[发明专利]基于实验平台实现多种模数/数模转换的方法

说明书

技术领域

本发明属于通信电子技术领域，涉及模拟信号和数字信号的转换，具体涉及一种基于实验平台实现多种模数/数模转换的方法。

背景技术

数字通信系统因具有抗干扰能力强、差错可控、易于信号处理等许多突出的优点而日渐成为通信的发展方向和主流，但自然界的许多信息都是模拟信号，例如话音、图像等，因此模数/数模转换显得尤为重要。所谓模数变换，就是将模拟信号转化成数字信号，典型的方法分三个步骤进行：抽样，对模拟信号在时域上进行的操作，完成时间上离散化；量化，对模拟信号的抽样值进行量化，使幅度变成有限种取值；编码，用一组二进制数字代码来代替有限种的取值。而数模变换是模数变换的逆过程，它对接收到的数字信号进行译码和低通滤波等处理，恢复出原模拟信号。

随着通信技术的快速发展，对现代通信原理实验系统的总体要求是：1、多功能性，即在同一个实验系统、平台或装置上能够进行多种不同层次和不同方式或方法的通信原理实验；2、可重现性和可创新性，即通信原理实验全过程中，实验者在系统级和模块级层次上，不仅可以自行选择设置实验系统上已有的通信方式或方法，重现前人的成果，验证相关原理，也可在实验系统上自行设计，开创新的通信功能；3、具有与通信理论、原理完全相对应的可演示性和可观察性功能，比如模拟信号数字化的典型方式之一脉冲编码调制。其数字化过程中三个步骤——抽样、量化、编码，都应该可以通过实验系统观察到。

图1所示为通信原理实验系统功能方框图，其各组成模块子系统，除模数/数模变换部分(图中为信源编码器/译码器)外，都相对容易研制成满足上述要求的各实验子系统，但是最基础的部分——模数/数模转换模块到目前为止却还未能做到满足上述要求。以现有投入使用的通信原理教学实验系统为例，如合众达公司的SEED-DTK_FPD实验箱，用TI推出的一款高性能的立体声音频Codec芯片TLV320AIC23B进行实验，但是TLV320AIC23B的模数转换(ADCs)和数模转换(DACs)部件高度集中在芯片内部，用户只能对采样率、采样长度和采样位数进行一些有限的选择，无法观察到模拟信号数字化过程各个环节的波形，如因采样率改变产生的不同结果以及不同量化方式产生的精确度不同的量化噪声等，而且用户不能完全参与模拟信号数字化过程中每一步骤的自行设计。再如捷辉公司的JH5001A型通信原理实验箱，只限于语音信号，以PCM为例，该实验系统仅能验证抽样定理和PCM编译码原理，对于如何依据信号的统计特性不同选取最优的量化方法，以及比较不同量化方法所产生的不同量化信噪比和观察PCM的抽样、量化、编码各个阶段的波形等无法进行实验，并且不能自行设计新的模数/数模转换方法进行实验验证。此外，申请号为200520022910.6的开放式通信原理实验平台，其开放性仅限于调制解调、纠错编译码部分，而模数、数模变换子系统仍简单采用普通的模数、数模集成芯片实现，故模数、数模变换方法是相对固定的，而且其平台结构复杂庞大，转换过程中的每一个步骤不易分割，不能自由控制和更改相应的参数进行实验，从而无法对模数、数模变换系统的每一步骤进行跟踪观察或设计，降低了实验系统的实验效果。

现有的通信原理实验系统的模数/数模转换子系统之所以不能满足上述通信实验教学对实验系统的要求，是因其模数/数模转换部分均由模数/数模集成芯片简单构成实现，而现有的模数/数模变换芯片如MAX132，MAX1400，虽然能分别实现从模拟信号到数字信号和从数字信号到模拟信号的转变，但只能固定的实现一种模数/数模变换方法，如PCM或DM，而不能将两种或两种以上模数变换方法在一块芯片上实现，并且不能根据信号的信息特征选择不同的量化方法，或灵活地选择不同的编码方式，其所构成的通信原理实验系统的模数/数模变换子系统的实验功能演示性不完整，设计自由度小，实验效果欠佳。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有模数/数模实验系统开放性不足，使用自由度小，演示性不完整。提供一种基于实验平台实现多种模数/数模转换的方法，使用器件少，能在同一系统中实现多种模数/数模转换方式，可自由选择采样率、量化算法和编码方式，并可通过示波器、频谱分析仪观察转化过程。