PCM時分复用电路的仿真设计.doc

PCM时分复用电路的仿真设计 摘 要：脉冲编码调制（Pulse Code Modulation, PCM）通常是指模拟信号经抽样﹑量化，直到转换成二进制符号的基本过程。时分复用（Time Division Multiplexing, TDM）是指多路独立信号分时共用一条链路进行传输。SystemView是一个具有动态分析能力的信号级的仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计及仿真，并能满足数字信号处理、数字滤波器的设计、通信系统等不同层次的设计仿真要求。本文以典型的电话信号为例，通过对多路PCM时分复用电路的设计及仿真，使我们进一步熟练掌握SystemView仿真软件的使用，并在此基础上再次分析PCM的编译码过程，同时了解时分复用的原理。 关键词：脉冲编码调制；时分复用；SystemView 脉冲编码调制（Pulse code modulation ,PCM）的多路时分复用系统是构成准同步数字体系（Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH）的基础技术，是现代通信的一种重要技术。随着数字技术和超大规模集成技术的发展，新一代高集成度单板PCM基群复接设备采用了必威体育精装版的超大规模集成电路和厚薄膜工艺技术，它可以在标准的PCM30/32基群即 2M传输通道上直接提供30路终端业务接口。与此同时，PCM设备广泛应用于专网﹑军事﹑交通﹑医疗﹑石油等行业，其中我们熟悉的iphone的开发中也有PCM技术的应用。不过，它主要用于专网中特殊数字信号、固定电话信号以及以太网信号的编码传输。并且随各行业技术的飞速发展，PCM技术与它们结合都可以有很好的发展前景。本文主要是以典型的电话信号为例，通过SystemView的仿真设计来分析PCM的编码过程，了解其再节省带宽方面的优越性，并认识时分复用的基本原理。 1 脉冲编码调制的工作原理 1.1 模拟信号的抽样 由于语音信号的频率限制在300Hz——3400Hz内，考虑到滤波器通带和阻带之间的过渡，为了实现信号的语音频率特性，在用SystemView进行仿真设计时，没有采用带通滤波器，而是采用了低通滤波器。因此，在此只介绍低通模拟信号的抽样定理。 模拟信号通常是指在时间上连续的信号。在一系列离散的时间点上，对这种信号进行抽取样值成为抽样，如图1-1(a)所示。图中所示是模拟基带信号，在等间隔的时间内（理论上并不是必须如此）对它进行抽样。理论上，这个过程可以等效为模拟基带信号与周期为的单位冲激脉冲相乘，得到一系列的冲激脉冲=×，如图1-1(e)。实际上，我们常用周期性的窄脉冲替代冲激脉冲。时域抽样定理指出：一个频谱受限的信号，如果频谱只占据-— +的范围，则信号可以用等间隔的抽样值唯一地表示。而抽样间隔必须不大于，或者说，最低抽样频率为2。因此，若模拟基带信号的频谱限制在-— +(如图1-1(b)), 用频率≥2的冲激脉冲对其抽样，得到如图1-1(f)所示的周期性的频谱，再通过一截止频率为的低通滤波器，就可以恢复原信号。 图1-1(a) 模拟基带信号 图1-1(b) 频谱 Figure 1-1(a) analog baseband signal Figure 1-1(b) spectrum 图1-1(c) 抽 样 脉 冲 信 号 图 1-1(d) 频 谱 Figure 1-1(c) sampling pulse signal Figure 1-1(d) spectrum 图1-1(e) 冲激脉冲 图1-1(f) 抽样后信号频 Figure 1-1(e) impulse Figure 1-1(f) the signal spectrum after sampling 1.2 抽样信号的量化 1.2.1 量化的基本原理 模拟信号经抽样后变为时间上离散，但取值上连续的模拟信号。这个信号必须经过量化才能变为数字信号。 设模拟信号的抽样值为，其中为抽样周期,是整数。此抽样值仍然是一个取值连续的变量。若用个二进制数字码元来表示此抽样值的大小，则个二进制码元只能代表=个不同的抽样值。因此，必须将抽样值的范围划分为个区间，每个区间的所有抽样值都用一个二进制电平表示。这样就可以用个量化电平表示出连续的抽样信号，这就过程就成为量化。若个抽样值区间是等间隔划分的，则称这样的量化为均匀量化。当然量化区间也可以是不均匀划分的，成为非均匀量化。 1.2.2 均匀量化 设模拟抽样信号的取值范