下载文档原格式
实验二十二电话接口及其PCM编译码和时分复用实验一、实验目的1、全面了解用户线接口电路功能（BORST）的作用及其实现方法。
2、通过对PBL38710电路的学习与实验，进一步加深对BORST功能的理解。
3、了解二/四线变换电路的工作原理。
二、实验内容1、观察语音信号波形。
2、二/四线变换实验。
3、对两路语音信号进行PCM编码，观察编码波形。
4、对两路语音信号进行PCM编码，然后将编码后的信号进行译码，聆听通话效果。
5、对两路语音信号进行PCM编码，然后进行时分复用，解复用，PCM译码，观察复用后的信号与解复用的信号，并将其与复用前的编码信号比较。
6、对时分复用后的信号进行信道模拟，观察其对话音质量的影响。
三、实验仪器1、模拟信号数字化模块2、时分复用模块3、信道模拟模块4、电话接口及计算机数据通信模块5、电话单机二部6、20M双踪示波器一台7、连接线若干四、实验原理1、用户接口电路的作用在现代电话通信设备与程控交换机中，由于交换网络不能通过铃流、馈电等电流，因而将过去在公用设备（如绳路）实现的一些用户功能放到“用户电路”来完成。
用户电路也可称为用户线接口电路（Subscriber Line Interface Circuit—SLIC）。
任何交换机都具有用户线接口电路。
模拟用户线接口电路在实现上的最大压力是应能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器（或混合线圈）、继电器等分立元件构成，随着微电子技术的发展，近十年来在国际上陆续开发多种模拟SLIC，它们或是采用半导体集成工艺或是采用薄膜、厚膜混合工艺，并已实用化。
在实际中，基于实现和应用上的考虑，通常将BORSCHT 功能中过压保护由外接元器件完成，编解码器部分另单成一体，集成为编解码器（CODEC），其余功能由所谓集成模拟SLIC完成。
在布控交换机中，向用户馈电，向用户振铃等功能都是在绳路中实现的，馈电电压一般是-48V，用户的馈电电流一般是20mA～30mA，铃流是25Hz左右，而在程控交换机中，由于交换网络处理的是数字信息，无法向用户馈电、振铃等，所以向用户馈电、振铃等任务就由用户线接口电路来承担完成，再加上其它一些要求，程控交换机中的用户线接口电路一般要具有B（馈电）、O（过压保护）、R（振铃）、S（监视）、C（编译码）、H（混合）、T（测试）七项功能。
通信原理课程设计学院: 信息科学与工程学院班级: 通信0903姓名:学号:指导老师：课程设计任务书课程设计题目：基于Sysyemview的PCM时分复用多路系统设计课程设计内容与要求：（1）基于Systemview软件实现；（2）实现单路话音信号的抽样、压缩、均匀量化与编码得到PCM 信号；（3）实现多路PCM信号的时分复用；（4）实现接收端的分接与译码；（5）考虑实现位同步电路；（6）观察输出信号的眼图，得出误码率-信噪比曲线；（7）分别选择不同特性信道时考察误码率-信噪比曲线。
1 .PCM实验原理脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的基本方法之一，它通过抽样、量化和编码，把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号，然后在信道中进行传输。
接收机将收到的数字信号经再生、译码、平滑后恢复出原始的模拟信号。
PCM系统的组成如图1-1所示。
话音信号先经过防混叠低通滤波器，得到限带信号（300Hz～3400Hz），进行脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽样信号（即离散的脉冲调幅PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码，转换成二进制码。
2 .时分复用原理时分复用就是将抽样周期分成若干个时隙，各路信号的抽样值编码按一定的顺序占用某一时隙，用一个信道传输多路数字信号，既一个物理信道分为多个逻辑信道。
在现代交换机之间往往采用数字中继传输方式，将多路信号复接为一个基群，如我国采用的E制：基群传输数率为2048Kb/s。
时分复用设备主要由复接器和分接器组成，示意图见图6，其中复接器完成时分复用功能，复接器完成解时分复用功能。
基于Systemview软件实现的一种设计时分复用实现3．仿真结果通过输入输出的时域观测窗口，我们得到仿真结果（见图11），经过PCM编码后时分复用传输再经过解时分复用PCM译码后的信号与原始语音信号对比，波形失真小，但是有一定的延迟。
pcm编码时分复用课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PCM编码的基本原理，掌握其采样、量化和编码的过程。
2. 学生能了解时分复用的概念，掌握其在通信系统中的应用。
3. 学生能运用所学知识分析PCM编码时分复用在实际通信系统中的作用。
技能目标：1. 学生能运用PCM编码方法对模拟信号进行数字化处理。
2. 学生能通过时分复用技术实现多路信号的传输与解复用。
3. 学生能运用相关软件或工具进行PCM编码时分复用的模拟与测试。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对通信技术的兴趣，提高对信息科学领域的认识。
2. 学生培养团队协作意识，提高沟通与表达能力。
3. 学生认识到通信技术在现代社会中的重要性，增强社会责任感。
课程性质：本课程为电子信息类学科的基础课程，旨在帮助学生掌握PCM编码和时分复用技术的基本原理和应用。
学生特点：学生为高中二年级学生，具备一定的物理和数学基础，对通信技术有一定了解。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的动手能力和实际问题解决能力。
通过课程学习，使学生能够将所学知识应用于实际通信系统，为后续相关课程打下坚实基础。
教学过程中，注重激发学生的学习兴趣，培养其科学精神和创新意识。
二、教学内容1. PCM编码原理- 采样定理与信号重建- 量化原理与量化误差- 编码方法及其在通信系统中的应用2. 时分复用技术- 时分复用的基本概念- 多路信号时分复用的实现方法- 时分复用在通信系统中的应用案例分析3. PCM编码与时分复用的结合- PCM编码在时分复用中的应用原理- PCM时分复用系统的构建与性能分析- PCM时分复用在现代通信系统中的实例教学大纲：第一周：PCM编码原理学习，包括采样定理、量化原理和编码方法。
第二周：时分复用技术学习，重点掌握时分复用的基本概念和实现方法。
