通信原理課程設(shè)計(jì)--基于fpga的時(shí)分多路數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)

1、<p><b>　　通信原理課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　--基于FPGA的時(shí)分多路數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)</p><p><b>　　的設(shè)計(jì)與開發(fā)</b></p><p><b>　　一 、課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是一門綜合設(shè)計(jì)性

2、實(shí)踐課程。使大家在綜合已學(xué)現(xiàn)代通信系統(tǒng)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，借助可編程邏輯器件及EDA技術(shù)的靈活性和可編程性，充分發(fā)揮自主創(chuàng)新意識(shí)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成符合實(shí)際需求的通信系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)與調(diào)試任務(wù)。</p><p>　　它不僅能夠提高大家對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解能力，更重要的是能夠提高和挖掘大家對(duì)所學(xué)知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用能力，為將來進(jìn)入社會(huì)從事相關(guān)工作奠定較好的“能力”基礎(chǔ)。</p><p><b>

3、　　二 、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　時(shí)分多路數(shù)字電話基帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)</p><p>　　三、課程設(shè)計(jì)要求任務(wù)</p><p>　　1、64Kb/S的A律PCM數(shù)字話音編譯碼器的開發(fā)設(shè)計(jì)</p><p>　　2、PCM 30/32一次群時(shí)分復(fù)接與分接器的開發(fā)設(shè)計(jì)</p><p>　　

4、3、數(shù)字基帶編碼HDB3編譯碼器的開發(fā)設(shè)計(jì)</p><p>　　4、同步（幀、位、載波同步（可選））電路的開發(fā)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　小組分工</b></p><p>　　五、時(shí)分多路數(shù)字電話基帶傳輸系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　PCM編碼設(shè)計(jì)</b></p><

5、;p><b>　　一、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1、PCM編碼器輸入信號(hào)為: </p><p>　　一個(gè)13位邏輯矢量的均勻量化值:D0,D1…D12</p><p>　　其中:D0為極性位,取值范圍在-4096～+4096之間；</p><p>　　一個(gè)占空比為1/32的8K/S的取樣時(shí)鐘信號(hào)；<

6、;/p><p>　　一個(gè)占空比為50%的2.048Mb/S的合路時(shí)鐘信號(hào)；</p><p>　　2、PCM編碼器輸出信號(hào)為:</p><p>　　一個(gè)8位邏輯矢量的13折線非均勻量化值:C0,C1…C7</p><p>　　其中:C0為極性位.C0=1為正,C0=0為負(fù)；</p><p>　　一個(gè)占空比為1/32的8K/S

7、的取樣時(shí)鐘信號(hào)；</p><p>　　一個(gè)占空比為50%的2.048Mb/S的合路時(shí)鐘信號(hào)；</p><p><b>　　二、PCM編碼分析</b></p><p>　　脈沖編碼調(diào)制(PCM)在通信系統(tǒng)中完成將語音信號(hào)數(shù)字化功能。是一種對(duì)模擬信號(hào)數(shù)字化的取樣技術(shù)，將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的編碼方式，特別是對(duì)于音頻信號(hào)。PCM 對(duì)信號(hào)每秒鐘取樣

8、8000 次；每次取樣為8個(gè)位，總共64kbps。PCM的實(shí)現(xiàn)主要包括三個(gè)步驟完成：抽樣、量化、編碼。分別完成時(shí)間上離散、幅度上離散、及量化信號(hào)的二進(jìn)制表示。根據(jù)CCITT的建議，為改善小信號(hào)量化性能，采用壓擴(kuò)非均勻量化，有兩種建議方式，分別為A律和μ律方式，本設(shè)計(jì)采用了A律方式。</p><p>　　在13折線法中，無論輸入信號(hào)是正是負(fù)，均按8段折線（8個(gè)段落）進(jìn)行編碼。若用8位折疊二進(jìn)制碼來表示輸入信號(hào)的抽樣

9、量化值，其中用第一位表示量化值的極性，其余七位（第二位至第八位）則表示抽樣量化值的絕對(duì)大小。具體的做法是：用第二至第四位表示段落碼，它的8種可能狀態(tài)來分別代表8個(gè)段落的起點(diǎn)電平。其它四位表示段內(nèi)碼，它的16種可能狀態(tài)來分別代表每一段落的16個(gè)均勻劃分的量化級(jí)。這樣處理的結(jié)果，8個(gè)段落被劃分成128個(gè)量化級(jí)。段落碼和8個(gè)段落之間的關(guān)系如表1所示；段內(nèi)碼與16個(gè)量化級(jí)之間的關(guān)系見下表所示。</p><p><b

