单路语音数字通信系统设计

目录一总体设计思路 (1)二各单元模块的设计 (2)1．PCM编码模块 (2)①PCM编码的基本原理 (2)②PCM编码的原理框图 (3)2．2FSK调制与解调模块 (4)①2FSK调制与解调的基本原理 (4)②2FSK调制与解调的原理框图 (4)三系统仿真及其波形 (6)1．PCM模块的仿真 (6)2. 2FSK调制与解调模块的仿真 (9)3．单路数字语音通信系统的仿真 (11)四参考文献 (13)五心得体会 (14)一总体设计思路要实现单路数字语音的通信，首先把模拟语音信号通过抽样、量化、编码转变为数字信号，编码后再经过调制，将数字信号转化成模拟信号，在将其解调，则模拟信号解调成数字信号，再让数字信号通过解码转变为模拟信号，该过程即完成了单路数字语音的通信系统。

其原理框图如下所示：语音图1-1 单路数字语音通信系统原理框图在量化时可以采用均匀量化，也可以采用非均匀量化，均匀量化是在抽样信号的取值范围内均匀划分量化等级的量化方法。

它产生的量化噪声也是均匀的，与信号在取样点的幅度无关。

因此，均匀量化会出现话音弱时的信噪比低、干扰大，而话音强时的信噪比高、干扰小的反常情况。

故本次课程设计采用非均匀量化。

非均匀量化的具体办法是压缩、扩张法，即在发送端对抽样信号先进行压缩处理再均匀量化，压缩器特性曲线在小信号时的斜率大，大信号时的斜率小，使抽样信号的小样值部分被充分放大，大样值部分被适当压缩。

被压缩的抽样信号虽然再经过均匀量化，但在接收端，解码后的被压缩量化抽样信号之量化信噪比却得到了均衡，故能在较高的信噪比下，用与压缩器特性正好相反的扩张器恢复被压缩抽样信号的本来面目。

调制与解调有ASK，FSK，PSK和DPSK这四种基本的解调方法。

在这里采用开关法对信号进行调制，用2FSK非相干解调法（包络检波法）。

开关法是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的震荡作为输出。

而对包络检波法，其判决准则是比较两个支路信号的大小，若支路上的信号包络较大，则判为收到“1”，反之则判为“0”。

网络语音通信系统设计与实现随着网络技术的不断创新和发展，网络语音通信已经成为我们日常生活中不可或缺的一部分。

网络语音通信系统通过网络实现人与人之间的通信，为用户提供了跨地域、跨国界的便捷通讯服务。

本文将从网络语音通信系统的设计和实现两个方面对其进行探讨。

一、网络语音通信系统的设计网络语音通信系统的设计需要涉及到多方面的知识技能，其中包括软件开发、网络通信、音频处理等等。

1. 软件开发网络语音通信系统需要基于特定的软件平台进行开发。

目前市面上常见的语音通信软件平台有Skype、Zoom、QQ等。

这些软件平台都提供了开发工具包（SDK），使得开发者可以基于此进行二次开发。

开发者可以根据自己的需求，选择合适的软件平台进行开发。

2. 网络通信网络语音通信系统需要利用网络进行数据传输。

因此，对于网络通信的理解和掌握是必要的。

网络通信技术包括TCP/IP协议、UDP协议、HTTP协议等。

开发者需要根据实际需求选择合适的协议，并掌握其使用方法。

3. 音频处理网络语音通信系统需要对音频进行处理，以达到清晰流畅的通信效果。

音频处理包括音频采集、声音编解码、音频传输等。

开发者需要了解不同音频格式的特点，选择适合自己的编解码算法，并对音频进行合理的传输。

二、网络语音通信系统的实现在网络语音通信系统的实现过程中，需要将设计方案具体化为可运行的程序代码。

实现过程可以分为以下几个步骤。

1. 程序设计程序设计是网络语音通信系统实现的第一步。

在程序设计过程中，需要根据设计方案进行软件功能划分和接口设计，并进行详细的模块设计。

开发者需要根据实际需求，选择合适的编程语言和开发工具。

2. 程序编写程序编写是程序设计完成后的下一步。

开发者需要按照设计方案和程序设计进行编码。

编码过程中需要注意代码规范，以便提高软件的稳定性和可扩展性。

3. 软件测试软件测试是网络语音通信系统实现的关键步骤。

开发者需要对软件进行全面的功能测试、性能测试和安全测试，以发现和解决潜在问题。

设计内容与设计要求一、设计内容：利用SystemView对一个单路语音数字通信系统进行仿真，信道视为理想信道，语音编码方式和调制方式不限。

1、确定一个单路语音通信系统的系统方框图；2、利用SystemView对系统进行仿真。

二、设计要求1、给出系统框图以及仿真电路图，说明各模块参数设置；2、给出语音编码、调制、解调、解码的仿真结果，并对其进行分析；主要设计条件SystemView软件；说明书格式1.课程设计封面；2.任务书；3.说明书目录；4.设计基本原理与系统框图。