第三周：结合教材案例分析，深入理解PCM编码与时分复用的结合。
第四周：实践操作，运用软件或工具进行PCM编码时分复用的模拟与测试。
实验2 脉冲编码调制PCM与时分复用实验—、实验目的1.加深对PCM编码过程的理解;2.熟悉PCM编、译码专用集成芯片的功能和使用方法;3.了解PCM系统的工作过程;4.掌握时分多路复用的工作过程;用同步正弦波信号观察A律PCM八比特编码的实验。
二、实验仪器1.HD8621D实验箱1台2.20M双踪示波器1台3.铆孔线5根三、实验电路工作原理(一PCM基本工作原理脉冲调制就是把一个的模拟信号变换成的数字信号后在信道中传输。
脉冲编码调制就是对模拟信号的过程。
所谓抽样,就是在抽样脉冲来到的时刻提取对模拟信号在,抽样把时间上的信号变成时间上的信号。
所谓量化,就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度,即用一组规定的电平,把瞬时抽样值用来表示。
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。
话音信号先经滤波器,进行脉冲抽样,变成的抽样信号,然后将幅度连续的PAM 信号用“四舍五入”办法量化为的信号,再经编码后转换成。
对于语音电话通信,CCITT规定抽样率为8KHz,每抽样值编位码,即共有个量化值,因而每话路PCM 编码后的标准数码率是 b/s。
为解决均匀量化时小信号量化误差大、音质差的问题,在实际中采用量化方法,即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小,而在大信号时分层疏、量化间隔大。
(二 PCM编译码电路【PCM编译码电路TP3067芯片】1.根据图4-4和图4-5说明单路PCM编译码器的工作原理答:计时,可以实现对编译码器的降功耗控制。
图4-5是短帧同步定时波形图。
四、实验内容1.用同步正弦波信号观察A律PCM八比特编码的实验;2.脉冲编码调制(PCM及系统实验;3.PCM八比特编码时分复用输出波形观察测量实验;4.PCM编码时分多路复用时序分析实验。
五、实验步骤及注意事项本PCM编译码系统分为PCM(一、PCM(二两个分系统(见图4-9、图4-10电原理图。
芯片U501及外围电路构成PCM(一,芯片U502及外围电路构成PCM(二。
通信原理实验PCM编译码与时分复用目录一、实验目的二、实验原理三、实验设备四、实验过程五、实验总结2一、实验目的验证PCM编译码原理了解时分复用数字电话原理掌握PCM基群信号的形成过程及分接过程，了解多路PCM编码信号的复用和去复用的过程学习语音信号PCM编译码系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法34二、实验原理（1）m (t ) PCM 信号信号（线性或非线性）抽样量化编码001010011000PCM 编码过程示意图时间离散化幅度离散化幅值数字化PCM ：Pulse Code Modulation 脉冲编码调制5二、实验原理（2）2020/3/16时分复用原理示意图时分复用是将传输时间划分为若干个互不重叠的时隙，互相独立的多路信号分别占用各自的时隙，合路成为一个复用信号，在同一信道中传输。
F A B …………PCM基群信号32时隙F BA6二、实验原理（3）2020/3/16低通滤波器PCM 编 码器复接器低通滤波器PCM 译 码器分接器混合电路广义信道PCM 复用过程：把若干路相互独立的数字电话信号通过复接器复合成一个标准的数据流，再送入传输信道中传输。
PCM 解复用过程：是复用过程的逆过程。
将经过传输的复用信号数据流，通过分接器把各路信号从复用信号中提取出来，恢复原始信号。
三、实验设备通信原理教学实验箱示波器低频信号发生器失真度测量仪4096KHz 晶 振分频器1分频器2 帧同步信号产生器正弦信号源AS1S2S3S4PCM 编译码器A复接器抽样信号产生电路PCM 编译码器B PCMPCM-ASRBSRAPCM-B256KHzS3S2S18KHz 2048KHz CLKSLA(SL2)SLBSTA-INK5SLASLB⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫SL7SL5SL2、SL1、SL0、K8正弦信号源BSTB-INSTB K6STA-SSTA STB-S 四、实验过程：电路原理框图四、实验过程（1）原始语音信号波形观察通过低频信号发生器产生两路正弦信号注意：信号幅度：小于5V p-p；频率：300-3400Hz4096KHz 晶 振分频器1分频器2 帧同步信号产生器正弦信号源AS1S2S3S4PCM 编译码器A复接器抽样信号产生电路PCM 编译码器B PCMPCM-ASRBSRAPCM-B256KHzS3S2S18KHz 2048KHz CLKSLA(SL2)SLBSTA-INK5SLASLB⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫SL7SL5SL2、SL1、SL0、K8正弦信号源BSTB-INSTB K6STA-SSTA STB-S 四、实验过程（2）：PCM 信号观察四、实验过程（2）PCM 信号观察示波器CH1接SL0时隙；CH2接PCM 信号，观察时隙信号和对应的PCM 信号SL0的宽度为1个时隙宽度，对应8位帧同步码比特。
通信原理课程设计学院: 信息科学与工程学院班级: 通信11级姓名:学号:指导老师：济南大学2013年 12月 25 日通信原理课程设计一、设计目的通过通信原理实验箱或者Systemview软件仿真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。
二、设计内容基于Systemview的PCM时分复用多路系统设计要求：（1）基于Systemview软件实现；（2）实现单路话音信号的抽样、压缩、均匀量化与编码得到PCM信号；（3）实现多路PCM信号的时分复用；（4）实现接收端的分接与译码；（5）考虑实现位同步电路；（6）观察输出信号的眼图，得出误码率-信噪比曲线；（7）分别选择不同特性信道时考察误码率-信噪比曲线。
三、设计内容1、SystemView是一种电子仿真工具。
它是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计和仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理，滤波器设计，直到复杂的通信系统等不同层次的设计，仿真要求。
