通信原理课程设计 基于FPGA的时分多路数字基带传输系统的设计与开发

通信系统课程设计基于FPGA的时分多路数字基带传输系统的设计与开发指导老师：戴慧洁武卫华班级：通信102班组长：组员：2013年7月5日通信系统课程设计目录1.通信系统课程设计目的、内容、要求1.1 课程设计目的1.2 课程设计内容1.3 课程设计要求2.通信系统课程设计选题及小组划分2.1课程设计选题2.2 小组划分3.通信系统课程设计系统框图及各模块参数指标3.1 系统框图3.2 各模块参数指标4.通信系统课程设计各模块原理与思路4.1 PCM编译码4.2 HDB3编译码4.3 一次群时分复用与分接4.4 同步5.通信系统课程设计各模块编程与波形仿真（含代码）5.1 PCM编译码5.2 HDB3编译码5.3 一次群时分复用与分接5.4 同步6.通信系统课程设计心得体会1.通信系统课程设计目的、内容、要求及相关工具1.1 课程设计目的通信系统课程设计是一门综合设计性实践课程。

使大家在综合已学现代通信系统理论知识的基础上，借助可编程逻辑器件及EDA技术的灵活性和可编程性，充分发挥自主创新意识，在规定时间内完成符合实际需求的通信系统电路设计与调试任务。

本次课程设计选题为数字基带传输系统。

数字通信系统是利用数字信号来传输信息的通信系统，传输的对象通常是二元数字信息，它可能来自计算机等其他数字设备的各种数字代码，也可能来自数字电话终端的脉冲编码，其包括数字基带传输和数字频带传输。

数字基带传输就是不经过调制而直接传送的方式，即发送端不使用调制器，接收端也不使用解调器。

和频带传输相比，基带传输的优点是：设备简单，易做成“一机多速率”，适应性强。

而对于时分多路技术，其具有十分优越的特点。

其便于实现数字通信，易于制造，适于采用集成电路实现，成本较低，因此在数字信号传输中得到了广泛的应用。

它不仅能够提高大家对所学理论知识的理解能力，更重要的是能够提高和挖掘大家对所学知识的实际运用能力，为将来进入社会从事相关工作奠定较好的“能力”基础。

1.2 课程设计内容（可选）A)时分多路数字电话基带传输系统的设计与开发B)时分多路数字电话基带传输系统的设计与开发1.3 课程设计要求A）64Kb/S的A律PCM数字话音编译码器的开发设计B）PCM 30/32一次群时分复接与分接器的开发设计C）数字基带编码HDB3编译码器的开发设计D）正交相对四相移相键控QDPSK调制器的开发设计（可选）E）同步（帧、位、载波同步（可选））电路的开发设计根据给定的设计指标，要求能综合运用通信原理理论所学知识，借助可编程逻辑器件，灵活使用EDA开发工具平台QuartusⅡ，独立进行时分多路数字电话基带传输系统初步方案设计、单元电路设计、VHDL程序设计、程序调试等工作。

附工具： quartus Ⅱ6.0 、 FPGA 、 VHDL语言本次课程设计使用的软件是EDA开发工具平台QuartusⅡ6.0，Quartus Ⅱ是Altera公司提供的可编程逻辑器件的集成开发软件，可编程逻辑器件开发的所有过程为：设计输入、综合、布局和布线、验证和仿真以及可编程逻辑器件的编程或配置。

使用的芯片是EP1C6Q240C8。

VHDL的全名是very-high-speed integrated circuit hardware description language，VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口。

FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

2课程设计选题、小组划分2.1选题：时分多路数字电话基带传输系统的设计与开发2.2 模块划分（A）负责64Kb/S的A律PCM数字话音编码器的开发设计（B）负责64Kb/S的A律PCM数字话音译码器的开发设计( C）负责数字基带编码HDB3编码器的开发设计( D）负责数字基带编码HDB3译码器的开发设计（E）负责PCM 30/32一次群时分复接器的开发设计（F）负责PCM 30/32一次群时分分接器的开发设计（G）负责同步（帧、位同步）电路的开发设计3.通信系统课程设计系统框图及各模块技术指标3.1系统框图PCM时分复用数字基带传输，是各路信号在同一信道上占有不同的时间间隙进行通信。

它把模拟信号通过抽样、量化、编码转变为数字信号，这些都靠编码器来实现，然后在位同步和帧同步信号的控制下通过复接器实现复接，复接后的信号通过信道传输，分接器在同步信号的作用下把接收到的信号进行分路，分路后的信号通过PCM译码、低通滤波器还原出输入的模拟语音信号。

