《通信原理》课程设计说明书

发布时间：2020-03-02 23:54:58 来源：范文大全收藏本文下载本文手机版

武汉理工大学《通信原理》课程设计说明书

1 增量调制的基本概念

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？

如图1.1所示：

f (t)′t)f (



0t11010111111000t二进制码序列t

编码后的数字信号图1.1 增量调制波形示意图

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1.1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（Delta Modulation），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

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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。

增量调制与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。

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2 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？仔细分析一下图1.1，比较在每个抽样时刻Δt处的f(t)和f′(t)的值可以发现：（1）当f(iΔt)>f′(iΔt_)时，上升一个σ，发“1”码（2）当f(iΔt)

根据上述分析，我们给出增量调制器框图如图2.1所示：

T(t)

f (t)＋∑－e(t)抽样判决Po(t)RC′t)f (积分器(a) 增量调制器(编码器)框图(b) RC积分器图2.1 增量调制原理框图

f′(iΔt)可以由编码输出的二进制序列反馈到一个理想的积分器以后得到。由于该积分器又具有解码功能，因此又称为本地解码器（译码器）。f(iΔt)和f′(iΔt)的差值，可以用一个比较电路（减法器）来完成。量化编码可以用一个双稳判决器来执行，并生成双极性二进制码序列。具体调制过程描述如下：

设f′(0-)=0（即t=0时刻前一瞬间的量化值为零），因此有： t=0时，e(0)=f(0)-f′(0-)>0，则Po(0)=1 t=Δt时， e(Δt)=f(Δt)-f′(Δt_)>0，则Po(Δt)=1； t=2Δt时，e(2Δt)=f(2Δt)-f′(2Δt_)0，则Po(3Δt)=1； t=4Δt时，e(4Δt)=f(4Δt)-f′(4Δt_)0，则Po(5Δt)=1； t=6Δt时，e(6Δt)=f(6Δt)-f′(6Δt_)>0，则Po(6Δt)=1。以此类推，即可得到如图2.2所示的波形：

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f (t)′t)f (T(t)(a) 抽样脉冲0t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12t13t14tt

(b) 样值信号2t0t3t4t11t12t13t14t5t6t7t8t9t10tt图2.2 增量调制过程示意图

发现图2.2中的f′(t)和图1.1的波形不一样。其实，图1.1的阶梯波只是为了形象地说明增量调制原理，而实际积分器的输出波形如图2.3所示：

0t00t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12t13t14tPo(t)11010111111000t′t)f ((d) 积分器输出信号

图2.3 积分器输出信号

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3 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2.2和图2.3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）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3.1所示：

(a) 增量解调器(译码器)框图0(b) 各点波形tPo(t)fo(t)积分器′t)f (低通滤波fo(t)′t)f (

图3.1 增量调制译码(解调)示意图

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4 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1.1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4.1所示：

′t)f (

f (t)′t)f (f (t)

n(t)tn(t)t图4.1 两种量化噪声的示意图

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,fs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

Ktf（4.1）

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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，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）。

另外，如果模拟信号为交流信号，且信号峰-峰值小于σ时，增量调制器的输出将不随信号的变化而变化，只输出“1”和“0”交替出现的数字序列。只有当信号峰值大于σ/2时，调制器才输出随交流信号的变化而变化的数字序列,因此，把σ/2电平称为增量调制器的起始编码电平。

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5 电路设计

ΔM调制与解调系统电路如图5.1所示:

图5.1 ΔM调制与解调系统电路

ΔM调制与解调系统组成框图如图5.2所示：

图5.2 ΔM调制与解调系统组成框图

比较器电路原理图如图5.3所示：

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图5.3 比较器电路

本地译码器电路图如图5.4所示：

图5.4 本地译码器电路

抽样脉冲发生器和抽样判决器电路图如图5.5所示：

图5.5 抽样脉冲发生器和抽样判决器电路

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低通滤波器电路图如图5.6所示：

图5.6 低通滤波器电路

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6 心得体会

这次通信原理的课程设计，我们的题目是ΔM通信系统设计，经过翻阅《通信原理》的课本，以及相关资料，还有在网上搜集的类似设计，最终我们确定了设计思路和电路原理图。

增量调制可以看成PCM的一个特例，因为它们都是用二进制代码形式去表示模拟信号的方式。但是在PCM中，信号的代码表示模拟信号的抽样值，而且，为了减小量化噪声，一般需要较长的代码及较复杂的编译码设备。而ΔM是将模拟信号变换成仅由一位二进制码组成的数字信号序列，并且在接收端也只需要用一个线性网络，便可复制出原模拟信号。

首先跟据设计思路，设计各个模块的电路，再将各模块连接起来，通过再次的翻阅课本及相关资料，确定对应的参数，从而得到这个电路设计图。

接下来就是调试。通过硬件的调试，修改相关元件的参数，最终达到设计要求。

通过这次通信原理的课程设计，我从中不仅学到了ΔM通信系统设计的设计原理和基本思路，深入了解了增量调制通信系统，而且也加深了对理论的认识，进一步理解了增量调制的原理，了解了如何设计硬件，通过硬件测试，如何发现问题并通过修改而解决问题，更学会了如何通过各种途径收集资料，从中获取需要的信息，并为我所用，成为自己的能力，这对于今后的学习还是工作都有着积极的影响。

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参考文献

[1] 樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯.通信原理.第5版.北京：国防工业出版社，2003.9 [2] 贺贵明.通信原理概论.武汉：华中科技大学出版社，2000.8 [3] 马海武，刘毓，达新宇.通信原理.北京：北京邮电大学出版社，2004.1

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致谢

在本次课程设计中，我从中学到了不少东西，不仅加强了动手能力，也加深了对理论的认识，其中离不开同组同学的帮助和支持，在此表示感谢。

课程设计不仅能检验我们对理论知识的掌握，也了解了设计的思路，在此我要感谢学校开设的这门课程，以及对我们的培养。

在课程设计过程中，当我们遇到困难时，指导老师的认真指导指引我们成功完成设计，在此表示万分的感谢！

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