此外SystemView具有良好的交互界面，简单易学，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。
本文主要阐述了如何利用SystemView设计PCM时分复用多路系统。
通过仿真设计电路，分析电路仿真结果，为最终硬件实现提供理论依据。
此外该软件支持外部数据的输入和输出，支持用户自己编写代码(C/C＋＋)，兼容Matlab软件。
同时，提供了与硬件设计工具的接口，给使用者提供了很大的便利。
2、PCM 脉冲编码调制是Pulse Code Modulation的缩写，是数字通信的编码方式之一。
模拟信号数字化必须经过三个过程，即抽样、量化和编码，PCM 编码的主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间根据抽样定理进行抽样,使其离散化,同时将抽样值按四舍五入取整量化,同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值，以实现由模拟向数字的转换。
通信原理课程设计学院: 信息学院班级: 通信0902 姓名: 范浩学号: 20091221060指导老师：魏长智济南大学2011年12月30日课程设计任务书课程设计题目：基于Systemview的PCM时分复用多路系统设计课程设计内容与要求：（1）基于Systemview软件实现；（2）实现单路话音信号的抽样、压缩、均匀量化与编码得到PCM信号；（3）实现多路PCM信号的时分复用；（4）实现接收端的分接与译码；（5）考虑实现位同步电路；（6）观察输出信号的眼图，得出误码率-信噪比曲线；（7）分别选择不同特性信道时考察误码率-信噪比曲线。
第1章绪论1.1 研究背景SystemView是一种电子仿真工具。
它是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计和仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理，滤波器设计，直到复杂的通信系统等不同层次的设计，仿真要求。
此外SystemView具有良好的交互界面，简单易学，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。
本文主要阐述了如何利用S ystemView 设计PCM时分复用多路系统。
通过仿真设计电路，分析电路仿真结果，为最终硬件实现提供理论依据。
此外该软件支持外部数据的输入和输出，支持用户自己编写代码(C/C＋＋)，兼容Matlab软件。
同时，提供了与硬件设计工具的接口，给使用者提供了很大的便利。
1.2 PCM 简介PCM脉冲编码调制是Pulse Code Modulation的缩写，是数字通信的编码方式之一。
模拟信号数字化必须经过三个过程，即抽样、量化和编码，PCM编码的主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间根据抽样定理进行抽样,使其离散化,同时将抽样值按四舍五入取整量化,同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值，以实现由模拟向数字的转换。
1. 抽样(Samping)，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，抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理。
作者: 学号：系：专业:题目: 基于System View的语音通信系统仿真分析指导者：(姓名) (专业技术职务)评阅者：(姓名) (专业技术职务)毕业设计说明书（论文）中文摘要毕业设计说明书（论文）外文摘要目次1 引言 01.1 课程设计的背景介绍 01.2 PCM、DPCM及DM三种编码方式的发展与应用 (1)1.3 本课题研究的目的和意义 (3)1.4 本课题的主要内容及框架 (4)2 PCM、DPCM及DM调制系统的基本原理 (5)2.1 抽样定理 (5)2.2 抽样信号的量化 (6)2.3 PCM调制解调原理 (9)2.4 DPCM调制解调原理 (11)2.5 DM调制解调原理 (12)2.6 三种调制方式的误码性能及比较 (13)3 软件介绍与系统电路设计 (17)3.1 System View软件的介绍 (16)3.2 PCM系统仿真电路设计.............................. 错误！未定义书签。
3.3 DPCM系统仿真电路设计 (20)3.4 DM系统仿真电路设计............................... 错误！未定义书签。
4 三种通信系统仿真分析 (26)4.1 PCM系统的分析 (25)4.2 DPCM系统的分析 (27)4.3 DM系统的分析 (28)4.4 三种语音通信系统仿真分析比较 (30)结论 (32)致谢 (33)参考文献 (33)附录 (34)1 引言随着科技的不断发展，信息和通信对现代社会的发展至关重要。
我们在现实生活中所看到的图画，所听到的语音等等，他们大多是情况下是以模拟信号的形式出现的，而我们用的计算机、手机等一些电子产品他们读取的信号多是数字形式的，那么我们如何把这个模拟信号转换成数字信号就显得至关重要了。
现代通信技术的发展其实也是向着这个方向的，模拟信号的数字化传输就是实现的主要方式。
而以PCM、DPCM、DM为典型的编码调制技术由于他们良好的抗干扰、较小的失真等优点则被广泛的应用于模拟信号的数字化传输中[1]。
实验十三时分多路复用PCM实验【实验内容】1．脉冲编码调制（PCM）及系统实验2．PCM编码时分多路复用时序分析实验【实验目的】1．加深对PCM编码过程的理解。
2．掌握时分多路复用的工作过程。
3．了解PCM系统的工作过程。
【实验环境】1．分组实验：两人一组或单人2．设备：通信实验箱，数字存储示波器【实验原理】1.PCM基本工作原理脉冲编码调制（PCM）是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号后在信道中传输。
脉冲编码调制包括三个步骤，对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化、编码的过程。
抽样：要使模拟信号数字化并实现时分多路复用，首先要在时间上对模拟信号进行离散化处理，这一过程叫抽样。
所谓抽样就是每隔一定的时间间隔T，抽取话音信号的一个瞬时幅度值(抽样值)，抽样后所得出的一系列在时间上离散的抽样值称为样值序列。