5.各单元电路设计；6.系统进行调试结果；7.总结与体会；8.附录；9.参考文献。

进度安排12月22日：下达设计任务书，介绍课题内容与要求；12月23日：查找资料；12月24日—12月27日：设计系统框图、完成仿真电路图的连接；12月28日—31日：设置调试仿真参数，得出仿真结果并进行分析；1月1日—1月5日：编写并打印设计报告；1月6日：答辩。

参考文献1、樊昌信主编，通信原理，国防工业出版社。

2、南利平主编，通信原理简明教程，清华大学出版社。

3、浣喜明，通信原理实验指导书，湖南工程学院。

4、罗卫兵等，SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计，西安电子科技大学出版社。

目录一、设计思路及系统总框图 (1)二、各模块电路设计与仿真 (2)Ⅰ编码与译码 (2)1、基本原理 (2)1）抽样 (3)2）量化 (3)3）编码 (3)2、设计与仿真 (4)Ⅱ调制与解调 (7)1、基本原理 (7)1）调制 (7)2）解调 (8)2、设计与仿真 (9)三、系统总体设计及调试 (12)四、总结与体会 (15)五、附录 (16)六、参考文献 (21)一 设计思路及系统总框图信号可以分为模拟信号和数字信号，根据传输信号的不同，我们将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统，一般来说数字通信系统其有效性和可靠性都强于模拟通信系统，所以现实生活中的模拟信号通常被转换为数字信号以便信号高效可靠的传输。

数字通信系统的设计与优化数字通信系统是指利用数字技术进行信息传输和交换的系统，它包括调制、编解码、信道编码、分组交换、传输等多个组成部分。

在当今数字化信息时代，数字通信系统已经成为人们生活和工作中不可或缺的一部分。

为了实现数字通信系统的高效运行和优化性能，需要对其进行科学合理的设计与优化。

一、系统设计数字通信系统的设计应从硬件和软件两方面进行考虑。

在硬件设计方面，需要根据系统的要求选择合适的通信芯片、传感器、天线等元件，并进行布局和连接；在软件设计方面，需要编写通信协议、数据处理算法等程序，并进行系统集成和优化。

1. 硬件设计硬件设计是数字通信系统中至关重要的一环。

在硬件设计过程中，需要考虑以下几个方面：（1）选择合适的通信芯片：根据系统的需求选择合适的通信芯片，如Wi-Fi模块、蓝牙模块等，并组合成完整的通信系统。

（2）设计合理的传感器：根据系统的监测要求选择适当的传感器，如温湿度传感器、光敏传感器等，并进行准确的布局和连接。

（3）配置合适的天线：选择合适的天线类型和位置，以确保信号传输的稳定和迅速。

2. 软件设计软件设计是数字通信系统中不可或缺的一部分。

在软件设计过程中，需要考虑以下几个方面：（1）编写通信协议：设计并实现系统间通信的协议，确保信息的准确传输和可靠接收。

（2）设计数据处理算法：根据系统传感器采集的数据，编写数据处理算法，对数据进行分析和处理，提炼出有用的信息。

（3）系统集成与优化：将硬件和软件进行整合，对整个系统进行调试和优化，确保系统的高效稳定运行。

二、系统优化系统优化是数字通信系统设计中的重要环节。

通过对系统的各个方面进行优化，可以提高系统的性能和稳定性，进而提升用户体验。

1. 信号质量优化优化信号质量是数字通信系统设计中的关键问题。

通过合理设计天线、优化信道编码和调制解调技术等方法，提高信号的稳定性和传输速率，降低误码率和丢包率，从而提高系统的可靠性和稳定性。

2. 数据处理优化对系统采集的数据进行处理和分析是数字通信系统的核心功能。

学生实验报告系别电子工程系课程名称通信原理实验班级实验名称PCM编解码单路多路实验姓名实验时间学号指导教师报告内容一、实验目的1. 了解PCM编译码的基本工作原理及实现过程。

