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1、淮海工学院课程设计报告书课程设计报告书课程名称： 通信系统的计算机仿真设计 题 目：PCM 通信系统性能分析与 MATLAB 仿真 系 （院）： 电子工程学院 学 期： 10-11-2 专业班级： 通信工程 姓 名： 学 号： 评语：评语：课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸21 绪论31.1 研究背景与研究意 义 31.2 课程设计的目的和任 务 31.3 可行性分 析 32 PCM 通信系统42.1 PCM 通信系统的基本模 型 42.2 PCM 通信系统的编码（基于 13 折线法） 53 PCM 通信系统的主要模块63.1 信 源 63.2 基带信号的处 理 63.2.1 时域信号的抽
2、样 6成绩：成绩：签名：日期：课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸33.2.2 量化与编码 63.2.3 信道编码 63.3 调制/解 调 73.4 信 道 73.5 传输质量分 析 74 MATLAB 对 PCM 通信系统的仿真74.1 MATLAB 主要模块及参数设置 74.2 PCM 的仿真图和结果分 析 84.2.1 已抽样信号时域图 84.2.2 已抽样信号频谱图 94.2.3 误码率信噪比曲线图 105 结论106 附录课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸4111 1 绪论绪论1.11.1 研究背景与研究意义研究背景与研究意义PCM，中文称脉冲编码调制，由 A.里弗斯于 197
3、3 年提出的，这一概念为数字通信奠定了基础，60 年代它开始应用于市内电话网以扩充容量，使已有音频电缆的大部分芯片的传输容量扩大 2448 倍。到 70 年代中、末期，各国相继把脉冲编码调制成功地应用于同轴电缆通信、微波接力通信、卫星通信和光纤通信等中、大容量传输系统。80 年代初，脉冲编码调制已用于市话中继传输和大容量干线传输以及数字程控交换机，并在用户话机中采用。现在的数字传输系统都是采用脉冲编码调制体制。PCM 最初并非传输计算机数据用的，而是使交换机之间有一条中继线不是只传送一条电话信号。PCM有两个标准（表现形式）即 E1 和 T1。中国采用的是欧洲的 E1 标准。T1 的速率是 1
4、.544Mbit/s，E1 的速率是2.048Mbit/s。脉冲编码调制可以向用户提供多种业务，既可以提供从 2M 到 155M 速率的数字数据专线业务，也可以提供话音、图像传送、远程教学等其他业务。特别适用于对数据传输速率要求较高，需要更高带宽的用户使用。1.21.2 课程设计的目的和任务课程设计的目的和任务本次课程设计是根据“通信工程专业培养计划”要求而制定的。通信系统的计算机仿真设计课程设计是通信工程专业的学生在学完通信工程专业基础课、通信工程专业主干课及科学计算与仿真专业课后进行的综合性课程设计。其目的在于使学生在课程设计过程中能够理论联系实际，在实践中充分利用所学理课 程 设 计 报
5、 告 书 专 用 纸5论知识分析和研究设计过程中出现的各类技术问题，巩固和扩大所学知识面，为以后走向工作岗位进行设计打下一定的基础。课程设计的任务是：（1）掌握一般通信系统设计的过程、步骤、要求、工作内容及设计方法；掌握用计算机仿真通信系统的方法。 （2）训练学生网络设计能力。 （3）训练学生综合运用专业知识的能力，提高学生进行通信工程设计的能力。1.31.3 可行性分析可行性分析本次课程设计采用 MATLAB 对 PCM 通信系统进行仿真模拟，因此设计的内容应该围绕主干专业课程，如：通信原理、程控交换技术、传输设备，通信网等。根据掌握的知识和资料，针对系统提出的任务、要求和条件，完成系统功能
6、设计。从多个方案中选择出设计合理、可靠、满足要求的一个方案。并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析，最后设计出一个完整框图。2 2 PCMPCM 通信系统通信系统2.12.1 PCMPCM 通信系统基本模型通信系统基本模型抽样保持量化器编码器译码器低通滤波器（a）编码器（b）译码器模拟 信号 输入PCM 信号 输出PCM 信号输 入模拟信号输出冲激脉冲图 1： PCM 原理方框图PCM 系统的原理方框图如图 1 所示。在编码器（图 1（a） ）中由冲激脉冲对模拟信号抽样，得到在抽样时刻上的信号抽样值。这个抽样值仍是模拟量。在它量化之前，通常用保持电路将其作短暂保存，以便电路有时间对其进行量化