抽样后的样值序列在时间上是离散的，可进行时分多路复用，也可将各个抽样值经过量化、编码变换成二进制数字信号。
量化：抽样把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号，但脉冲的幅度仍然是模拟的，还必须进行离散化处理，才能最终用数码来表示。
这就要对幅值进行舍零取整的处理，这个过程称为量化。
量化有均匀量化和非均匀量化。
采用均匀间隔量化级进行量化的方法称为均匀量化或线性量化，这种量化方式会造成大信号时信噪比有余而小信号时信噪比不足的缺点。
如果使小信号时量化级间宽度小些，而大信号时量化级间宽度大些，就可以使小信号时和大信号时的信噪比趋于一致。
这种非均匀量化级的安排称为非均匀量化或非线性量化。
目前国际上普遍采用容易实现的A律13折线压扩特性和μ律15折线的压扩特性。
我国规定采用A律13折线压扩特性。
采用13折线压扩特性后小信号时量化信噪比的改善量可达24dB，而这是靠牺牲大信号量化信噪比(亏损12dB)换来的。
A律和μ律的压扩特性如下图所示:编码：抽样、量化后的信号还不是数字信号，需要把它转换成数字编码脉冲，这一过程称为编码。
摘要Systemview是一个完整的动态系统设计、分析和仿真的可视化开发环境。
它是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计和仿真，是一个强有力的动态系统分析工具，能满足从数字信号处理，滤波器设计，直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求，也是分析处理信号的一个工具。
Systemview是基于windows环境的应用软件，它对硬件的性能要求适中，在CPU 为486/66，16M以上内存的普通PC机上就能运行，应用起来很方便，。
因此，这次课程设计就利用Systemview软件来进行仿真。
在本次课程设计中，通过利用Systemview软件对信号采样和恢复进行的设计及仿真，我不仅加深了对Systemview软件的认识和了解，更加深了对信号采样与恢复原理的了解，而且还懂得了如何利用软件对信号进行分析和仿真，体会了软件仿真的基本过程，从而提高了理论水平和动手能力。
关键词：Systemview仿真，信号的采样，信号的恢复AbstractThe Systemview software is a video environment that is a perfect system for design,analyse and simulation.It is a signal simulation software and is a analysis tool of powerful system and process the signal.So the systemview software is mainly used in the design and simulation for circuit and telecommunication system as well as can saticify the need of Digital Signal Processing,the Filter Design and the complex telecommunication system.The systemview is based on the application software of windows,which calls for the fixed function of hardware and is easy to use on the personnal computer that owns 486/66 CPU and 16 M memory.Thus, this paper design is simulated by systemview sofeware.With the systemview’s design and simulation in this paper design,I am aware of the systemview software and know much more the contents to signal than before,master how to analyse and simulate the signal by systemview,and realize the process of sofeware simulation.So my theory level and the capability of application have improved.Keywords:Systemview simulation,The sampling of signal, The recovery of signal一、绪论1.1Systemview仿真概述Systemview是一个完整的动态系统设计、分析和仿真的可视化开发环境。
基于system view的PCM时分复用系统的设计与制作前言在通信原理的学习过程中，借助于System View软件，可以形象、直观、方便地进行通信系统仿真设计与仿真分析。
引入System View仿真实现PCM通信系统，将带来直观、形象的感受。
加深对通信系统的理解。
System View主要用于电路与通信系统的设计和仿真。
具有良好的交互的界面，通过打开其分析窗口和示波器模拟等方法，为用户提供了一个可视化具体的的仿真过程，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图示和专业库图示。
可以快速、有效的建立和修改系统、进行访问与参数的调整，方便地加入注释。
用户在进行通信系统的设计时，仅仅只需要从System view配置的图示库中调出有关图示并进行所要求的参数设置，完成图示间的各项连线，然后运行仿真操作，System View最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析的详细结果。
System View被广泛的应用在通信的设计与仿真中，通过相应的设计与仿真将展示PCM通信系统实现的设计思路及具体过程，并对仿真结果加以进行分析。
1 PCM通信系统PCM通信系统包括对信号的抽样、PCM编码（包括量化、非均匀量化编码）、调制、通道编码以及通过传输后在接收端进行的信道译码、解调、译码。
