字编码信号的速率为8bits×8kHz=64kb/s.量化噪声随级数的增多和极差的缩小而缩小。量化级数增多即样值个数增多，就要求更长的二进制编码。因此，量化噪声随二进制编码的位数增多而减少，即随数字编码信号的速率提高而减少。自然界中的声音非常复杂,波形极其复杂，通常我们采用的是脉冲代码调制编码，即PCM编码。PCM通过抽样、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。

参考文献

 [1] 王立宁，乐光新，詹菲.MATLAB与通信仿真[M].人民邮电出版社，2000

[2] 樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].国防工业出版社，2006

[3] 李环，任波，华宇宁.通信系统仿真设计与应用[M].电子工业出版社，2009

[4] 青松，程岱松，武建华.数字通信系统的matlab仿真与分析[M].北京航空航天大学出版社，2001

[5] 罗卫兵，孙桦，张婕.matlab动态系统分析及通信系统仿真设计[M].西安电                  子科技大学出版社，2001

[6] 曹志刚，钱亚生．现代通信原理［Ｍ］．清华大学出版社，1992

[7] 苗长云．现代通信原理及应用［Ｍ］．电子工业出版社，2005

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段及途径：

Matlab 仿真软件可以实现多层次的通信系统仿真。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。利用matlab 实现脉冲编码调制(PCM)仿真，可以为硬件电路实现提供理论依据。通过仿真展示了PCM编码实现的设计思路及具体过程，并加以进行分析。

初步拟定研究途径如下：

1.用matlab软件产生模拟信号。

2.根据实际情况合理的设计采样频率和抽样脉冲的参数。

3.设计合适的编码并显示出PCM编码的波形。

4.用译码函数对PCM进行译码并显示出来。

5.经过D/A转换显示出原始模拟信号波形。