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1、 通信原理课程设计 题 目 模拟信号数字化PCM编码设计 专 业 电子工程 学 号 2011014040 姓 名 曹尚 指导教师 王荣之 时 间 2013年 11月13日 牡丹江师范学院牡丹江师范学院本科学生课程设计指导书 题 目 模拟信号数字化PCM编码设计 班 级 电子工程 学 号 2011014040 姓 名 曹尚 指导教师 王荣之 牡丹江师范学院2013 年11 月 13 日单片机课程设计指导书课程名称：通信原理学时数：2周学分数：开课院、系部、教研室： 工学院 电子信息科学与技术系执笔人： 王荣之编写时间： 2013.11.1一、 设计目的1通过对模拟信号数字化PCM编码的分析，加强
2、对PCM编码的了解，并掌握模拟信号数字化的方法。2 通过设计，培养分析问题解决问题的能力并掌握MATLAB的使用。二、设计任务 对模拟信号进行数字化PCM编码设计三、 设计内容与要求 1. 模拟信号数字化的处理步骤：抽样、量化、编码 2. PCM编码的压缩和扩张原理 3. 用MATLAB或其它EDA工具软件对PCM编码进行使用A律和律的压缩和扩张进行软件仿真四、 设计资料及有关规定 1.课程设计的内容独立自主完成，课程设计报告内容完整、格式标准、排版整洁美观 2.设计选用的语言不限，推荐使用MATLAB五、 设计成果要求 设计论文六、 物资准备1. 到图书馆、工学院资料室查阅相关资料2. 到实
3、验室准备芯片作好实验准备七、 主要图式、表式电路图要求用电路绘图软件画出八、 时间安排2013.11.1 设计发动，发放设计任务书2013.11.2-2013.11.3 查阅资料、拟定设计程序和进度方案2013.11.4-2013.11.10 确定设计方案、实验、画图、编写设计说明书2013.11.11-2013.11.13 完成设计，交指导教师审阅2013.11.14 成绩评定九、 考核内容与方式考核的内容包括：学习态度；技术水平与实际能力；论文(计算书、图纸)撰写质量；创新性；采取审定与辩论相结合的方式，成绩评定按百分制记分。十、参考书目1.?通信原理?樊昌信 曹丽娜 国防工业出版社2.?
4、数字信号处理教程matlab释义与实现?陈怀琛 电子工业出版社牡丹江师范学院本科学生课程设计任务书课程名称：通信原理课程设计题目模拟信号数字化PCM编码的设计院、系工学院专业电子工程年级2011参数和设计要求：1.模拟信号数字化的处理步骤：抽样、量化、编码；2. PCM编码的压缩和扩张原理；3. 用MATLAB或其它EDA工具软件对PCM编码进行使用A律和律的压缩和扩张进行软件仿真学生应完成的工作：1. 课程设计的内容独立自主完成，课程设计报告内容完整、格式标准、排版整洁美观2. 设计选用的语言不限，推荐使用MATLAB、C均可，编写出的程序，必须有详细的注释说明目前资料收集情况含指定参考资料
5、： 1.?通信原理?樊昌信 曹丽娜 国防工业出版社 2.?数字信号处理教程matlab释义与实现?陈怀琛 电子工业出版社课程设计的工作方案：2013.11.1 设计发动，发放设计任务书2013.11.2-2013.11.3 查阅资料、拟定设计程序和进度方案2013.11.4-2013.11.10 确定设计方案、实验、画图、编写设计说明书2013.11.11-2013.11.13 完成设计，交指导教师审阅2013.11.14 成绩评定任务下达日期 2013 年 11 月 1 日 完成日期 2013 年 11 月 14 日指导老师 签名 学生 签名 目 录摘要.1第一章 根本原理21.1 对模拟信
6、号进行抽样21.2 对离散数字信号序列量化41.3 对量化后的数字信号进行编码9第二章 仿真程序、程序编制、流程图、仿真结果122.1 抽样定理的验证122.2 量化与编码132.3 误码率15第三章 结论及其分析163.1 抽样定理的验证163.2 量化与编码分析193.3 误码率分析20第四章 心得体会224.1 心得体会22第五章 参考文献23模拟信号数字化PCM编码设计摘要：本设计讨论的是模拟信号的数字传输。数字化过程包括三个步骤：抽样(Sampling)、量化quantization和编码coding。模拟信号首先被抽样。通常抽样是按照等时间间隔进行的，瑞然在理论上并不是必须如此的。
