時分復用的仿真與分析畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 示。由圖(f)和式（3）可知，取樣信號fs(t)的頻譜函數由原信號頻譜F(jω)的無限個頻移項組成，其頻移的角頻率分別為nωs（n=0，177。1，177。2，…），其幅值為原頻譜的1/Ts。由此可見，采樣信號在時域的表示為無窮多沖激函數的線性組合，其權值為原始信號在對應采樣時刻的定義值。采樣信號fs(t)的頻譜就是將原始信號f(t)的頻譜在頻率軸上以采樣角頻率ωs為周期進行周期延拓后的結果（幅度為原頻譜的1/Ts）。由取樣信號fs(t)的頻譜可以看出，如果ωs2ωm（即fs2fm或Ts1/2fm），那么各相鄰頻移后的頻譜不會發生重疊。這里就能設法（如利用低通濾波器）從取樣信號的頻譜Fs(jω)中得到原信號的頻譜，即從取樣信號fs(t)中恢復原信號f(t)。如果ωs2ωm，那么頻移后的各相鄰頻譜將相互重疊，這樣就無法將它們分開，因而也不能再恢復原信號。頻譜重疊的這種現象常稱為混疊現象。可見，為了不發生混疊現象，必須滿足ωs≥2ωm。經過譯碼后的信號，通過帶通濾波器濾除高頻分量，恢復出原始信號。 抽樣信號的產生與恢復原理框圖經過譯碼后的信號，通過帶通濾波器濾除高頻分量，恢復出原始信號。 量化原理模擬信號數字化的過程包括三個主要步驟，即抽樣、量化和編碼。模擬信號抽樣后變成在時間上離散的信號，但仍然是模擬信號。這個抽樣信號必須經過量化后才成為數字信號。設模擬信號的抽樣值為s(kT),其中T是抽樣周期，k是整數。此抽樣值仍然是一個取值連續的變量，即它可以有無數個可能的連續取值。若我們僅用N位二進制數字碼元來代表 此抽 樣值 的 大小，則N位二進制碼元只能代表M=2^N個不同的抽樣值。因此，必須將抽樣值的范圍劃分成M個區間，每個區間用一個電平表示。這樣，共有M個離散電平，稱為量化電平。用這M個量化電平表示連續抽樣值的方法稱為量化。量化又有均勻量化與非均勻量化。 均勻量化模擬抽樣信號的取值范圍：ab 量化電平數＝M則均勻量化時的量化間隔為：v=（ba）/M,且量化區間的端點mi=a+iv i=0,1,…,M 若量化輸出電平qi取量化間隔的中點，則qi=[mi+m（i1）]/2 i=1,2,…,。 模擬信號的量化原理圖 模擬信號的量化波形示意圖 編碼原理（1）信道編碼：為了保證通信系統的傳輸可靠性，克服信道中的噪聲和干擾的。它根據一定的（監督）規律在待發送的信息碼元中（人為的）加入一些必要的（監督）碼元，在接受端利用這些監督碼元與信息碼元之間的監督規律，發現和糾正差錯，以提高信息碼元傳輸的可靠性。信道編碼的目的是試圖以最少的監督碼元為代價，以換取最大程度的可靠性的提高。　信道編碼僅具有發現差錯功能的檢錯碼，如循環冗余校驗碼、自動請求重傳ARQ等，具有自動糾正差錯功能的糾錯碼，如循環碼中的BCH碼、RS碼及卷積碼、級聯碼、Turbo碼等既能檢錯又能糾錯功能的信道編碼，最典型的是混合ARQ信道編碼從結構和規律上分兩大類：線性碼、非線性碼，FEC是前向就錯碼，在不同系統中，不同信道采用的FEC都不一樣，有卷積碼，Turbo碼等模擬視頻信號和音頻信號要變成數字信號，通常都要通過信元編碼和信道編碼兩個過程才能成。信元編碼最常用的信源編碼方式是脈沖編碼（PCM），它需要經過抽樣 量化和編碼，抽樣是將時間上連續的取值變為有限個離散取值的過程。信源編碼是主要是利用信源的統計特性，解決信源的相關性，去掉信源冗余信息，從而達到壓縮信源輸出的信息率，提高系統有效性的目的。第三代移動通信中的信源編碼包括語音壓縮編碼、各類圖像壓縮編碼及多媒體數據壓縮編碼。編碼是把量化后的信號按照一定的對應關系轉變成一系列數字編碼脈沖的過程。（2）數字脈沖編碼調制（PCM）是目前模擬信號數字化的基本方法，將時間離散的抽樣值序列經量化、編碼變換為二進制數字序列。脈沖編碼調制（PulseCodeModulation），是對信號進行抽樣和量化時，將所得的量化值序列進行編碼，變換為數字信號的調制過程。它主要經過3個過程：抽樣、量化和編碼。抽樣過程將連續時間模擬信號變為離散時間、連續幅度的抽樣信號，量化過程將抽樣信號變為離散時間、離散幅度的數字信號，編碼過程將量化后的信號編碼成為一個二進制碼組輸出。