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1、脉冲编码调制一、实验目的 掌握脉冲编码调制原理及其实现方法 二、实验内容用SystemView软件仿真脉冲编码调制实现过程三、 实验原理1. PCM 系统工作原理在现代通信系统中，以PCM为代表的编码调制技术被广泛应用于模拟信号的数字传输。 除PCM外，DPCM 和ADPCM的应用范围更广。PCM的主要优点是抗干扰能力强、失真 小、传输特性稳定，尤其是远距离信号再生中继时，噪声不累积，而且可以采用压缩编码、 纠错编码和保密编码等来提高系统的有效性、可靠性和保密性。另外PCM还可以在一个信 道上将多路信号进行时分复用，传输脉冲编码调制PCM是把模拟信号变换为数字信号的一 种调制方式。其最大的特点
2、是把连续输入的模拟信号变换为在时域和振幅上都离散的量，然 后将其转化为代码形式传输。 PCM 编码通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟 信号转换为数字编码。为便于用数字电路实现其量化电平数一般为2的整数次幂，有利于采 用二进制编码表示。采用均匀量化时，其抗噪声性能与量化级数有关，每增加一位编码，其 信噪比增加约6dB，但实现的电路复杂程度也随之增加，占用带宽也越宽。因此，实际采 用的量化方式多为非均匀量化，通常使用信号压缩与扩张技术来实现非均匀量化，在保持信 号固有的动态范围前提下，在量化前将小信号进行放大，而对大信号进行压缩通常的压缩方 法有13折线A律和律两种标准。国际通信中多采用
3、A律，采用信号压缩后，用8位编码实 际可以表示均匀量化11 位编码时才能表示的动态范围，能有效提高小信号时的信噪比。PCM 通信系统组成如图 4-6 所示：图 4-6 PCM 通信系统组成框图输入信号经抽样量化编码后变成数字信号（PCM信号）经信道传输到达接收端，先 由译码器恢复出抽样值序列，在经过低通滤波滤出模拟基带信号，通常将量化编码组合称为 模/数变换器，将译码低通的组合称为数/模变换器。2、A87.6/13 折线编码的码位安排当 n=8 时， a1 a2 a9 的安排如下：a1 :极性码，当抽样值ls0时，a1=1，否则为0 ；a2 a3 a4 :段落吗，用来确定抽样值所在量化器的段落
4、a5 a6 a7 a8 :段内电平码。最小量化间隔=鋼=（1/128）/16=1/2048n=8时，A87.6/13折线编码码位与其对应的电平关系如下表所示：量化值=段落七点电平+段内电平码表示的电平值不北:32： E3 酬K!善起耳电平 心段内电平羽对应的屯平103700 DS斗2T1DO 1r呂2LL301 0isS42240 1血3216呂4q5L0 0IjKti斗31L0呂呂i5L0 1356皿6432L6167L 05122561233232SL 1LD3-15】2256U3崔1何特点:（ 1 ） a2 a3 a4 无固定权值（2）第 1 段除外，其余各段七点电平依次乘2（3）段内电
5、平码仅在本段落内有固定权值3、A87.6/13 折线译码编码时，n（n+1）内的样值，编码值为n，即量化值为n根据量化理论，为了使量化噪声平均功率有最小值，当量化级数 N 很大时，；量化值应取为（n+0.5 ）所以为了整个系统的量化值的平均量化误差最小，译码值为编码值+0.5绻四、脉冲编码调制系统的 SystemView 仿真图4-7 PCM通信系统调制解调原理图参数设置系统时钟：No. of Sample: 2001; Sample Rate: 40000Hz;No.of System Loop: 1器件参数高斯噪声0Std Deviation 1; Mean 0矩形脉冲11V; 1000H
6、z; PulseWidth0.00005s；Offset 0; 0degree压缩器6A-law; Max Input 1 .27扩展器7A-law; Max Input 1.27A/D转换器8 Twos Compiment; Gate Delay 0Threshold 0.5; True Output 1False Output 0; No.Bits 8;Min Input -1.28; Max Input 1.27;Rise Time 0D/A 转换器9 Twos Compiment; Gate Delay 0 Threshold 0.5; Max Output -1.28 Min Out
7、put 1.27;低通滤波器5 Low Fc 50; Hi Fc 3400五、执行结果及结果分析输入信号、压缩信号、恢复信号：PCM 通信系统输入信号压缩信号恢复信号波形图将恢复信号与原信号画在一个图中，比较能看出两个信号间有误差如下图所示：加大脉冲信号的频率，误差能明显减小。六、思考题1 采用均匀量化 PCM 编码，应如何修改系统设计，比较并分析均匀量化与压缩 PCM 编码 的实验结果。采用均匀量化PCM编码系统设计图如下：相关参数不变情况下，结果如下：输入信号、压缩信号、恢复信号：Ad J !沪i I J悄I_ h J一 _叶三 IHr4r-将恢复信号与原信号画在一个图中，比较能看出两个信
8、号间有误差如下图所示：曲 ?nw-Bncw Ufindow t!p31 森盘.丽 ES iS 名曲匕 w 工 回 出 加 Q 曲直 E ra山i 応 emuEi曲田散Eft?翳dtU.fit. Eiili= S-w|dM= Ml 3JJI-dm竺勺竺2半 TT 刖 I DKW 4*0 Ifal bLi: eJIlL有上述所得信号图像比较后可以发现，采用均匀量化与非均匀量化所还原出来的信号与 输入信号并无很大的区别，只是稍稍有点延迟。（输入信号高斯噪声为小信号）原因分析：由于在均匀量化中，无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此，当 信号较小时，则信号量化噪声功率比也就很小，这样，
9、对于弱信号时的量化信噪比就难以达 到给定的要求。通常，把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，可见，均匀 量化时的信号动态范围将受到较大的限制。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。当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度时，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。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 善了小信号时的量化信噪比。2 分析本实验中两个信号源的作用，设计实现 PCM 系统的抗噪声仿真 答：本实验中，高斯噪声信号源为待编码信号，而矩形脉冲信号则为PCM编码的干扰信号。PCM 系统的抗噪声仿真如下：