7、。在实际电路中，常把抽样和保持电路作在一起，称为抽样保持电路。图中的量化器把模拟抽样信号变成离散的数字量，然后在编码器中进行二进制编码。这样，每个二进制码组就代表一个量化后的信号抽样值。图 1（b）中译码器的原理和编码过程相反，这里不再赘述。本次课程设计应用 Matlab 进行仿真，仿真采用蒙特卡罗模型。仿真基本框课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸6图如下：信源调制噪声信道编 码抽样量化PCM 编码信道信道译 码解调性能分 析图 2：PCM 通信系统框图其中：信源：模拟的正弦波语音信号，频率在 0.3k3.4kHZ。抽样：低通连续信号采样，采用 8k 的抽样频率。量化：均匀量化或非均匀量化
8、，这里是 13 折线法，为非均匀量化。 编码：实现 A 律 PCM 编码。信道编码：为了提高系统的可靠性，必须经过信道编码，信道编码的方式有线性分组码，循环码，卷积码等。调制：为了使信号发送出去，必须经过调制，此次课程设计采用了双极性不归零 2ASK 调制方式。 信道：信号经过调制以后，通过信道，信道选择高斯加性白噪声信道。解调：根据调制方式，选择对应的解调方式。译码：根据信道编码方式，选择对应的信道解码方式。性能分析：信号经过调制、信道、解调过程。在接收端，将得到的数据与原始 PCM 码组数据比较，得到在特定信噪比下的误码率。改变系统信噪比，从而得到系统的误码率曲线图。2.22.2 PCMP
9、CM 通信系统的编码（基于通信系统的编码（基于 1313 折线法）折线法）本次设计是基于 A 律来实现的，由于 A 律表示式是一条连续的平滑曲线，用电子线路很难准确地实现。现在由于数字电路技术的发展，这种特性很容易用数字电路来近似实现。13 折线特性就是近似于 A 律的特性。在图 3 中显示出课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸7了这种特性曲线。图 3： 13 折线特性曲线图在 13 折线法中采用的折叠码有 8 位。其中第一位 c1 表示量化值的极性正负。 （c2c3c4）是段落码，共计 3 位，表示图中 8 中斜率的段落；其他 4 位（c5c8）为段内码，可以表示每一段的 16 种量化电平
10、。段落的量化间隔是不同的，段内的 16 个量化电平时均匀划分的。所以这 7 位码共能表示 128 种量化值。其中，第 1 和 2 段最短，斜率最大，横坐标的归一化范围只有 1/128，再将其等分 16 小段后，每一小段只有 1/2048，这就是最小量化间隔，也就是一个量化单位。3 3 PCMPCM 通信系统主要模块通信系统主要模块3.13.1 信源信源话音信号的频率在 300HZ3.4kHZ，这里采用的是单音频正弦信号，信号频率 f=0.8kHZ，即角频率 w=2*pi*f，幅度值 A=5，所以信源的单音频信号为y=5sin(w*t)。3.23.2 基带信号处理基带信号处理此处对于基带信号的处
11、理可分为三个部分 3.2.1 时域信号的抽样我们知道话音信号频率是在 0.3k3.4kHz 之间，而根据奈奎斯特抽样定理：若频带宽度有限的，要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率应大于 2倍信号最高频率。所以在实际中话音的抽样频率为 8kHz。在此次仿真模拟中我们也采用抽样频率 fs=8kHz。抽样周期 T=1/fs。所以由音频信号和抽样函数可得抽样后的信号为：S=Asin(w*n*T)，其中抽样 200 个值，即 n=1,200。课 程 设 计 报 告 书 专 用 纸83.2.2 量化与编码模拟信号抽样后变成在时间上离散的信号，但仍然是模拟信号。这个抽样信号必须经过量化才成为数字信号。而
12、量化后的信号虽然是数字信号，但是还要经过编码之后才利于传输。在这里我们采用的是 A 律 PCM 编码，A 律编码为非均匀量化。在非均匀量化时，量化间隔是随信号抽样值的不同而变化的。信号抽样值小时，量化间隔 V 也小；信号抽样值大时，量化间隔 V 也变大。实际中，非均匀量化的实现方法通常是在进行量化之前，先将信号抽样值压缩，在进行均匀量化。在本次设计中我们采用 13 折线法来进行 PCM 编码，程序（见附录）中 PCM 编码的实现函数是自己编写的 PCMcode，一个抽样值编码为 8位的码字，第一位是极性位，二三四位是段落码，后四位是段内码。3.2.3 信道编码有人可能会有疑问，前面已经讲了编码，为什么这里还要来一个信道编码呢？这个信道编码是为了提高系统传输的可靠性，即降低误码率而专门提出来的，信道编码可分为两类：一类信道编码是对传输信