2. 了解语音信号数字化技术的主要技术指标，学习并掌握相应的测试方法。

3. 初步了解通信专用集成电路的工作原理和使用方法。

二、实验内容1. 信号源实验1) 取样脉冲、定时时钟实验2) 同步测试信号源实验2. PCM单路编码实验1) 极性码编码实验2) 段内电平码编码实验3) 段落码编码实验3. PCM单路译码实验4. PCM多路编译码实验5. 学生常犯的测量错误三、实验原理模拟信号数字化可以用数种方式实现。

脉冲编码调制(PCM)技术在数字通信系统中得到了广泛的应用。

脉冲编码调制系统的原理方框图如图1.1所示。

模拟信号经滤波后频带受到了限制。

限带信号被抽样后形成PAM信号。

PAM信号在时间上是离散化的，但是幅度取值却是连续变化的。

编码器将PAM信号规定为有限种取值，然后把每个取值用二进制码组表示并传送出去。

接收端收到二进制编码信号后经译码还原为PAM信号，再经滤波器恢复为模拟信号。

经理论分析可知，人的语音信号的幅度概率密度为拉普拉斯分布。

这是一种负指数分布，小幅度时概率密度大，而大幅度时概率密度小。

因此，语言编码必须设法提高小信号时的信噪比。

如果既要考虑到语音信号的幅度变化范围约有40一5OdB，又要考虑到在小信号时有足够好的通话质量，则至少需要11位至12位的线性编码。

通常，一路信号的抽样频率为8kHz。

这样，当采用线性编码时传输一路PCM符号约需1OOkbit/s的传信率。

但是非线性编码却可以用7位至8位的编码使通话质量令人满意，而相应的一路PCM信号的传信率为64kbit/s。

因此实用的PCM编译码器都是非线性的。

实验电路由定时部分，编、译码部分，同步测试信号原部分，译码功效四大部分组成。

方框原理图如图1.15所示。

图1.15 PCM编译码实验原理图四、实验步骤准备工作：1、按实验板上所标的电源电压开机，调准所需电压，然后关机；2、把实验板电源连接线接好；示波器探头1：10，严禁1：1。

一种简易的无线通信系统设计摘要：随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理（DSP，Digital Signal Processing）等领域。

本设计是基于单片机控制的短距离无线语音通信系统，具有抗干扰性能强，可靠性高，安全性好，受地理条件限制少，安装灵活等优点，在许多领域有着广泛的应用前景。

本系统采用凌阳SPEC061A单片机的语音功能，借助nRF2401A的无线收发模块，实现简易的双向无线语音传输功能。

关键词：凌阳SPEC061A；nRF2401A；单片机，无线语音传输Abstract:Along with the development of single-chip function integration, and its application field also gradually from the traditional control, expanded to control Processing, data Processing and Digital Signal Processing (DSP, Digital Signal allow), etc. This design is based on single-chip microcomputer control short-range wireless voice communication system, has the strong anti-jamming performance, high reliability, good safety, less influenced by geographic restrictions, installation, flexible, and other advantages in many fields has wide application prospects. The system USES the SPEC061A MCU speech function of sunplus, by nRF2401A wireless transceiver module, achieve simple two-way radio voice transmission function.Keywords:LingYang SPEC061A； RF2401A； Microcontroller；wireless voice transmission目录1.绪论 (3)1.1引言 (3)1.2 内容编排 (4)2.设计任务要求 (5)2.1设计任务 (5)2.2毕业设计要求 (5)3.设计方案介绍 (6)3.1 方案简介 (6)3.2 SPEC061A单片机介绍 (7)3.2.1 资料介绍 (7)3.2.2 结构介绍 (8)3.2.3 小结： (9)3.3 NRF2401无线模块介绍 (10)3.3.1 资料简介 (10)3.3.2 应用电路简介 (12)3.3.3 小结： (12)4.硬件设计与实现 (13)4.1 单片机硬件设计 (13)4.1.1 系统总体框图 (13)4.1.2 系统工作原理 (14)4.1.3 连接结构框图 (15)4.1.4 SPCE061A周围电路模块选择 (16)4.2 nRF2401模块硬件设计 (20)4.2.1 nRF2401A 及其外围电路 (20)4.3小结： (21)5.系统软件设计与实现 (22)5.1 软件总体设计 (22)5.1.1主程序 (22)5.2 子程序设计 (24)5.2.1录音子程序 (24)5.2.2放音子程序 (25)5.3 初始化 (25)5.3.1初始化程序 (26)5.4 数据发送程序 (28)5.5 数据接收程序 (31)5.5其他程序 (32)5.6 系统编程简介 (33)5.6.1 系统软件要求： (33)6.总结 (37)7 致谢 (38)8. 参考文献 (38)9.附录 (39)1.绪论1.1引言通信，也就是人与人之间的信息交流，纵观历史从最初的只有面对面的交流才能达到信息交流的目的发展到现在，我们的通信技术，是古人所不敢想象的，从古到今，我们人类完成了一场漫长的通信革命，打破了传统信息交流的各种约束，不受时空等各种客观因素的限制。

