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1、目 录摘 要1ABSTRACT2 第一章 绪论1 第二章 PCM脉冲编码22.1 模拟信号的抽样及频谱分析22.1.1 信号的采样22.1.2 抽样定理32.1.3 采样信号的频谱分析42.2 量化42.2.1 量化的定义42.2.2 量化的分类52.2.3 A律13折线量化特性曲线112.3 PCM编码122.3.1 编码的定义122.3.2 码型的选择132.3.3 M脉冲编码的原理13 第三章 M调制143.1 增量调制原理143.2 M的性能1617 第四章 PCM与M的MATLAB实现184.1 PCM抽样的MATLAB实现184.2 PCM量化的MATLAB实现204.2.1 PC
2、M均匀量化的MATLAB实现204.2.2 PCM A律非均匀量化的MATLAB实现214.3 PCM A律13折线编码的MATLAB实现22M的MATLAB实现22 第五章 总结25参考文献26致 谢27附 录28摘 要脉冲编码调制是将模拟信号变换成二进制信号的常用方法。于20世纪40年代，在通信技术中就已经实现了这种编码技术。增量调制可以看成是一种最简单的DPCM，当DPCM系统中量化器的量化电平数取为2时，此DPCM系统就成为增量调制系统。增量调制（M）是一个微分脉冲码调制的简化形式，它具有结构简单，高效率的编码，误码性能特点。本论文结合PCM与M的抽样、量化、编码原理，利用MATLAB
3、软件编程和绘图功能，完成了对脉冲编码调制（PCM）系统与增量调制系统（M）的建模与仿真分析。论文中主要讲述了对脉冲编码调制（PCM）与增量调制（M）系统原理进行建模与仿真分析，分别为采样、量化和编码原理的建模仿真。同时仿真分析了采样与欠采样的波形差异、均匀量化与A律13折线非均匀量化的量化性能及其差异。通过对脉冲编码调制（PCM）与增量调制系统（M）系统原理的仿真分析，对PCM原理与M原理及性能有了更深刻的认识，验证了数字传输技术的优越性。 关键词：脉冲编码调制 增量调制 均匀量化 非均匀量化 MATLAB仿真AbstractPulse code modulation converting a
4、nalogue signal into a binary signal method. In the 1940s, in communications have realized this coding technique. Delta modulation can be regarded as one of the most simple DPCM, when DPCM system quantizer quantizing level to 2, the DPCM system become delta modulation system. Delta modulation (M) is
5、a differential pulse code modulation of a simplified form, it has a simple structure, high efficiency coding, error resilient performance characteristics. In this design, combination the simulink emulatation function and the S- functions spread function of MATLAB software, have completed the systema
6、tic emulatation and modeling for pulse code modulation( PCM)and Delta modulation. In this design，divide into 3 parts mainly, emulate to build mould and emulate analysis for the principle of pulse code modulation( PCM) and Delta modulation systematic. They are modeling and emulatation of sampling, qu
7、antizing and encoding. At the same time, emulate to analyse the waveform of sampling and owe sampling , the quantizing error of uniform quantizing and nonuniform quantizing. Through this design, the designer has a more profound understanding of PCM and M principles and performance , and validation o