同步技术是时分复用数字通信的又一个重要特点。

位同步是最基本的同步，是实现帧同步的前提。

它的基本含义是收、发两端机的时钟频率必须同频、同相，这样接收端才能正确判断和接收发送端送来的每一个码元。

帧同步是为了保证收、发各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。

图3.1 时分多路数字基带传输系统框图3.2各模块技术指标3.2.1 PCM编码器参数指标（符合ITU-T G.711建议）（1）PCM编码器输入信号为:一个13位逻辑矢量的均匀量化值:D0,D1…D12其中:D0为极性位,取值范围在-4096～+4096之间；一个占空比为1/32的8K/S的取样时钟信号；一个占空比为50%的2.048Mb/S的合路时钟信号；（2）PCM编码器输出信号为:一个8位逻辑矢量的13折线非均匀量化值:C0,C1…C7其中:C0为极性位.C0=1为正,C0=0为负；一个占空比为1/32的8K/S的取样时钟信号；一个占空比为50%的2.048Mb/S的合路时钟信号；(3) PCM编码规则图3.2.1 PCM编码规则3.2.2 PCM译码器参数指标（符合ITU-T G.711建议）（1）PCM译码器输入信号为:一个8位逻辑矢量的13折线非均匀量化值:C0,C1…C7 其中:C0为极性位.C0=1为正,C0=0为负；一个占空比为1/32的8K/S的取样时钟信号；一个占空比为50%的2.048KB/S的合路时钟信号；（2）PCM译码器输出信号为:一个13位逻辑矢量的均匀量化值:D0,D1…D12其中:D0为极性位,取值范围在-4096~+4096之间；一个占空比为1/32的8K/S的取样时钟信号；一个占空比为50%的2.048Mb/S的合路时钟信号；（3）PCM译码规则图3.2.2 PCM译码规则3.2.3 HDB3编码器参数指标（符合ITU-T G.703建议）（1）HDB3编码器输入信号为:一路串行2.048Mb/S合路数据流一路2.048Mb/S位同步时钟脉冲（2）HDB3编码器输出信号为:一路串行2.048Mb/S合路HDB3编码的正极性数据流H+一路串行2.048Mb/S合路HDB3编码的负极性数据流H-一路2.048Mb/S位同步时钟脉冲3.2.4 HDB3译码器参数指标（符合ITU-T G.703建议）（1）HDB3译码器输入信号为:一路串行2.048Mb/S合路HDB3编码的正极性数据流H+一路串行2.048Mb/S合路HDB3编码的负极性数据流H-一路2.048Mb/S位同步时钟脉冲（2）HDB3译码器输出信号为:一路串行2.048Mb/S合路数据流一路2.048Mb/S位同步时钟脉冲3.2.5 一次群时分复接器参数指标（）（1）一次群时分复接器输入信号为:一个8位数据总线D7～D0一个一次群串行位同步时钟2.048Mb/S信号；（2）一次群时分复接器输出信号为:一个一次群串行合路数据流2.048Mb/S信号一个一次群串行位同步时钟2.048Mb/S信号一个5位时隙地址总线信号3.2.6 一次群时分接器参数指标（1）一次群时分分接器输入信号为:一个一次群串行合路数据流2.048Mb/S信号一个一次群串行位同步时钟2.048Mb/S信号（2）一次群时分分接器输出信号为:一个一次群串行合路数据流2.048Mb/S信号一个30位逻辑矢量时隙脉冲信号一个一次群串行位同步时钟2.048Mb/S信号3.2.6相关帧结构图3.2.7 同步的参数指标同步主要是进行帧同步与位同步，具体设计体现在一次群时 分分接器设计，还有提供各模块的时钟。

4 通信系统课程设计各模块原理与思路4.1PCM 编码器原理4.1.1 PCM 编码器分析脉冲编码调制(PCM ，Pulse Code Modulation)在通信系统中完成将语音信号数字化功能。

是一种对模拟信号数字化的取样技术，将模拟信号变换为数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。

PCM 对信号每秒钟取样 8000 次；每次取样为8个位，总共64kbps 。

PCM 的实现主要包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。

分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表TS 012345678910111213141516171819202122232425262728293031F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F15×00110110000111A 2a b c d a b c d a b c d a b c d复帧同步信号备用比特CH 1CH 16CH 2CH 17………a b c d a b c dCH 15CH 30F1F2F15帧同步信号×1A 111111保留给国内通信用帧同步时隙话路时隙话路时隙信令时隙CH 30(CH16 ~CH 29)(CH1 ~ CH15)32路时隙，256 bit,125 μs16帧，2.0 ms复帧结构帧结构偶帧TS 0奇帧TS 0488 ns3.91 μs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 律方式，本设计采用了A律方式。

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128个量化级。

段落码和8个段落之间的关系如表1所示；段内码与16个量化级之间的关系见表4.1.2所示。

4.1.2PCM编码规则表1 段落码表2 段内码段落序号段落码段落范围量化间隔段内码量化间隔段内码8 111 2048-4096 15 1111 7 01117 110 1024-2048 14 1110 6 01106 101 512-1024 13 1101 5 01015 100 256-512 12 1100 4 01004 011 128-256 11 1011 3 00113 010 64-128 10 1010 2 00102 001 32-64 9 1001 1 00011 000 0-32 8 1000 0 00004.1.3流程图如下图4.1.3 PCM编码器流程图4.2 PCM译码器原理4.2.1 PCM译码分析PCM译码是PCM编码的逆过程。