声学通信系统设计与实现声学通信系统是一种利用声波进行信息传输的技术，它在水下通信、水声定位等领域有着广泛的应用。

本文将探讨声学通信系统的设计原理和实现方法。

一、声学通信系统的原理声学通信系统的基本原理是利用声波的传播特性进行信息传输。

声波是一种机械波，可以在介质中传播，其传播速度与介质的性质有关。

声学通信系统利用这一特性，通过发送方将信息转换成声波信号，再由接收方将声波信号转换成可读的信息。

二、声学通信系统的设计要点1. 发送端设计在声学通信系统中，发送端起着关键作用。

发送端需要将要传输的信息转换成声波信号，并将其传播到接收端。

为了确保传输的可靠性和稳定性，发送端的设计需要考虑以下要点：（1）信号转换：发送端需要将要传输的信息转换成声波信号。

常用的方法包括电声转换、光声转换等。

（2）功率控制：发送端需要控制输出功率，以适应不同传输距离和环境条件。

过高的功率可能导致信号失真，过低的功率则会造成信号衰减。

（3）频率选择：发送端需要选择合适的频率范围进行传输。

不同频率的声波在介质中的传播特性不同，选择合适的频率可以提高传输效果。

2. 传输介质选择声学通信系统的传输介质通常是水或空气。

不同介质的声波传播特性不同，因此在设计中需要考虑传输介质的选择。

水具有良好的传导性能，适用于水下通信和水声定位等应用；空气的传导性能较差，适用于陆地通信和远程声控等应用。

3. 接收端设计接收端的设计同样重要，它需要将传输过来的声波信号转换成可读的信息。

接收端的设计要点包括：（1）信号解调：接收端需要对传输过来的声波信号进行解调，将其转换成原始的信息信号。

（2）信号增强：接收端需要对解调后的信号进行增强，以提高信号的质量和可读性。

（3）噪声抑制：在传输过程中，声波信号可能会受到环境噪声的干扰。

接收端需要采取相应的措施，抑制噪声的影响，提高信号的可靠性。

三、声学通信系统的实现方法声学通信系统的实现方法多种多样，下面介绍几种常见的实现方法：1. 脉冲编码调制（PCM）脉冲编码调制是一种常用的声学通信系统实现方法。

语音通信系统施工方案1. 引言语音通信系统是一种用于实现人与人之间的语音沟通的技术系统。

在许多场所，如办公室、会议室、学校等，语音通信系统都起着重要的作用。

本文档提供了一个语音通信系统的施工方案，包括系统的设计、建设和测试。

2. 系统设计2.1 系统组成语音通信系统主要由以下组件组成： - 语音输入设备：包括麦克风、话筒等，用于将语音转换成电信号并输入系统。

- 语音输出设备：包括扬声器、电话等，用于将电信号转换成可听的语音。

- 语音处理单元：负责语音信号的采集、压缩、传输和解压缩等处理过程。

- 控制单元：用于管理系统的运行，包括通话控制、用户管理等功能。

2.2 网络拓扑语音通信系统可以基于多种网络拓扑结构进行构建，常见的拓扑结构包括： -点对点拓扑：适用于小规模的办公室或个人使用，每个终端设备直接连接到语音处理单元。

- 星型拓扑：适用于中等规模的办公室或学校，每个终端设备通过交换机与语音处理单元相连。

- 城域网拓扑：适用于大规模的组织或企业，通过路由器将各个局域网连接起来，实现语音通信系统的覆盖。

3. 施工步骤3.1 系统规划和设计在施工前，需要进行系统规划和设计，包括确定语音通信系统的需求、系统的功能模块、网络拓扑结构等。

此阶段需要与相关部门和用户进行沟通，确保系统能够满足实际的需求。

3.2 设备采购和安装根据规划和设计的结果，采购所需的语音输入设备、输出设备、语音处理单元等。

同时，根据网络拓扑结构，安装设备并进行测试，确保设备之间的连接正常。

3.3 系统集成和配置将采购和安装的设备进行集成，并进行系统配置。

包括设置语音处理单元的参数、配置用户权限等。

同时，进行系统级别的测试，确保系统可以正常运行。

3.4 用户培训和测试在系统集成和配置完成后，进行用户培训，让用户熟悉语音通信系统的使用方法。

同时，进行系统级别和用户级别的测试，发现并修复可能存在的问题。

3.5 系统交付和维护在系统经过测试并满足要求后，将系统交付给用户使用，并提供维护服务。

目录一设计思路及系统总框图 (1)二各模块电路设计与仿真 (2)Ⅰ 编码与译码 (2)1、基本原理 (2)2、设计与仿真 (3)Ⅱ 调制与解调 (6)1、基本原理 (6)2、设计与仿真 (7)三系统总体设计及调试 (9)四总结与体会 (12)一设计思路及系统总框图实际中的语音信号为模拟信号，为实现信号有效高速的传输，首先须将模拟信号转换为数字信号。