（3）A律PCM編碼原理A律修正思想：(1)過原點做的切線，切點b。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)切線ob段+曲線bc——A律壓縮曲線。A壓縮律是指符合下式的對數壓縮規律： 式（1）中，x為壓縮器歸一化輸入電壓；y為壓縮器歸一化輸出電壓；A為常數，決定壓縮程度。A壓縮律中的常數A不同，則壓縮曲線的形狀也不同，它將特別影響小電壓時的信號量噪比的大小，在實用中。（3）折線近似的原理A律壓縮表示式是一條連續的平滑曲線，用電子線路很難準確的實現。現在由于數字電路技術的發展，這種特性很容易用數字電路來近似實現，13折線特性就是近似于A壓縮律的特性， 　　　 A律13折線圖中橫坐標x在[01]區間中分為不均勻的8段。[1/21]間的線段稱為第8段；[1/41/2]間的線段稱為第7段；[1/81/4]間的線段稱為第6段；依此類推，直到[01/128]間的線段稱為第1段。圖中縱坐標y則均勻的劃分為8段。將這8段相應的坐標點（x,y）相連，就得到了一條折線。輸入信號x進行A律壓縮，取A=，在第一象限，輸出x端點對應.在13折線法中采用的折疊碼有8位。其中第一位C1表示量化值的極性正負。后面的7位分為段落碼和段內碼兩部分，用于表示量化值的絕對值。其中第[24]位（C2C4）是段落碼，共計3位，可以表示8種斜率的段落；其他4位（C5C8）為段內碼，可以表示每一段落內的16種量化電平。段內碼代表的16個量化電平是均勻劃分的。所以，這7位碼總共能表示128種量化值。 A律曲線(4)A律PCM編碼規則在13折線法中采用的折疊碼有8位。其中第一位C1表示量化值的極性正負。后面的7位分為段落碼和段內碼兩部分，用于表示量化值的絕對值。其中第24位（C2C4）是段落碼，共計3位，可以表示8種斜率的段落；其他4位（C5C8）為段內碼，可以表示每一段落內的16種量化電平。段內碼代表的16個量化電平是均勻劃分的。所以，這7位碼總共能表示128種量化值。輸入信號x后，極性碼C1的判斷方法是：x0,C1=0。x0,C1=1；段落碼CCC4的判斷方法是：；段內碼CCCC8的判斷方法是：，要注意x各段量化間隔不等。段落序號段落碼C2C3C4 段內層次段內碼 7 111 15 1111 6 110 14 1110 5 101 14 1101 4 100 12 1100 3 011 11 10112 010 10 10101 001 9 10010 000 8 1000 7 0111 6 0110 5 0101 4 0100 3 0011 2 0010 1 0001 0 0000(5)PCM編碼流程　　輸入信號x后，先判斷x的符號，x0時C1=1，x0時C1=0；判斷完符號后將信號進行歸一化和量化，再進行段落判斷以及段內判斷，最后將C1C8輸出。流程圖如下 PCM編碼流程 TDMA原理TDMA(Time Divisi∞Multiple Access)時分多址協議，是通信多址協議之一。時分多址是把時間分割成周期性的幀(FmrIIe)每一個幀再分割成若干個時隙向基站發送信號，在滿足定時和同步的條件下．基站可以分別在各時隙中接收到各移動終端的信號而不混擾。同時，基站發向多個移動終端的信號都按順序安排在予定的時隙中傳輸，各移動終端只要在指定的時隙內接收。就能在合路的信號中把發給它的信號區分并接收下來翻。由于TDMA具有良好通信質量，保密較好。系統容量較大等優點，被廣泛的應用在2G、衛星通信和無線寬帶通信中。在實際的通信系統中，為了提高通信系統的利用率，往往用多路通信的方式來傳輸信號。所謂多路通信，就是指把多個不同信源所發出的信號組合成一個群信號，并經由同一信道進行傳輸，在收端再將它分離并將它們相應接收。時分復用就是一種常用的多路通信方式。時分復用是建立在抽樣定理基礎上的，因為抽樣定理使連續的基帶信號有可能被在時間上離散出現的抽樣脈沖所代替。這樣，當抽樣脈沖占據較短時間時，在抽樣脈沖之間就留出了時間空隙。利用這些空隙便可以傳輸其他信號的抽樣值，因此，就可能用一條信道同時傳送若干個基帶信號,并且每一個抽樣值占用的時間越短，能夠傳輸的路數也就越多。顯然這種時間復用信號在接收端只要在時間上恰當地進行分離，各個信號就能分別得到恢復。這就是時分復用的概念。