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ACADEMIC RESEARCH 学术研究一、前言通信系统，大致可以划分为两种类型，即：第一，数字通信系统；第二，模拟通信系统。
在当前通信系统中，较为常见的类型为模拟信号的数字传输，即在数字通信系统中对模拟信号进行传输，例如在调频通信系统或者扩频通信系统中进行语音的传输。
在这种情况下，应将模拟语音信号通过通信系统的发送端转换成为数字信号，即模数转换（A/D）。
而所谓的数模转换（D/A），就是指将数字信号通过接收端转换成为模拟语音信号。
实际上 ，模数转换共包括3大步骤：采样、量化、编码。
针对语音通信系统的通信质量，在极大程度上深受编码性好坏的直接影响。
另外，编码算法、编码位数、采样率与编码性能之间存在着非常密切的关系[1]。
在各种语音编码算法中，脉冲编码调制（PCM）是最为简单的一种算法。
通过运用脉冲编码调制（PCM），能够将量化过后的采样值直接转化成为一个k位的M进制的代码，其中，常常选用二进制代码。
针对一位二进制码，无法对模拟信号的采样值进行表示，只能对两种状态进行代表，不过相邻两采样值的相对大小能够通过一位二进制码表示出来，但是模拟信号的变化规律也能够通过相邻采样值的相对大小反映出来，进而诞生了另外一种编码方式，也就是所谓的增量调制（DM）。
和脉冲编码调制（PCM）相比，增量调制（DM）的运用更为广泛，其中造成以上现象的原因为：在脉冲编码调制（PCM）中，必须要由多位代码表示一个采样值，但是在△M中，仅需要一位，造成码元输出速率的大幅度下降，所以当比特率比较低的情况下，和脉冲编码调制（PCM）的量化信噪比较，△M的量化信噪比更高一些。
增量调制（DM）具有比较高的抗误码性能，可以在误码率为10-3-10-2的信道内进行工作，但是一般情况下，脉冲编码调制（PCM）对信道误码率的要求为10-6-10-4；和脉冲编码调制（PCM）相比，△M的编译码器更为简单，能够促使硬件的实现变得更为容易。
迄今为止，使用较为广泛的增量调制方式有连续可变斜率增量调制（CVSD）、自适应脉码增量调制（ADPCM）、脉码增量调制（DPCM）、有线性增量调制（LDM）等。
目录一、设计总体思路及方案确定 (1)1、设计总体思路 (1)2、方案确定 (1)二、时分复用原理 (3)三、模块设计 (4)1、帧同步模块 (4)2、时钟电路模块 (4)3、分频电路模块 (5)4、抽样信号产生电路模块 (6)5、PCM编译码单元电路模块 (7)四、电路调试、系统仿真 (9)1、电路调试 (9)2、系统仿真 (10)五、附录(总电路原理图) (15)六、心得体会 (16)七、参考文献 (17)一、设计总体思路及方案确定1、设计总体思路本次课题设计一时分复用通信系统，采用30/32路PCM时分复用系统实现帧码及两路模拟正弦信号的复接数字系统。
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，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。
先将模拟正弦信号进行数字化，因为数字信号有着模拟信号所不可比拟的优点：结构简单，抗干扰性强，易整形、再生和占用带宽较宽等属性，特别是基于二进制的系统更是具有设备简单，抗干扰性好，噪声不累积，复用方式先进和灵活多样，易加密，安全可靠等先天性优点。
2、方案确定要求输入为模拟正弦信号，要使这样的信号在数字通信系统中或数字信道中传输，必须将模拟信号转换为数字信号。
脉冲编码调制(PCM)技术与增量调制(△M)技术已经在数字通信系统中得到广泛应用。
当信道噪声比较小时一般用PCM，否则一般用△M。
而△M在国际上无统一标准，但它在通信环境比较恶劣时显示了巨大的优越性。
而△M在比特率较高时信噪比较低，达不到语音通信的要求。
因此，在此系统的设计中采用PCM 方式。
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。
通信原理课程设计题目：基于SIMULINK的QPSK的调制与解调仿真设计——QPSK的解调设计学院计算机与通信工程学院专业通信工程学号姓名指导老师2015年12月通信原理课程设计评分标准摘要随着移动通信技术的发展，以前在数字通信系统中采用FSK、ASK、PSK等调制方式，逐渐被许多优秀的调制技术所替代。
本文设计出一个产生QPSK信号的仿真模型，通过此次实验，可以更好地了解QPSK系统的工作原理。
正交相移键控，是一种数字调制方式。
四相绝对移相键控(QPSK)技术具有抗干扰能力好、误码率低、频谱利用效率高等一系列优点。
现正广泛地应用于数字微波通信系统、数字卫星通信系统、宽带接入、移动通信和有线电视系统之中。