PCM，中文名称为脉码调制,60年代它就开始应用在市内电话网来扩充信道的容量，它的应用使已有音频电缆的大部分芯线的信道传输容量扩大了二十四至四十八倍。
它由A.里弗斯在1937年时提出的，它为数字通信奠定了坚实的基础，到70年代的中、末期，世界各个国家相继把脉码调制成功地应用于卫星通信、同轴电缆通信和光纤通信等中、大容量传输系统。
到80年代初，脉码调制已用于大容量干线传输和市话中继传输以及数字程控交换机，并在用户话机中采用此种技术。
PCM通信系统的主要优点有：传输性能比较稳定、远距离信号再生中继时噪声不会出现累积、抗干扰性能力强，而且还可以使用保密编码、纠错编码和压缩编码等来提高系统的可靠性、保密性、有效性等。
实验五两路PCM时分复⽤实验实验⼆⼗两路PCM 时分复⽤实验⼀、实验⽬的1、掌握时分复⽤的概念。
2、了解时分复⽤的构成及⼯作原理。
3、了解时分复⽤的优点与缺点。
4、了解时分复⽤在整个通信系统中的作⽤。
⼆、实验内容对两路模拟信号进⾏PCM 编码，然后进⾏复⽤，观察复⽤后的信号。
三、实验器材1、信号源模块⼀块2、②号模块⼀块3、⑧号模块⼀块4、20M 双踪⽰波器⼀台5、连接线若⼲6、⽿麦⼀副四、实验原理在数字通信中，PCM、ΔM、ADPCM 或者其它模拟信号的数字化，⼀般都采⽤时分复⽤⽅式来提⾼信道的传输效率。
所谓复⽤就是多路信号（语⾳、数据或图像信号）利⽤同⼀个信道进⾏独⽴的传输。
如利⽤同⼀根同轴电缆传输1920 路电话，且各路电话之间的传递是相互独⽴的，互不⼲扰。
时分复⽤（TDM）的主要特点是利⽤不同时隙来传递各路不同信号，时分复⽤是建⽴在抽样定理基础上的，因为抽样定理是连续（模拟）的基带信号有可能在被时间上离散出现的抽样脉冲所代替。
这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙。
利⽤这些空隙便可以传输其他信号的抽样值，因此，就可能⽤⼀条信道同时传送若⼲个基带信号,并且每⼀个抽样值占⽤的时间越短，能够传输的路数也就越多。
TDM与FDM（频分复⽤）原理的差别在于：TDM 在时域上是各路信号分割开来的；但在频域上是各路信号混叠在⼀起的。
FDM 在频域上是各路信号分割开来的；但在时域上是混叠在⼀起的。
TDM 的⽅法有两个突出的优点：（1）多路信号的汇合与分路都是数字电路，⽐FDM的模拟滤波器分路简单、可靠。
（2）信道的⾮线性会在FDM系统中产⽣交调失真与⾼次谐波，引起路际串话，因此，对信道的⾮线性失真要求很⾼；⽽TDM 系统的⾮线性失真要求可降低。
然⽽，TDM 对信道中时钟相位抖动及接收端与发送端的时钟同步问题则提出了较⾼要求。
所谓同步是指接收端能正确地从数据流中识别各路序号。
为此，必须在每帧内加上标志信号（称为帧同步信号）。
摘要数字通信系统是采用数字信号来传递信息的通信系统，数字通信过程中主要涉及信源编码与译码、信道编码与译码、数字调制与解调等技术问题。
而脉冲编码调制就是一种常用的信源编码方法，将模拟信号抽样、量化，直到转换成为二进制符号的基本过程。
为了扩大通信系统链路的容量，在一条链路上传输多路独立的信号，为此引入了一种复用技术来实现多路信号共同传输的目的。
而在本系统设计中，所运用的复用技术是时分复用，同时基于现场可编程门阵列器件作为主控芯片，在Quartus II软件中使用硬件描述语言Verilog HDL编写PCM编译码和时分复用模块的程序，再对其进行波形仿真以验证程序的正确性，从而设计出语音信号的PCM编码与译码、时分复用的过程。
本设计中，将两路语音信号通过外围硬件电路模块送至FPGA中进行PCM编码、译码处理，最后通过后级外围电路实现语音信号的重现。
关键词：语音脉冲编码调制时分复用FPGADesign of Two-way V oice PCM Systemby Time Division MultiplexingABSTRACT A digital communication system is a communication system that transmit information by using digital signal, and digital communication mainly relates to the source coding and decoding, channel coding and decoding, digital modulation and demodulation technology. Pulse code modulation is a common source coding, and it is that the analog signal sampling ,quantization ,until the transformation become the basic process of binary symbols. In order to expand the capacity of communication link system ,a transmission of multiple independent signal on a link, therefore introduction of a division multiplexing technology to achieve the purpose of multiplexing.In this system design, we use a time division multiplexing technology, and based on the Field Programmable Gate Array, using Verilog HDL hardware description language to write PCM encoding and decoding and time division multiplexing module in Quartus II, then Waveform simulation to verify the correctness of the program, thus design a voice signal process of PCM encoding and decoding, time division multiplexing. In this system design, The two-way voice signal through the peripheral hardware circuit module is sent to the FPGA