時分復用通信系統有兩個突出的優點，一是多路信號的匯合與分路都是數字電路，簡單、可靠；二是時分復用通信系統對非線性失真的要求比較低。然而，時分復用系統對信道中時鐘相位抖動及接收端與發送端的時鐘同步問題提出了較高的要求。所謂同步是指接收端能正確地從數據流中識別各路序號。為此，必須在每幀內加上標志信號（即幀同步信號）。它可以是一組特定的碼組，也可以是特定寬度的脈沖。在實際通信系統中還必須傳遞信令以建立通信連接，如傳送電話通信中的占線、摘機與掛機信號以及振鈴信號等信令。模擬通信系統中傳輸的是連續的模擬信號，在數字通信中傳輸的是離散的數字信號，模擬信號是我們所傳送的真實信息，如話音、視頻信號，要將這些在時間上連續的模擬信號變成時間上不連續的數字信號，它的工作過程如圖4的等效電路。當抽樣信號到來時，門電路導通，在輸出端就得到一個樣值。，我們按一定的時間間隔T，把模擬信號分成若干等分，在同一時間間隔內，用一個確定的幅度（樣值）來代替原來模擬信號中該時間間隔內變化的幅度，顯然這個抽樣的時間間隔T越小，樣值越能反映出原來模擬信號隨時間變化的規律。這就是抽樣信號的頻率問題.根據研究，抽樣信號和模擬信號必須滿足Fs≥2Fimax，Fs是抽樣信號的頻率，Fimax是模擬信號的最高工作頻率，也就是說，抽樣信號的頻率必須要大于或等于模擬信號最高頻率的二倍，這樣抽樣所得到的樣本才能比較正確地反映出原來模擬信號隨時間變化的規律。信源編碼：主要是利用信源的統計特性，解決信源的相關性，去掉信源冗余信息，從而達到壓縮信源輸出的信息率，提高系統有效性的目的。第三代移動通信中的信源編碼包括語音壓縮編碼、各類圖像壓縮編碼及多媒體數據壓縮編碼。 抽樣、量化、編碼示意圖量化是將經抽樣后幅度上無限多種連續的樣值變為有限個離散值的過程。抽樣后所產生的樣本電壓值雖然是不連續的，也不一定是整數（如1V、），因此還必須將這些數值化為某個最小單位的整倍數，這個轉化過程稱為量化。，我們把樣值實際的變化范圍分成若干個小間隔，小間隔的數量N稱為量化級，每一個小間隔的高度△稱為量化階。n位二進制數共有2n個不同的數，可以代表2n個不同的狀態（如22=4，用二進制可表示四種不同的數或狀態：00、011，所對應的數用十進制表示是：0、3），用來表示量化時代表2n個不同的量化級，稱為n比特量化。=8個量化級，即有8個不同的量化狀態，需要n=3位的二進制數來表示，把它稱為3比特量化。在量化的過程中，是通過四舍五入的方法把落入每個小間隔的樣值下移或上靠為一個標準的數值，這就使樣值出現了誤差，稱之為量化誤差或叫量化噪聲。顯然，間隔分得越細（即量化級數越多），量化誤差越小，但量化級數越多生成的數據量也越大，設備也越復雜。實際上，如果量化誤差比傳輸過程中的噪聲還要小時，量化誤差就不要了，沒必要過分提高量化級數。 經過量化以后的樣本脈沖信號仍有許多個不同的幅值，將它們直接傳輸仍會受到噪聲，失真等的嚴重影響，還需要經過編碼，變成為只有一個確定幅度的一系列脈沖，即所謂數據傳輸流了。抽樣和量化的區別是：量化利用預先規定的有限個電平來表示模擬信號的抽樣值，它是將取值連續的抽樣變成取值離散的抽樣，它是把一個時間上連續的信號變換成時間上離散的信號，模擬信號經過抽樣后形成時間離散的樣值序列在幅度上仍然連續，仍然屬于模擬信號，則抽樣值很難用二進制碼組描述，所以需要把在幅度上連續的樣值序列分散成有限個離散電平，并用N位二進制碼組表示N為二進制碼組只能同M=2^N 個電平樣值相對應，這樣就實現了無限的抽樣值到有限個離散電平的轉化，使得信號便于在數字傳輸系統中傳輸。 PCM30/32基群幀結構(1)幀結構幀結構的概念就是把多路話音數字碼以及插入的各種標記按照一定的時間順序排列的數字碼流組合。我國采用的是30/32路PCM基群結構，即在傳輸數據時先傳第1路信號，然后傳第2路信號，第3路信號……直到傳完第32路，再傳第1路，第2路……如此循環下去。每一路信號占用的不同的時間位置，稱為時隙，用TS0、TSTS……TS31來表示。其中TS0用于傳輸同步碼、監視碼、對端告警碼組（簡稱對告碼）；TS16用于傳輸信令碼；TS1—TS15傳前15個話路的話音數字碼，TS17—TS31傳輸后15個話路的話音數字碼，顯然，在32個時隙中只有30個時隙用于傳話音數字碼，記作PCM30/32。將所用話路都抽樣一次的時間叫幀長，也就是同一個話