10、>　　PCM編碼規(guī)則</b></p><p>　　段落碼 段內(nèi)碼</p><p><b>　　流程圖如下</b></p><p><b>　　PCM譯碼設(shè)計(jì)</b></p><p>　　PCM譯碼輸入輸出信

11、號(hào)</p><p>　　（1）PCM譯碼器輸入信號(hào)為:</p><p>　　一個(gè)8位邏輯矢量的13折線非均勻量化值:C0,C1…C7</p><p>　　其中:C0為極性位.C0=1為正,C0=0為負(fù)；</p><p>　　一個(gè)占空比為1/32的8K/S的取樣時(shí)鐘信號(hào)；</p><p>　　一個(gè)占空比為50%的2.04

12、8KB/S的合路時(shí)鐘信號(hào)；</p><p>　?。?）PCM譯碼器輸出信號(hào)為:</p><p>　　一個(gè)13位邏輯矢量的均勻量化值:D0,D1…D12</p><p>　　其中:D0為極性位,取值范圍在-4096~+4096之間；</p><p>　　一個(gè)占空比為1/32的8K/S的取樣時(shí)鐘信號(hào)；</p><p>　　

13、一個(gè)占空比為50%的2.048Mb/S的合路時(shí)鐘信號(hào)；</p><p><b>　　PCM譯碼原理</b></p><p>　　PCM譯碼是PCM編碼的逆過程。通過對(duì)PCM編碼的分析，可以進(jìn)行8位PCM編碼到13位A率13折線的轉(zhuǎn)換，具體轉(zhuǎn)換見下譯碼規(guī)則圖。其中注意，在譯碼時(shí)的13位碼是對(duì)應(yīng)段的中間值，既所得的編碼應(yīng)加上對(duì)應(yīng)段量化值的一半。</p>&l

14、t;p><b>　　PCM譯碼規(guī)則</b></p><p>　　圖 3.2.2 PCM譯碼規(guī)則</p><p><b>　?。?）譯碼電路</b></p><p>　　PCM譯碼器原理框圖</p><p><b>　　PCM譯碼步驟</b></p><

15、;p>　　根據(jù)譯碼器輸入端的樣值，可判斷C1為符號(hào)位。</p><p>　?。?） 由輸入端的樣值判斷確定段落嗎C2C3C4，段落碼與樣值的關(guān)系如下表所示：</p><p>　　(3)確定段內(nèi)碼為C5C6C7C8，根據(jù)上表中的譯碼規(guī)則即可譯碼出13為的邏輯矢量均勻量化值。</p><p><b>　　時(shí)分復(fù)接器設(shè)計(jì)</b></p&g

16、t;<p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　?。?）時(shí)分復(fù)接器輸入信號(hào)為：</p><p>　　一個(gè)8位數(shù)據(jù)總線D7~D0（即30路PCM話音并行數(shù)據(jù)公用總線）</p><p>　　一個(gè)一次群串行位同步時(shí)鐘2.048Mb/S信號(hào) </p><p>　　（2）時(shí)分復(fù)接器輸出信號(hào)為：</

17、p><p>　　一個(gè)一次群串行合路數(shù)據(jù)流2.048Mb/S信號(hào)</p><p>　　一個(gè)一次群串行位同步時(shí)鐘2.048Mb/S信號(hào)</p><p>　　一個(gè)5位時(shí)隙地址總線信號(hào)(即30路PCM話音并行地址總線)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)原理說明</b></p><p>　　時(shí)分多路參數(shù)指標(biāo)：

18、符合 ITU-T G.704 建議 </p><p><b>　　幀結(jié)構(gòu)：</b></p><p><b>　　復(fù)接的分類:</b></p><p><b>　　一、</b></p><p>　　1）同步復(fù)接：復(fù)接的各支路信號(hào)使用的時(shí)鐘都是由一個(gè)總時(shí)鐘提供的，為同步復(fù)接。<