for PCM encoding and decoding, finally to achieve reproducible speech signal through the peripheral circuit. Key Words：V oice Pulse code modulation Time division multiplexing FPGA目录摘要 (I)ABSTRACT........................................................... I I 目录1 引言 (1)1.1 选题背景与意义 (1)1.2 QuartusⅡ软件 (2)1.3 FPGA的介绍 (3)1.4 本文内容简介 (4)1.5 实施过程简介 (4)1.6 设计结果简介 (4)2 基本原理介绍 (5)2.1 模拟信号的数字化 (5)2.1.1 采样定理 (5)2.1.2 量化原理 (5)2.1.3 A律13折线 (5)2.2 脉冲编码调制 (7)2.3 时分复用技术 (9)2.4 PCM一次群帧结构 (10)3 系统设计介绍 (11)3.1 总体框图 (11)3.2 外围硬件电路的介绍 (12)3.2.1 拾音电路 (12)3.2.2 仪用放大器 (12)3.2.3 带通滤波器 (13)3.2.4 抬升电路 (13)3.2.5 A/D转换电路 (14)3.2.6 D/A转换电路 (14)3.2.7 功率放大器 (15)3.3 基于FPGA的模块设计 (16)3.3.1 系统时钟的设计 (16)3.3.2 前端模块设计 (16)3.3.3 后级模块设计 (18)3.3.4 同步时钟的提取 (20)3.3.5 整体FPGA系统原理框图 (20)4 设计的结果 (21)致谢 (22)参考文献 (22)附录 (23)1 系统实物图 (23)2 FPGA中主要模块程序 (24)1 引言1.1 选题背景与意义在当今信息化极其高度的社会，信息和通信已经与现代社会的发展密不可分。
通信原理课程设计基于Systemview的PCM时分复用多路系统设计课程设计题目：基于Systemview的PCM时分复用多路系统设计课程设计容与要求：〔1〕基于Systemview软件实现；〔2〕实现单路话音信号的抽样、压缩、均匀量化与编码得到PCM信号；〔3〕实现多路PCM信号的时分复用；〔4〕实现接收端的分接与译码；〔5〕考虑实现位同步电路；〔6〕观察输出信号的眼图，得出误码率-信噪比曲线；〔7〕分别选择不同特性信道时考察误码率-信噪比曲线。
一、设计目的通过通信原理实验箱或者Systemview软件仿真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根底。
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，了解通信系统的新开展。
二．设计原理1 .PCM实验原理脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的根本方法之一，它通过抽样、量化和编码，把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号，然后在信道中进展传输。
接收机将收到的数字信号经再生、译码、平滑后恢复出原始的模拟信号。
PCM系统的组成如图1-1所示。
话音信号先经过防混叠低通滤波器，得到限带信号〔300Hz～3400Hz〕，进展脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽样信号〔即离散的脉冲调幅PAM信号〕，然后将幅度连续的PAM 信号用“四舍五入〞方法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码，转换成二进制码。
(a) 抽样所谓抽样，就是对模拟信号进展周期性扫描，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。
(b) 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。
模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。
实验3PCM编译码及时分复用系统班级：通信162姓名：李浩坤学号：163977一、实验目的1.理解PCM编译码原理及PCM编译码性能；2.熟悉PCM编译码专用集成芯片的功能和使用方法及各种时钟间的关系；3.熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法。
4.掌握时分多路复用的概念；5.了解本实验中时分复用的组成结构；二、实验仪器1.RZ9681实验平台2.实验模块：∙主控模块∙基带数据产生与码型变换-A2∙信源编码与复用模块-A3∙信源译码与解复用模块-A63.100M双通道示波器4.信号连接线5.PC机（二次开发）三、预习实验1.预习实验，简述PCM编译码工作原理；量化后的信号是取值离散的数字信号,下一步是将这个数字信号编码。
通常把从模拟信号抽样、量化，编码变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制。
在13折线法中，无论输入信号是正是负，均用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，使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2-2所示，段内码与16个量化级之间的关系见表2-3。
上述编码方法是把压缩、量化和编码合为一体的方法。
表3-2段落码表3-3段内码段落序号段落码量化级段内码8111151111 1411107110131101 1211006101111011 101010510091001 81000401170111 60110301050101 40100200130011 20010100010001 000002.简述数字复接解复接技术数字复接的方法主要有按位复接、按字复接和按帧复接三种；按照复接时各路信号时钟的情况，复接方式可分为同步复接、异步复接与准同步复接三种。
基于system view的PCM时分复用系统的设计与制作前言在通信原理的学习过程中，借助于System View软件，可以形象、直观、方便地进行通信系统仿真设计与仿真分析。
引入System View仿真实现PCM通信系统，将带来直观、形象的感受。
加深对通信系统的理解。