论文主要介绍了正交相移键控(QPSK)的概况，以及正交相移键控(QPSK)的解调概念和原理，了解Simulink中涉及到QPSK的各种模块的功能，利用Matlab中的Simulink模块对QPSK的调制系统进行了仿真，并对QPSK调制性能进行了分析。
从中了解QPSK调制的原理及对现代通信的影响和意义。
关键词：QPSK调制 Simulink仿真 Matlab目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 概念及基本组成部分 (1)1.3 QPSK系统简介 (2)1.4 课题研究现状 (4)1.5 本文主要研究工作及研究目的 (4)1.5.1 研究工作 (4)1.5.2选题的目的和意义 (5)1.6 本章小结 (5)第2章 QPSK的调制与解调原理 (7)2.1 数字调相 (7)2.1.1 数字基带传输系统 (7)2.1.2 正弦载波数字调制系统 (8)2.2 QPSK调制和解调原理 (10)2.2.1 调制 (8)2.2.2 解调 (9)2.2.3 QPSK的调制原理 (10)2.2.4 QPSK解调的工作原理 (11)2.3 QPSK的产生 (12)2.3.1 QPSK的星座图 (12)2.3.2 QPSK的产生方法 (13)2.4 本章小结 (15)第3章 Matlb/Simulink简介 (13)3.1 Matlab简介 (13)3.2 Simulink简介 (13)3.2.1 Simulink概述 (13)3.2.2 Simulink特点 (14)3.2.3 Simulink常用模块库 (14)第4章基于simulink的QPSK系统仿真分析 (16)4.1 正交调相法产生QPSK信号 (16)4.2 QPSK调制过程主要器件的功能及参数设置 (20)4.2.1 产生需要的信号源 (20)4.2.2 串并变换 (21)4.2.3 单极性信号转双极性信号模块组 (22)4.2.4 调制模块 (23)4.2.5 星座图模块 (24)4.3 simulink仿真结果 (25)4.3.1 仿真波形 (25)4.3.2 仿真星座图 (30)4.4 仿真结果分析 (31)4.4.1 仿真结果 (31)4.4.2 遇到的问题及解决情况 (31)4.4.3 未解决的问题 (32)4.5 本章小结 (32)结论 (33)参考文献 (25)附录系统总框图 (26)第1章绪论1.1 引言数字通信是用数字信号作为载体来传输消息,或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。
ADPCM原理与应用简介摘要：本文介绍了PCM、DPCM、DM、ADM以及ADPCM的基本原理，并以ADPCM为文章的重点，对它的编解码原理及算法实现的流程框图进行了的讨论。
最后以ADPCM在通信中的应用为例讨简单介绍了在实际通信中的应用。
关键字：ADPCM PCM ADM编码原理Abstract:This article introduce the basic principle of PCM、DPCM、DM、ADM and ADPCM. We take emphasis on ADPCM ,and discuss the theorem of coding and decoding of ADPCM,then introduce the flow char of the theorem. At last we take ADPCM as example to see the use in communication system.Keyword: ADPCM PCM ADM theory of coding一、引言近几十年来对语音数字化和数字化压缩进行了许多研究工作，并取得了丰硕的成果。
1982年CCITT制定了64kb/s压扩PCM语音编码标准G.711。
1986年CCITT又制定了32kb/s ADPCM语音压缩编码标准G.721。
ADPCM是波形编码中非常有效的一种数字编码方式。
在ADPCM系统中量化器和预测器均采用自适应方式，即量化器和预测器的参数能随输入信号的统计特性自适应于或接近于最佳的参数状态。
与PCM系统相比，ADPCM的量化器和预测器都是根据前面出现的PCM抽样值并对下一个抽样值进行预测，将当前的抽样值和预测值进行求差，然后对差值进行编码。
对差值编码需要的位数要比直接对原始语音信号编码所需的位数少，从而达到对信号压缩的目的，在这里编码所包含的信息从原来的原始语音信号变为语音信号之间的变化。
移动通信中的信道编码和信源编码仿真摘要：人们对追求最佳的通信性能的有效性和靠得住性为目标的信源编码技术和信道编码技术提出愈来愈高的要求。
本设计第一学习了移动通信系统中信道编码和信源编码的大体理论，和通信仿真的概念、一样步骤。
然后在此基础上利用编程和Matlab 中的仿真模块库Simulink进行仿真。
通过模型搭建、编写程序、运行、调试整个进程以后，取得了以下功效。