实现这一转换的过程称为语音编码。

语音编码分为抽样、量化、编码三个步骤。

这样，把取值连续的模拟信号转换成为了离散的数字基带信号。

实际中大多数通信通道都是带通信道，即频率通带远离f=0的信道。

基带信号只适合在低通型信道中传输。

为了使数字信息在带通信道中传输，须用数字基带信号对载波进行调制，将载有信息的信号频率搬迁到信道的频带之内。

频带调制可以有效地使信号与信道的频谱特性相匹配，使信道噪声的影响减小到最低。

至此，可以实现信号的发送。

经过理想信道的传输，在接受端收到了无损耗的调制信号。

对应于调制，在接收端首先对调制信号进行解调，恢复成原来的基带信号。

得到恢复出来的数字基带信号后，再经过译码，便可将数字信号还原为原始的模拟语音信号。

由此得到的系统框图如图1所示。

图1 系统总框图二 各模块电路设计与仿真Ⅰ 编码与译码 1、基本原理脉冲编码调制PCM 是将模拟信号变换成二进制信号的基本和常用方法。

在脉冲编码调制中，首先对模拟信号最低以奈奎斯特速率进行抽样，然后对抽样值进行量化和编码，从而得到数字信号。

从通信的调制概念看，可以认为PCM 编码过程是用模拟信号调制一个二进制的脉冲序列，载波是脉冲序列，调制改变脉冲序列的有无（为“1”、“0”）的过程。

实质上，脉码调制和A/D 转换时一回事。

PCM 系统的原理方框图如图2所示。

图中模拟信号经抽样后得到了样值序列，样值序列在时间上是离散的，但在幅度上的取值还是连续的，即有无限多种取值。

这样，就必须对样值进一步处理，使它成为在幅度上是有限种取值的离散样值。

摘要本文是关于一个数字语音通信系统的设计与实现，首先介绍数字通信系统的基本原理，然后分别从信源编码、信道编码和数字调制与解调三个方面介绍本系统的设计与实现，最后通过Matlab程序分模块仿真，完成通信系统的实现。

本系统信源编码中脉冲编码调制采用非均匀量化，A律压缩13折线法编码，非均匀量可以得到较高的信噪比并且非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。

信道编码采用循环码，循环码的编码和解码设备都不太复杂，而且纠错的能力较强。

在数字调制中采取了二进制频移键控调制方式，此方法利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息，解调时用了相干解调，方法简便，容易实现。

关键字：信源编码与译码信道编码与译码数字调制与解调1.背景介绍随着数字通信系统的发展，语言通信已成为人们日常生活的一部分，手机，电话和网络语音通信等已经逐渐深入人们的日常生活，通信技术是信息技术中极重要的组成部分。

从广义说，各种信息的传递均可称之为通信。

但由于现代信息的内容极为广泛，因而人们并不把所有信息传递纳入通信的范围。

通常只把语音、文字、数据、图像等信息的传递和传播称为通信。

面向公众的单向通信，如报纸、广播、电视便不包括在内。

但这种单向传播方式，由于通信技术的发展，也在发生变化。

现代通信技术的主要内容及发展方向，是以光纤通信为主体调卫星通信、无线电通信为辅助的宽带化、综合化（有的称数字化）、个人化、智能化的通信网络技术。

本设计基于数字通信系统设计的基本原理，通过信源编码与译码，信道编码与译码以及数字调制与解调等模块的设计以实现语音通信。

2.数字通信系统基本原理2.1图1 数字通信系统的模型2.2信息源它的作用是把各种消息转换为原始电信号，信源分为模拟信源和数字信源。

本文的输入信号采用模拟信源，通过A/D 转换把输入的模拟信号转换为数字信号，模拟信号转化为数字信号包括三个步骤：抽样、量化和编码。

模拟信号首先被抽样。

通常抽样是按照等时间间隔进行的，虽然在理论上并不是必须如此的。