19、;/p><p>　　特點(diǎn)：無需進(jìn)行碼速調(diào)整，有時(shí)只需進(jìn)行相位調(diào)整或根本不需要任何調(diào)整便可復(fù)接。</p><p>　　2）異步復(fù)接：復(fù)接的各支路信號(hào)的時(shí)鐘并非來自同一時(shí)鐘源，各信號(hào)之間不存在同步關(guān)系，稱為異步復(fù)接。</p><p>　　特點(diǎn)：必須進(jìn)行碼速調(diào)整方可進(jìn)行復(fù)接。</p><p>　　3）準(zhǔn)同步復(fù)接：如果各支路信號(hào)的時(shí)鐘由不同的時(shí)鐘源提供，

20、而這些時(shí)鐘源在一定的容差范圍內(nèi)為標(biāo)稱相等情況，對(duì)應(yīng)的復(fù)接為準(zhǔn)同步復(fù)接。</p><p>　　特點(diǎn)：復(fù)接之前也需進(jìn)行碼速調(diào)整，使之滿足復(fù)接條件再進(jìn)行復(fù)接。</p><p><b>　　二、</b></p><p>　　1）按位復(fù)接：按位復(fù)接每次只依次復(fù)接各低次群的一位碼而形成高次群。</p><p>　　2）按字復(fù)接：每次

21、只依次復(fù)接一個(gè)碼子。</p><p>　　3）按路復(fù)接：對(duì)PCM集群來說，一個(gè)路時(shí)隙有8位碼。</p><p>　　4）按幀復(fù)接：按幀復(fù)接是指每次復(fù)接一個(gè)支路的一幀數(shù)碼（一幀含有256個(gè)碼）。</p><p>　　一次群時(shí)分復(fù)接器原理框圖：</p><p><b>　　時(shí)分分接器設(shè)計(jì)</b></p><

22、;p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　時(shí)分分接器輸入信號(hào)為:</p><p>　　一個(gè)一次群串行合路數(shù)據(jù)流2.048Mb/S信號(hào)</p><p>　　一個(gè)一次群串行位同步時(shí)鐘2.048Mb/S信號(hào)</p><p>　　時(shí)分分接器輸出信號(hào)為:</p><p>　　一個(gè)一次群串

23、行合路數(shù)據(jù)流2.048Mb/S信號(hào)</p><p>　　一個(gè)30位邏輯矢量時(shí)隙脈沖信號(hào)</p><p>　　一個(gè)一次群串行位同步時(shí)鐘2.048Mb/S信號(hào)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)原理說明</b></p><p>　　分接器的功能是將32路合路的2.048Mb/s的信號(hào)分成32路64K/S的分路信號(hào)，同時(shí)生成32

24、路時(shí)隙脈沖。其中主要是幀同步與位同步的捕捉與確定。</p><p>　　幀結(jié)構(gòu)圖見復(fù)接模塊。</p><p><b>　　HDB3編碼設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　輸入信號(hào)：一路串行2.048Mb/S合路數(shù)據(jù)流；</p><

25、p>　　一路2.048Mb/S位同步時(shí)鐘脈沖。</p><p>　　輸出信號(hào)：一路串行2.048Mb/S合路HDB3編碼的正極性數(shù)據(jù)流H+；</p><p>　　一路串行2.048Mb/S合路HDB3編碼的負(fù)極性數(shù)據(jù)流H-；</p><p>　　一路2.048Mb/S位同步時(shí)鐘脈沖。</p><p><b>　　二、編碼規(guī)則分

26、析：</b></p><p>　　1.對(duì)輸入為1碼元交替翻轉(zhuǎn)編碼,即:依次在H+和H-端口輸出1。</p><p>　　2.對(duì)輸入為0碼元同時(shí)在H+和H-端口輸出0。</p><p>　　3.當(dāng)連續(xù)輸入4個(gè)0碼元,且與上一個(gè)連續(xù)0碼元之間1碼元為奇數(shù)個(gè)時(shí),第四個(gè)0碼 元改為1碼元,且與之前1碼元的最后一個(gè)1碼元同極性,即:在同端口輸出。</p>

27、;<p>　　4.當(dāng)連續(xù)輸入4個(gè)0碼元,且與上一個(gè)連續(xù)4個(gè)0碼元之間1碼元為偶數(shù)個(gè)時(shí),第一個(gè)0碼元改為1碼元，與之前1碼元的最后一個(gè)1碼元反極性,即:在不同端口輸出，第四個(gè)0碼元改為1碼元,且與之前1碼元的最后一個(gè)1碼元同極性,即:在同端口輸出。</p><p><b>　　HDB3譯碼器設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求<