要紧包括：通过仿真分析发觉A律、μ律紧缩在A大于、μ大于100以后紧缩成效比较理想；关于A律十三折和μ律十五折，都是比较好的非均匀量化方式，但在处置小信号时，μ律十五折能取得更大的量化信噪比；在进行脉冲调制(PCM, Pulse Code Modulation)编码和差分脉冲调制(DPCM,Differential Pulse Code Modulation)编码比较时，咱们看到DPCM编码比PCM编码的量化误差更小；关于RS(Reed-Solomon)编码如RS(60，44)，当信道的误比特率低于1%时，RS编码信号不产生误比特数，而当高于1%，编码信号的误比特率与信道的误比特率成反比；关于循环冗余码(CRC-16,Cyclic redundancy check)编码，咱们发觉CRC检测性能比较理想，如在帧距离为，仿真时刻为1000时，CRC检测器发生错误裁决的比例低于%。
关键词：移动通信；信源编码；信道编码；仿真目录1 绪论.............................................................................................................................. 错误!未定义书签。
通信系统的组成......................................................................................................... 错误!未定义书签。
目录目录 ....................................................... 错误！未定义书签。
摘要 ....................................................... 错误！未定义书签。
Abstract..................................................... 错误！未定义书签。
1.前言 ..................................................... 错误！未定义书签。
2.数字化方式................................................ 错误！未定义书签。
2.1 脉冲编码调制 ......................................... 错误！未定义书签。
2.1.1 脉冲编码调制的基本原理 ........................... 错误！未定义书签。
2.1.2 脉冲编码调制中的噪声影响 ......................... 错误！未定义书签。
2.2 增量调制 ............................................. 错误！未定义书签。
2.2.1 脉冲编码调制的基本原理 ........................... 错误！未定义书签。
2.2.2 增量调制系统中的量化噪声 ......................... 错误！未定义书签。
3.数字基带传输系统.......................................... 错误！未定义书签。
3.1 基带传输的常用码型 ................................... 错误！未定义书签。
3.1.1 AMI码............................................ 错误！未定义书签。
增量调制仿真设计1增量调制简介增量调制简称ΔM或增量脉码调制方式（DM），它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字化的方法。
1946年由法国工程师De Loraine提出，目的在于简化模拟信号的数字化方法。
主要在军事通信和卫星通信中广泛使用，有时也作为高速大规模集成电路中的A/D转换器使用。
对模拟信号采样，并用每个样值与它的预测值的差值对周期脉冲序列进行调制，简称墹M或DM。
已调脉冲序列以脉冲的有、无来表征差值的正负号，也就是差值只编成一位二进制码。
增量调制的基本原理是于1946年提出的，它是一种最简单的差值脉冲编码。
早期的语言增量调制编码器是由分立元件组成的。
随着模拟集成电路技术的发展，70年代末出现了音节压扩增量调制集成单片，80年代出现了瞬时压扩集成单片，单片内包括了开关电容滤波器与开关电容积分器，集成度不断提高，使增量调制的编码器的体积减小，功耗降低。
2 基本概念在PCM系统中，为了得到二进制数字序列，要对量化后的数字信号进行编码，每个抽样量化值用一个码组（码字）表示其大小。
码长一般为7位或8位，码长越大，可表示的量化级数越多，但编、解码设备就越复杂。
那么能否找到其它更为简单的方法完成信号的模/数转换呢？我们看一下图1。