System View主要用于电路与通信系统的设计和仿真。
具有良好的交互的界面，通过打开其分析窗口和示波器模拟等方法，为用户提供了一个可视化具体的的仿真过程，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图示和专业库图示。
可以快速、有效的建立和修改系统、进行访问与参数的调整，方便地加入注释。
用户在进行通信系统的设计时，仅仅只需要从System view配置的图示库中调出有关图示并进行所要求的参数设置，完成图示间的各项连线，然后运行仿真操作，System View最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的仿真分析的详细结果。
System View被广泛的应用在通信的设计与仿真中，通过相应的设计与仿真将展示PCM通信系统实现的设计思路及具体过程，并对仿真结果加以进行分析。
1 PCM通信系统PCM通信系统包括对信号的抽样、PCM编码（包括量化、非均匀量化编码）、调制、通道编码以及通过传输后在接收端进行的信道译码、解调、译码。
PCM，中文名称为脉码调制,60年代它就开始应用在市内电话网来扩充信道的容量，它的应用使已有音频电缆的大部分芯线的信道传输容量扩大了二十四至四十八倍。
它由A.里弗斯在1937年时提出的，它为数字通信奠定了坚实的基础，到70年代的中、末期，世界各个国家相继把脉码调制成功地应用于卫星通信、同轴电缆通信和光纤通信等中、大容量传输系统。
到80年代初，脉码调制已用于大容量干线传输和市话中继传输以及数字程控交换机，并在用户话机中采用此种技术。
PCM通信系统的主要优点有：传输性能比较稳定、远距离信号再生中继时噪声不会出现累积、抗干扰性能力强，而且还可以使用保密编码、纠错编码和压缩编码等来提高系统的可靠性、保密性、有效性等。
1.1 PCM的时分复用相对于模拟通信来说，要实现数字通信必须要有同步技术或称为定时，它包括时钟同步(也称位同步)和帧同步，这是数字通信系统的一个重要特征。
PCM的时分复用包括帧同步和位同步两个模块实现。
位同步是为了达到收、发端频率同频、同相，在设计传输码型时，一般要考虑传输的码型中应含有发送端的时钟频率成分。
这样，接收端从接收到的经过复用的码元信号中提取出发端时钟频率来进而得到同频、同相的收端时钟，就可以做到位同步；位同步是最基本的同步，是实现帧同步的前提，位同步的基本含义是收、发两端的时钟频率必须同频、同相，这样接收端才能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。
帧同步是为了保证收、发对应的话路在时间上保持一致，这样接收端就能正确接收发送端送来的每一个话路信号，当然这必须是在位同步的前提下实现。
为了建立收、发系统的帧同步，需要在每一帧(或几帧)中的固定位置插入具有特定码型的帧同步码。
这样，只要收端能正确识别出这些帧同步码，就能正确辨别出每一帧的首尾，从而能正确区分出发端送来的各路信号。
时分复用是建立在抽样定理基础上的。
这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙，利用这种空隙便可以传输其他信号的抽样值。
因此，这就有可能沿一条通道同时传送若干个基带信号。
时分复用技术，它可以在同一个通道上传输多路信号。
定义是将不同的信号相互交织在不同的时间段内，沿着同一个信号传输；在接收端再运用相对应的某种方法，将各个时间段内的信号提取出来还原成原始信号的通信技术。
这种技术的抽样定理使连续(模拟)的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲值所代替。
时分复用是无论帧或时隙都是互不重叠的情况下，把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，然后根据一定的时隙分配原则，使各个发信端在每帧内只能按指定的时隙向收信设备发送信号，如果能够达到位同步和帧同步。
收信端可以分别在各时隙中接收到各发信端发送的信号而不会受到其他信息的干扰。
同时，发信端发向多个收信端的信号都按一定的顺序安排。
在彼此约定好的时间间隙来传输信息，各收信端只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号中把发给它的信号区分出来.。
1.2 PCM的E1标准E1标准就是利用时分复用技术将许多路的PCM信号装成时分复用帧后，再送往信道上一帧接一帧地传输。
E1标准在南美、中国、欧洲国家使用。
E1标准规定每125μs为一个时间片，每个时间片分为32个通道或时隙），每个时隙的容量为8bit。
通道0只用于同步，通道16仅仅用于信道信令，其他30个通道用于传输30路PCM语音数据。
E1的数据率表示为：(32×8bit)/125μs=2.048Mb/s 如果对E1进一步复用，还可构成E2到E5等高层次群。
E5可承载7680个话路，数据传输速率可达到约为565Mb/s。
此速率是相当快的了。
1.3 PCM的特点PCM可以面向向用户提供多种多样的业务，不仅可以提供从2M到155M速率的数字数据专线业务，还可以提供远程教学、图像传送、话音等其他业务。
它尤其适用于对数据传输速率要求较高，需要更高带宽的用户使用。
PCM线路的特点有：●PCM线路可以提供很高的带宽，满足用户的大数据量的传输。
●通过SDH设备进行网络传输，线路协议十分简单。
●支持从 2M开始的各种速率,最高可达155M的速率。
●界面非常丰富便于用户连接内部的网络。
●可以承载更多的数据传输业务。
●线路使用费用相对便宜，能够提供较大的带宽1.4 PCM的仿真实现软件System view是一种通信领域的可视化软件工具，由美国ELANIX公司推出。
System view是基于windows环境下运行的用于系统仿真分析的软件，它使用的是功能模块来描述程序。
用户通过利用System view，可以构造各种复杂的系统，比如：模拟、数字、数模混合系统和各种多速率系统等，因此，System view非常适合于应用各种线性或非线性控制系统的设计与仿真。
1.4.1 System View 的特点System View的库资源相当的丰富，这些库里的器件都特别适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无绳电话、卫星通讯、寻呼机、无线电话、调制解调器等通信系统；它不仅包括各种图示的基本库及专业库，基本库中包括多种多样的信号源、加法器、接收器、各种函数运算器、乘法器、积分器、微分器等；专业库有通讯、逻辑、射频/模拟、数字信号处理等；并可进行各种系统频域和时域的具体分析、谱分析，及对各种逻辑电路、射频/模拟电路（包括RLC电路、混合器、放大器、运放电路等）进行理论分析和失真分析。
