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1、 课程设计评分标准课程设计评分标准评分项目得分具有题目、摘要、目录、正文、参考文献（5 分） 报告书写 及格式 正文格式，图、表、参考文献引用等正确，排版美观（5 分）报告中是否体现被仿真系统的原理以及原理框图（5 分）基础原理仿真目的，仿真方法，仿真结果的意义表述清楚（5 分）做出信源，调制信号，解调信号波形（10 分）M 文件仿真 仿真参量丰富（如对频谱，信噪比，误码率等的分析） ，仿真波形直 观。 （10 分）是否实现设计功能，各个模块的设计参数是否清晰（10 分）框图直观，有对不同参数条件下的仿真对比及结论（10 分）Simulink 仿真仿真参量丰富（如对频谱，信噪比，误码率等的分析
2、） ，仿真波形直 观。 （10 分）是否存在抄袭（10 分）对所仿真系统原理的提问回答情况（10 分）答 辩对仿真过程提问的回答情况（10 分）总分- 1 -课程设计评分标准.- 1 -基于 MATLAB/SIMULINK 的 PCM 编码的研究与仿真.- 3 -摘 要.- 3 -ABSTRACT .- 3 -1 背景知识.- 4 -1.1 PCM 原理及仿真.- 4 -1.1.1 脉冲编码调制.- 4 -1.1.2 PCM 编码原理.- 5 -2 M 文件仿真.- 10 -3 SIMULINK 仿真.- 15 -3.1 原始模拟信号电路图及仿真图.- 15 -3.2 PCM 编码器电路设计.
3、- 17 -3.3 PCM 解码器电路设计.- 24 -4 心得体会.- 28 -参考文献.- 28 - 2 -基于 MATLAB/simulink 的 PCM 编码的研究与仿真摘 要本设计结合 PCM 的抽样、量化、编码原理，利用 MATLAB 软件编程和绘图功能，完成了对脉冲编码调制（PCM）系统的建模与仿真分析。即学习通过利用计算机建立通信系统模型的基本方法和基本技能，学习会利用仿真的手段对通信系统的基本理论和基本算法进行验证。学习现有流行的通信系统仿真软件的基本使用方法，利用 Matlab 软件解决通信中存在的问题。关键词：脉冲编码调制（PCM） 均匀与非均匀量化MATLAB 仿真Ab
4、stractCombined with the sampling, quantization, coding theory of PCM, using MATLAB software programming and graphics, the completion of the pulse code modulation (PCM) modeling and simulation analysis system.The basic method is to establish the model of communication system of learning through the u
5、se of computer and basic skills, learning by means of simulation of communication system of basic theory and basic algorithm are verified.The basic method of using communication system simulation software to learn of the existing, to solve communication problems using Matlab software.Keywords: pulse
6、 code modulation (PCM) with uniform and non-uniform quantization in MATLAB simulation- 3 -1 背景知识1.1 PCM 原理及仿真 脉冲编码调制就是把一个时间，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字信号后在信道中传输。脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程。 1.1.1 脉冲编码调制脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM)是概念上最简单、理论上最完善的编码系统，是最早研制成功、使用最为广泛的编码系统，但也是数据量最大的编码系统。PCM 的实现主要包
7、括三个步骤完成：抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。根据 CCITT 的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为 A 律和 律方式，我国采用了 A 律方式，由于 A律压缩实现复杂，常使用 13 折线法编码,下图为 PCM 系统的原理框图：图中，输入的模拟信号 m(t)经抽样、量化、编码后变成了数字信号(PCM 信号)，经信道传输到达接收端，由译码器恢复出抽样值序列，再由低通滤波器滤出模拟基带信号m(t)。通常，将量化与编码的组合称为模/数变换器（A/D 变换器)；而译码与低通滤波的- 4 -组合称为数/模变换器(D/A 变换器
8、)。前者完成由模拟信号到数字信号的变换，后者则相反，即完成数字信号到模拟信号的变换。PCM 在通信系统中完成将语音信号数字化功能，它的实现主要包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。根据CCITT 的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A 律和 律方式，我国采用了 A 律方式，由于 A 律压缩实现复杂，常使用 13 折线法编码,采用非均匀量化 PCM 编码。1.1.2 PCM 编码原理1)抽样所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中
9、所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。在一个频带限制在（0，f h）内的时间连续信号 f（t） ，如果以 1/2 f h 的时间间隔对它进行抽样，那么根据这些抽样值就能完全恢复原信号。或者说，如果一个连续信号f（t）的频谱中最高频率不超过 f h，当抽样频率 f S2 f h 时，抽样后的信号就包含原连续的全部信息。抽样定理在实际应用中应注意在抽样前后模拟信号进行滤波，把高于二分之一抽样频率的频率滤掉。这是抽样中必不可少的步骤。2) 量化量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。从数学上来看
10、，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。一个模拟信号经过抽样量化后，得到已量化的脉冲幅度调制信号，它仅为有限个数值。如下图所示，量化器输出L个量化值，k=1，2，3，L。常称为重建电平或量kyky化电平。当量化器输入信号幅度x落在与之间时，量化器输出电平为。这个量化kx1kxky过程可以表达为：1( ),1,2,3,kkkyQ xQ xxxykL- 5 -这里称为分层电平或判决阈值。通常称为量化间隔。kxkkkxx1图1-1模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。均匀量化：用这种方法量化输入信号时，无论对大的输入信号还是小的输入信号一律都采用相同的量化间隔。为了
11、适应幅度大的输入信号，同时又要满足精度要求，就需要增加样本的位数。但是，对话音信号来说，大信号出现的机会并不多，增加的样本位数就没有充分利用。为了克服这个不足，就出现了非均匀量化的方法。非均匀量化：非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出v的优点。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量
12、化信噪比。实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是压缩律和 A 压缩律。美国采用压缩律，我国和欧洲各国均采用 A 压缩律，所谓 A 压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律：， 。AXAAxy10 ,ln111,ln1ln1XAAAxy由于 A 律压缩实现复杂，常使用 13 折线法编码, 压扩特性图如下图所示：模拟入yx 量化器 量化值- 6 -图 1-2 A 律函数 13 折线压扩特性图这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路实现，本设计中所用到的 PCM 编码正是采用这种压扩特性来
13、进行编码的。 表 1-1 13 折线时的值与计算值的比较xxy081 82 83 84 85 86 871x01281 6 .60 16 .3014 .151 79. 71 93. 31 98. 111按折线分段时的x01281 641 321 161 81 41 211段落12345678斜率1616842121 41表 1 中第二行的 值是根据 时计算得到的，第三行的 值是 13 折线分段时的值。可见，13 折线各段落的分界点与 曲线十分逼近，同时 按 2 的幂次分割有利于数字化。3) 编码所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速- 7 -编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。下面结合 13 折线的量化来加以说明。表 1-2 段落码