图中在模拟信号f(t)的曲线附近，有一条阶梯状的变化曲线f′(t),f′(t)与f(t)的形状相似。
显然，只要阶梯“台阶”σ和时间间隔Δt足够小，则f′(t)与f(t)的相似程度就会提高。
对f′(t)进行滤波处理，去掉高频波动，所得到的曲线将会很好地与原曲线重合，这意味着f′(t)可以携带f(t)的全部信息（这一点很重要）。
因此，f′(t)可以看成是用一个给定的“台阶”σ对f(t)进行抽样与量化后的曲线。
我们把“台阶”的高度σ称为增量，用“1”表示正增量，代表向上增加一个σ；用“0”表示负增量，代表向下减少一个σ。
则这种阶梯状曲线就可用一个“0”、“1”数字序列来表示（如图（1）所示），也就是说，对f′(t)的编码只用一位二进制码即可。
此时的二进制码序列不是代表某一时刻的抽样值，每一位码值反映的是曲线向上或向下的变化趋势。
这种只用一位二进制编码将模拟信号变为数字序列的方法（过程）就称为增量调制（Del t a Modula t ion），缩写为DM或ΔM调制。
增量调制最早由法国人De Loraine于1946年提出，目的是简化模拟信号的数字化方法。
其主要特点是：(1)在比特率较低的场合，量化信噪比高于PCM。
(2)抗误码性能好。
能工作在误比特率为102～103的信道中，而PCM则要求信道的误比特率为104～106。
(3)设备简单、制造容易。
它与PCM的本质区别是只用一位二进制码进行编码，但这一位码不表示信号抽样值的大小，而是表示抽样时刻信号曲线的变化趋向。
t 11111111100000t二进制码序列编码后的数字信号图1 增量调制波形示意示3 ΔM的调制原理如何在发送端形成f′(t)信号并编制成相应的二元码序列呢？仔细分析一图3 增量调制过程示意图4 ΔM 的解调原理为了完成整个通信过程，发送端调制出的信号必须在接收端通过解调恢复出原始模拟信号。
ΔM 信号的解调比较简单，用一个和本地解码器一样的积分器即可。
在接收端和发送端的积分器一般都是一个RC 积分器。
解调过程就是图4―3中的积分过程。
当积分器输入“1”码时，积分器输出产生一个正斜变的电压并上升一个量化台阶σ；而当输入“0”码时，积分器输出电压就下降一个量化台阶σ。
为了保证解调质量，对解码器有两个要求：（1） 每次上升或下降的大小要一致，即正负斜率大小一样。
（2） （2）解码器应具有“记忆”功能，即输入为连续“1”或“0”码时，输出能连续上升或下降。
对积分器的输出信号进行低通滤波，滤除波形中的高频成分，即可得到与原始模拟信号十分近似的解调信号，如图4所示图4 增量调制译码(解调)示意示5 增量调制MATLAB 的仿真(a) 增量解调器(译码器)框图(b) 各点波形程序代码:Ts=1e-3;t=0:Ts:20*Ts;x=sin(2*pi*50*t)+0.5*sin(2*pi*150*t);delta=0.4;D(1+length(t))=0;for k=1:length(t)e(k)=x(k)-D(k);e_q(k)=delta*(2*(e(k)>=0)-1);D(k+1)=e_q(k)+D(k);codeout(k)=(e_q(k)>0);endsubplot(3,1,1);plot(t,x,'-o');axis([0 20*Ts,-2 2]);hold on; subplot(3,1,2);stairs(t,codeout);axis([0 20*Ts,-2 2]);Dr(1+length(t))=0;for k=1:length(t)eq(k)=delta*(2*codeout(k)-1);xr(k)=eq(k)+Dr(k);Dr(k+1)=xr(k);endsubplot(3,1,3);stairs(t,xr);hold on;subplot(3,1,3);plot(t,x);程序执行结果如图5所示。
从图中原信号和解码结果对比看，在输入信号变化平缓的部分，编码器输出1、0交替码，相应的解码结果以正负阶距交替变化，形成颗粒噪声，称空载失真；在输入信号变化过快的部分，解码信号因不能跟踪上信号的变化而引起斜率过载失真。
量化阶距越小，则空载失真就越小，但是容易发生过载失真；反之，量化阶距增大，则斜率过载失真减小，但空载失真增大。
如果量化阶距能根据信号的变化缓急自适应调整，则可以兼顾优化空载失真和过载失真，这就是自适应增量调制的意思。
图5增量调制编码解码波形仿真结果（一）波形解析：第一个图形是原信号及离散样值第二个图形是编码输出二进制序列的波形第三个图形解码结果和信号波形对比0.004—0.006为空载失真部分0.009—0.012为过载失真部分6 增量调制Simulink仿真实现采用Simulink基本模块实现和采用DPCM编解码模块实现。
仿真测试模型如图（6）所示。
仿真步进设置为0.001s，模型中所有需要设置采样时间的地方均设置采样时间为0.001s。