System View 还能自动执行系统的连接检查，详细具体的给出连接错误的信息或尚悬空的待连接端的信息，及时通知用户连接出错并通过显示指出相对应的出错的图示。
这个特点对用户进行系统的诊断是十分有效的。
System View的另一重要特点是它可以从不同方式、以各种不同角度，按所需的要求设计多种多样的滤波器，并可自动完成滤波器各指标比如根轨迹图、幅频特性（伯特图）、传递函数等之间转换。
在系统设计和仿真分析方面，System View 还提供了一个相对真实而灵活的波形窗口了提供给用户来检查和分析系统的各个过程的具体的时域或频域的波形。
在观察窗口内，可以通过鼠标方便地控制内部数据的图形滚动、缩小、放大等处理。
另外，观察窗口中还带有一个功能强大的“接收计算器”，它可以很好的完成对仿真运行结果的各种谱分析、运算、滤波。
1.4.2 System View 的应用领域System View 是一个用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台。
从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到一般的系统数学模型建立等各个领域，System View 在友好而且功能齐全的窗口环境下，为用户提供了一个精密的嵌入式分析工具。
System View具有与外部档的界面，可直接获得并处理输入/输出数据。
提供了与编程语言VC++或仿真工具Matlab的界面，可以很方便的调用其函数。
还具备与硬件设计的界面：与Xilinx公司的软件Core Generator配套，可以将System View系统中的部分器件生成下载FPGA芯片所需的数据档；另外，System View还有与DSP芯片设计的界面，可以将其DSP库中的部分器件生成DSP芯片编程的C语言源代码。
1.4.3 System View 进行通信仿真的优点★用户不需要为通信系统的各个模块进行详细的建模。
System View把一些最常需要用到的功能模块进行了完整的封装，比如：一些基本的通道模型、编译码模型、常用的滤波器以及基本的调制和解调模型等。
用户在运用System View进行设计通信系统时，只需要根据自己的需要对参数进行某项设定就行。
★System View采用的基于组织构图的设计方式，用户只需利用图符和子系统对象的没有限制的封层结构功能就可以很方便的快捷的建立复杂的通信系统。
★可以对具有多种数据采样率输入的系统进行合并在一起。
这样能够满足通信系统中高频和低频部分的设计。
★扩展性能强。
System View 允许工程设计人员插入自己用其他语言编写的用户代码模块。
比提供与其他软件工具的界面。
★包含强有力的DSP 和FPGA 模块。
可对复杂系统进行建模。
2 PCM 通信系统仿真设计2.1 PCM 通信系统设计原理本设计采用的设计思路是：两路信号分别经过各自进行PCM 编码（抽样、量化、编码），由于PCM 编码输出是并行信号，所以必须经过并串转换变成串行信号然后通过复用，经过调制，进入加有高斯噪声的通道，通过解调、分路，由于分路出的信号是串行的，D/A 输入是并行数据，所以必须通过串并变换电路，然后译码、D/A 之后经过低通滤波器后，输出原始各自的信号。
设计原理图如下图2-1所示。
2-1 PCM 通信系统的原理模型2.2 PCM 通信系统的仿真设计PCM 通信系统的仿真设计是运用System View 软件，根据PCM 通信系统的原理模型，以及相关知识进行设计的。
具体设计图如下图2-2所示。
2-2基于System view的PCM通信系统仿真设计两路信号分别经过各自的低通滤波器然后进入编码子系统进行PCM编码和数字复接，形成三合一波形后经过加有高斯噪声的信道后，分别经过帧同步子系统和位同步子系统，进行时分复用的时隙分配。
经过单稳多谐振荡器和串并变换器等一系列的处理，最后分出两路时隙供两路信号传输，完成数字分接。
然后经过串并变换和锁存器进入各自的译码模块，经过数模变换、解扩和低通滤波器完成信号的恢复2.3仿真设计图符参数设置表2-1 仿真设计图符参数设置符号名称参数设置143 sinusoid Amp=1V Frequency=3e+3 Phase=0deg 144 Gaussian noise Std Deviation=1v Mean=0291 292 Delay Delay=154e-6127 One ShotGate Delay = 0 Threshold = 500e-3 v True Output = 1 vFalse Output = 0 v Pulse Width = 15e-6 secRise Time = 0 sec Fall Time = 0 sec Input A* = t128 Output Input B = t106 Output 7 Clear* = t128 Output 1 Output 0 = Qt131 Output 1 = Q*120 Latch-8TLogic: Gate Delay = 0 sec Threshold = 500e-3 vTrue Output = 1 v False Output = 0 vRise Time = 0 sec Fall Time = 0 secData D-0 = t90 Output 7 Data D-1 = t90 Output 6Data D-2 = t90 Output 5 Data D-3 = t90 Output 4Data D-4 = t90 Output 3 Data D-5 = t90 Output 2Data D-6 = t90 Output 1 Data D-7 = t90 Output 0L-Enable = t106 Output 7 Output 0 = Q-0 t222Output 1 = Q-1 t222 Output 2 = Q-2 t222Output 3 = Q-3 t222 Output 4 = Q-4 t222Output 5 = Q-5 t222 Output 6 = Q-6 t222Output 7 = Q-7 t2223 信号源模块以及编码模块的设计3.1 信号源模块的设计PCM的信号源模块主要由信号源发生器、低通滤波器、延时器组成实现模型见图：3-1图3-1 信号源模块本设计采用的是两路信号的时分复用系统。
