基于Simulink的模拟信号数字化方法研究和仿真开题报告

1. 研究目的与意义

随着通信技术的发展，数字通信成为主流技术。那模拟信源提供的模拟信号如何在数字通信系统中传输呢?模拟信号要想在数字通信系统进行传输，首先需要在发送端把模拟信号数字化，即进行模数转换，然后在数字通信系统进行传输；在接收端需把数字信号还原成模拟信号，即进行数模变换。

在发送端，模拟信号数字化是将连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码以产生二进制数字符号的过程，对信号进行数字化传输，提高通信系统的有效性和可靠性。其理论简单，应用成熟，因具有提供很高带宽，满足用户的大数据量的传输；噪声不积累；支持从2m至155m的各种速率传输等特点，目前在通信、微波接力通信及同轴电缆等方面都获得广泛的应用^[1]。

本课题研究语音信号的数字化传输，包括对语音信号的抽样,量化和编码。语音信号常用的编码方式有脉冲编码调制( pcm ) ,增量调制(△m ), 连续可变速率增量调制cvsd等^[2]。

随着通信系统的规模和复杂度的不断增加，通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视。目前，利用计算机仿真技术对通信系统进行仿真来研究和验证系统性能已经成为通信系统技术开发的一个重要手段。通信系统的模拟仿真技术是介于手工分析和电路试验的一种系统设计方法，它可以让用户在短时间内建立整个通信系统模型，并对其进行模拟仿真^[3]。而在众多的仿真平台中， matlab较之于其它仿真软件有着独到的优势。1、编程环境，matlab由一系列工具组成。这些工具方便用户使用matlab的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面。包括matlab桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。2、简单易用，matlab是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（m文件）后再一起运行。3、强大处理，matlab是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而且经过了各种优化和容错处理。4、图形处理，matlab自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。5、模块工具，matlab对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。6、程序接口，新版本的matlab可以利用matlab编译器和c/c 数学库和图形库，将自己的matlab程序自动转换为独立于matlab运行的c和c 代^[4]。

2. 研究内容和预期目标

本课题主要研究通信系统中模拟信号的数字化过程，并通过matlab的simulink平台进行语音信号的数字化仿真，理解模拟信号数字化过程中抽样、量化、编码等传输原理，并研究不同的编码方式及性能。具体地，本课题将研究pcm、dpcm和adpcm系统，分别进行simulink仿真，并对系统性能进行分析和比较。 预期目标

以语音信号为信号源，设计并构建不同的数字化传输系统，在simulink平台上进行仿真，并进行性能比较。

3. 研究的方法与步骤

以语音信号为信号源，确保信号源为模拟信号，首先对信号进行采样，有低通型与带通型两种抽样方式，根据课题要求，将采用低通型连续信号抽样，抽样频率为信号频率最高的二倍或二倍以上即可；然后进行量化，有均匀量化和非均匀量化两种方式，本课题将分别采用均匀量化及a率13折线非均匀量化两种方式，并进行比较；在编码阶段，本课题研究pcm、、dpcm（增量调制）和adpcm这几种不同的编码方式，构建相应的传输系统，并进行性能比较。具体步骤如下：（以pcm为例）

原理了解

输入的模拟信号 m（t）经抽样、量化、编码后变换成数字信号，经心道传送到接收端的译码器，由译码器还原出抽样值，再经过低通滤波器滤出模拟信号。其中，量化与编码的组合成为 a/d 变换器；而译码与低通滤波的组合成为 d/a 变换。

4. 参考文献

5. 计划与进度安排

3.2-3.20理解课题任务，查阅资料，完成开题报告;

3.23-4.10深入研究课题要求，设计pcm传输系统并进行理论分析;

4.13-4.30熟悉matlab的simulink仿真平台，对所设计的系统进行仿真;