7、模拟信号被抽样后，成为抽样信号，他在世界上是离散的，但是其取值仍然是连续的，所以是离散模拟信号。第二步是量化。量化的结果使抽样信号变成量化信号，其取值是离散的。故量化信号已是数字信号了。第三部是编码。最根本和最常用的编码是脉冲编码调制PulseCodeModulation，PCM，他将量化后的信号变成二进制。由于编码方法直接和系统的传输效率有关，为了提高传输效率，常常采用这种PCM信号进一步做压缩编码，再在通信系统中传输。关键词：抽样;量化;编码；脉冲编码调制模拟信号数字化的处理第一章 根本原理通信系统可以分为模拟和数字通信系统两大类。数字通信系统有很多的优点，应用非常广泛，已经成为现代通信的
8、主要开展趋势。自然界中很多信号都是模拟量，我们要进行数字传输就要将模拟量进行数字化，将模拟信号数字化，处理可以分为抽样，量化，编码，这三个步骤。下列图是模拟信号数字传输的过程原理图： 下列图是模拟信号数字化过程：模拟信号源编码量化抽样1.1对模拟信号进行抽样抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值的过程。抽样定理：设一个频带限制的0，fHHz内的时间连续信号mt如果它不少于2fH次/s的速率进行抽样，那么m(t)可以由抽样值完全确定。抽样定理指出，由样值序列无失真恢复原信号的条件是fs2fH ，为了满足抽样定理，要求模拟信号的频谱限制在0fH之内fH为模拟信号的最高频率。为此，
9、在抽样之前，先设置一个前置低通滤波器，将模拟信号的带宽限制在fH以下，如果前置低通滤波器特性不良或者抽样频率过低都会产生折叠噪声。抽样频率小于2倍频谱最高频率时，信号的频谱有混叠。 抽样频率大于2倍频谱最高频率时，信号的频谱无混叠。取样分为冲激取样和矩形脉冲取样，这里只详细介绍冲激取样的原理和过程，矩形脉冲取样的原理和冲激取样的是一样的，只不过取样函数变成了矩形脉冲序列。数学运算与冲激取样是一样的。冲激取样就是通过冲激函数进行取样。上图左边就是简化的模拟信号转换离散的数字信号的抽样过程，其中ft是连续的时间信号，也就是模拟信号，在送到乘法器上与s(t)取样脉冲序列进行乘法运算，事实上取样脉冲序
10、列就是离散的一个个冲激函数冲激函数如上图右边的图，右边局部的fs(t)就是变成了一个个离散的函数点了。下面给出抽样的数学运算过程。下面给出抽样过程的冲激抽样的函数过程： 因此：fs(t)另外要注意的是，采样间隔的周期要足够的小，采样率要做够的大，要不然会出现如下列图所示的混叠现象，一帮情况下TsWs=2,Wn2Wm。1.2对离散数字信号序列量化量化就是利用预先规定的有限个电平来表示模拟信号抽样值的过程。时间连续的模拟信号经过抽样后的样值序列虽然在时间上离散，但是在幅度上仍然是连续的，也就是说，抽样值m(kT)可以取到无穷多个值，这个很容易理解的，因为在一个区间里面可以取出无数的不同的数值，这就
11、可以看成是连续的信号，所有这样的信号仍然属于模拟信号范围。因此这就有了对信号进行量化的概念。在通信系统中已经有很多的量化方法了，最常见的就是均匀量化与非均匀量化。均匀量化概念比拟早出来。因其有很多的缺乏之处，很少被使用，这就有了非均匀量化的概念。均匀量化就是把信号的取值范围按照等距离分割，每个量化电平都取中间值也就是平均值，落在这个区间的所有值都用这个值代替。当信号的变化范围和量化电平被确定后，量化间隔也就被确定。在语言信号数字化通信中，均匀量化有个明显缺乏之处：量化信噪比随信号的电平的减小而下降。为了克服这个缺点，实际中往往采用非均匀量化。非均匀量化是一种在整个动态范围内量化间隔不相等的量化
12、。它是根据输入信号的概率密度函数来分布量化电平的，以改善量化性能，它的特点是输入小时量阶也小，输入大时，量阶也大。整个范围内信噪比几乎是一样的，缩短了码字长度，提高了编码效率。实际中非均匀量化的方法之一是把输入量化器的信号x先进行压塑处理，再把压缩的信号y进行非均匀量化。压缩器其实就是一个非线性电路，微弱的信号被放大，强的信号被压缩，压缩器的输入输出关系可以这样表示：y=f(x)接受端采用一个与压缩特性相反的扩张器来恢复x。下列图就是压缩与扩张的示意图:xy5 BBy通常使用的压缩器中，大多数采用对数压缩，即y=lnx。广泛采用这两种对数压扩特性的是u/A率压扩。律压缩特性压缩规律：压缩特性近似满足下对数规律 律压缩定性分析 =0时:无压缩作用(直线)0时:压缩明显压缩作用-y是均匀的，而x是非均匀的信号越小x也越小A压缩率所谓的 A压缩率就是压缩器具有如下特性：0x1/AAxy =1+lnA1+lnAx1/Ax1 y =1+l