在增量调制部分，Relay模块作为量化器适应，其门限设置为0，输出值分别设置为0.4和-0.4；Relay作为编码器使用，其门限设置为0，输出值设置为1和0；解码端Relay2模块作为解码器使用，其门限设置为0.5，输出值分别为0.4和-0.4；使用单位延时器Unit Delay作为预测滤波器，初始状态均设置为零。
使用DPCM编解码模块进行等价实现，DPCM编码模块的设置是，预测器分子系数为[0,1]，分母系数是1，量化分割值为0，码书为[-0.4,0.4]，解码器与编码器设置相同。
仿真时间设置为0.02s，即仿真前20个采样点。
仿真结果如图（7）所示，采用Simulink基本模块实现的解码结果与编程法得到的波形相同。
但是，由于初始值设置问题，采用DPCM编解码模块得出的解码结果与采用Simulink基本模块实现的解码结果在起始部分稍有不同，随着仿真时间的增加，两者输出结果相同。
图6增量调制编码仿真测试模型其中f(u)=sin(2*pi*50*u)+0.5*sin(2*pi*150*u)图7增量调制编码解码波形仿真结果（二）7 增量调制存在的问题增量调制尽管有前面所述的不少优点，但它也有两个不足：一个是一般量化噪声问题;另一个是过载噪声问题。
两者可统一称为量化噪声。
观察图1可以发现，阶梯曲线（调制曲线）的最大上升和下降斜率是一个定值，只要增量σ和时间间隔Δt 给定，它们就不变。
那么，如果原始模拟信号的变化率超过调制曲线的最大斜率，则调制曲线就跟不上原始信号的变化，从而造成误差。
我们把这种因调制曲线跟不上原始信号变化的现象叫做过载现象，由此产生的波形失真或者信号误差叫做过载噪声。
另外，由于增量调制是利用调制曲线和原始信号的差值进行编码，也就是利用增量进行量化，因此在调制曲线和原始信号之间存在误差，这种误差称为一般量化误差或一般量化噪声。
两种噪声示意图如图8所示。
图8 两种量化噪声示意图仔细分析两种噪声波形我们发现，两种噪声的大小与阶梯波的抽样间隔Δt和增量σ有关。
我们定义K 为阶梯波一个台阶的斜率 式中,f s 是抽样频率。
该斜率被称为最大跟踪斜率。
当信号斜率大于跟踪斜率时，称为过载条件，此时就会出现过载现象；当信号斜率等于跟踪斜率时，称为临界条件；当信号斜率小于跟踪斜率时，称为不过载条件。
可见，通过增大量化台阶（增量）σ进而提高阶梯波形的最大跟踪斜率，就可以减小过载噪声；而降低σ则可减小一般量化噪声。
显然，通过改变量化台阶进行降噪出现了矛盾，因此，σ值必须两头兼顾，适当选取。
不过，利用增大抽样频率（即减小抽样时间间隔Δt ），却可以“左右逢源”，既能减小过载噪声，f (t ) f (t )′ f (t ) f (t )′s K f tσσ==∆又可降低一般量化噪声。
因此，实际应用中，ΔM系统的抽样频率要比PCM系统高得多（一般在两倍以上，对于话音信号典型值为16kHz和32kHz）。
7 自适应增量调制增量调制中增量的幅值是固定的。
若幅值选得过大，粒状噪声过大；若选得过小，超载噪声增加，这给增量的幅度选择带来了一定的困难。
为了解决这一问题，可让增量的幅值在调制的过程中随着声音信号的变化自动地进行调制、变化，这就是自适应调制ADM(Adaptive Delta Modulation)。
ADM调制的基本原理是：在声音信号变化不大的情况下，取较小的增量幅值以抑制粒状噪声。
在声音信号变化较大的情况下，预测信号跟不上声音信号的变化，应采取一定的算法增加增量的幅值，以此抑制超载噪声。
调制过程中，增量的幅值随声音信号的变化自适应地变化。
ADM调制虽然能较好地克服超载噪声，解决粒状噪声和超载噪声的矛盾，但在声音信号从高速变化转向平坦处时，容易出现由于增量幅值过大而产生的噪声。
8 自适应增量调制MATLAB的仿真程序代码：Ts=1e-3;t=0Ts40Ts;x=sin(2pi50t)+0.5sin(2pi150t);x(2041)=0.2sin(2pi50t(2041));delta=0.4;D(1+length(t))=0;K=1.3;for k=1length(t)e(k)=x(k)-D(k);e_q(k)=delta(2(e(k)=0)-1);if k1delta=delta(K.^sign(e_q(k).e_q(k-1)));endD(k+1)=e_q(k)+D(k);codeout(k)=(e_q(k)0);endDr(1+length(t))=0;delta=0.4;for k=1length(t)eq(k)=delta(2codeout(k)-1);if k1delta=delta(K.^sign(eq(k).eq(k-1)));endxr(k)=eq(k)+Dr(k);Dr(k+1)=xr(k);endstairs(t,xr);hold on;plot(t,x);自适应增量调制中，量化间距是自适应变化的：如果波形斜率陡峭，则连续输出的一串量化误差是同符号的，那么应使量化间距增大以减小斜率失真；如果波形平缓，则连续输出的一串量化误差是正负符号交替的，这时减小量化间距就可以减小颗粒噪声。