28、;/b></p><p>　　輸出信號(hào)：一路串行2.048Mb/S合路數(shù)據(jù)流；</p><p>　　一路2.048Mb/S位同步時(shí)鐘脈沖。</p><p>　　輸入信號(hào)：一路串行2.048Mb/S合路HDB3編碼的正極性數(shù)據(jù)流H+；</p><p>　　一路串行2.048Mb/S合路HDB3編碼的負(fù)極性數(shù)據(jù)流H-；</p>

29、<p>　　一路2.048Mb/S位同步時(shí)鐘脈沖。</p><p>　　二、HDB3譯碼規(guī)則分析</p><p>　　將編碼修改過的0碼元恢復(fù)，并將雙極性交替1脈沖改為單 </p><p><b>　　極性1脈沖</b></p><p>　　三、HDB3譯碼VHDL語言設(shè)計(jì)</p&g

30、t;<p>　　對(duì)輸入的H+和H-分別設(shè)立一個(gè)五級(jí)緩存移位寄存器，每一拍 都判斷是否存在10001，或1001X；若存在分別改成10000， 或0000X。再將H+和H-相或輸出。</p><p><b>　　流程圖如下：</b></p><p><b>　　同步模塊原理</b></p><

31、;p>　　*所謂同步是指收發(fā)雙方在時(shí)間上步調(diào)一致，故又稱定時(shí)。</p><p>　　幀同步（群同步）是為接收信號(hào)而使給定數(shù)字信道的接收端與發(fā)送端的相應(yīng)信道對(duì)齊的過程，幀同步碼有集中插入和分散插入兩種插入方法。</p><p><b>　　集中插入法：</b></p><p>　　適用于要求快速建立同步的地方，或間斷傳輸信息并且每次傳輸時(shí)間

32、很短的場(chǎng)合。 </p><p><b>　　分散插入法：</b></p><p>　　適用于連續(xù)傳輸信息之處，例如數(shù)字電話系統(tǒng)中。</p><p>　　2、位同步（碼元同步）</p><p>　　碼元同步目的：準(zhǔn)確的時(shí)刻對(duì)接收碼元進(jìn)行判決，以及對(duì)接收碼</p><p><b>　　元能

33、量正確積分。</b></p><p>　　碼元同步方法：從接收碼元的起止時(shí)刻產(chǎn)生一個(gè)碼元同步脈沖序</p><p>　　列，或稱定時(shí)脈沖序列。</p><p><b>　　碼元同步方法分類：</b></p><p>　　外同步法：它是一種利用輔助信息同步的方法，需要在信號(hào)中另 </p>

34、<p>　　外加入包含碼元定時(shí)信息的導(dǎo)頻或數(shù)據(jù)序列。</p><p>　　自同步法，它不需要輔助同步信息，直接從信息碼元中提取出碼 </p><p>　　元定時(shí)信息。顯然，這種方法要求在信息碼元序列中 </p><p><b>　　含有碼元定時(shí)信息。</b></p><p><b>　　位同步

35、原理圖：</b></p><p>　　群同步原理框圖----移位搜索法</p><p>　　系統(tǒng)開始處于捕捉態(tài)。對(duì)接收碼元逐個(gè)考察，若考察的第一個(gè)接收碼元就發(fā)現(xiàn)它符合群同步碼元的要求，則暫時(shí)假定它就是群同步碼元；在等待一個(gè)周期后，再考察下一個(gè)預(yù)期位置上的碼元是否還符合要求。若連續(xù)n個(gè)周期都符合要求，就認(rèn)為捕捉到了群同步碼。若第一個(gè)接收碼元不符合</p><p

36、>　　要求或在n個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)一次被考察的碼元不符合要求，則</p><p>　　推遲一位考察下一個(gè)接收碼元。直至找到符合要求的碼元并保持連續(xù)n個(gè)周期都符合為止；這時(shí)捕捉態(tài)轉(zhuǎn)為保持態(tài)。</p><p>　　在保持態(tài)，同步電路仍然要不斷考察同步碼是否正確，但是為了防止考察時(shí)因噪聲偶然發(fā)生一次錯(cuò)誤而導(dǎo)致錯(cuò)認(rèn)為失去同步，一般可以規(guī)定在連續(xù)n個(gè)周期內(nèi)發(fā)生m次(m < n)考察錯(cuò)誤才認(rèn)為是