8、f digital transmission technology superority.Keywords: Pulse coding modulation ( PCM); uniform quantitative; non-uniform quantitative; MATLAB simulation Delta modulation.第一章 绪论数字通信作为一种新型的通信手段，早在20世纪30年代就已经提出。在1937年，英国人里费（A.H.Reeves）提出了脉冲编码调制（PCM）方式。从此揭开了近代数字传输的序幕。增量调制简称M或增量脉码调制方式（DM），它是继PCM后出现的又一种模拟
9、信号数字化的方法。1946年由法国工程师De Loraine提出，目的在于简化模拟信号的数字化方法。主要在军事通信和卫星通信中广泛使用，有时也作为高速大规模集成电路中的A/D转换器使用。脉冲编码调制（PCM）与增量调制（M）是现代语音通信中数字化的重要编码方式。脉冲编码调制是将模拟信号变换成二进制信号的常用方法。于20世纪40年代，在通信技术中就已经实现了这种编码技术。由于当时是从信号调制的观点研究这种技术的，所以称为脉码调制。目前，它不仅用于通信领域，还广泛应用于计算机、遥控遥测、数字仪表、广播电视等领域。PCM即脉冲编码调制，在通信系统中完成将语音信号数字化功能。PCM的实现主要包括三个步
10、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。PCM系统的优点是：抗干扰性强；失真小；传输特性稳定，远距离再生中继时噪声不累积，而且可以采用有效编码、纠错编码和保密编码来提高通信系统的有效性、可靠性和保密性。另外，由于PCM可以把各种消息（声音、图像、数据等等）都变换成数字信号进行传输，因此可以实现传输和交换一体化的综合通信方式，而且还可以实现数据传输与数据处理一体化
11、的综合信息处理。故它能较好地适应信息化社会对通信的要求。M即增量调制，可以看成是一种最简单的DPCM。当DPCM系统中量化器的量化电平数取为2时，此DPCM系统就称为增量调制系统。PCM的缺点是传输带宽宽、系统较复杂。但是，随着数字技术的飞跃发展这些缺点也不重要。因此，PCM是一种极有发展前途的通信方式。增量调制的基本原理是于1946年提出的，它是一种最简单的差值脉冲编码。早期的语言增量调制编码器是由分立元件组成的。随着模拟集成电路技术的发展，70年代末出现了音节压扩增量调制集成单片，80年代出现了瞬时压扩集成单片，单片内包括了开关电容滤波器与开关电容积分器，集成度不断提高，使增量调制的编码器
12、的体积减小，功耗降低。对模拟信号采样，并用每个样值与它的预测值的差值对周期脉冲序列进行调制，简称墹M或DM。已调脉冲序列以脉冲的有、无来表征差值的正负号，也就是差值只编成一位二进制码。M增量调制技术是在脉码调制技术接近成熟的基础上，作为模拟信号数字化的另一种调制方式而提出来的。这种调制方式为模拟信号变成二进制数码，提供一种简单的编译码技术。M增量调制是模拟信号数字化的一种方式，目前性能比较好又比较容易实现的一种形式是数字检测音节压扩总和增量调制，在数字通信系统中已开始采用。增量调制尽管有前面所述的不少优点，但它也有两个不足：一个是一般量化噪声问题；另一个是过载噪声问题。两者可统一称为量化噪声。
13、本论文为实现基于脉冲编码调制（PCM）与增量调制（M）的波形编码仿真，下文为具体介绍。第二章 PCM脉冲编码PCM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编码表示。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。下文为具体介绍。2.1 模拟信号的抽样及频谱分析2.1.1 信号的采样离散时间信号通常是由连续时间信号经周期采样得到的。完成采样功能的器件称为采样器，图2-1所示为采样器的示意图。图中表示模拟
14、信号，表示采样信号，T为采样周期，n=0，1，2，。一般可以把采样器视为一个每隔T秒闭合一次的电子开关S。在理想情况下，开关闭合时间满足T。实际采样过程可视为脉冲调幅过程，为调制信号，被调脉冲载波是周期为T、脉宽为的周期脉冲串。当0时的理想采样情况是实际采样的一种科学的、本质的抽象，同时可使数学推导得到简化。下面主要讨论理想采样。图2-1 采样器示意图及波形图2.1.2 抽样定理抽样也称取样、采样，是把时间连续的模拟信号变换为时间离散信号的过程。抽样定理是指：一个频带限制在（0，）内的时间连续信号，如果以T1/2秒的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。这意味着，若的频谱在某一
15、角频率上为零，则中的全部信息完全包含在其间隔不大于1/2秒的均匀抽样序列里。换句话说，在信号最高频率分量的每一个周期内起码应抽样两次。根据抽样脉冲的特性，抽样分为理想抽样、自然抽样（亦称曲顶取样）、瞬时抽样（亦称平顶抽样）；根据被抽样信号的性质，抽样又分为低通抽样和带通抽样。虽然抽样种类很多，但是抽样是模拟信号数字化及时分多路的理论基础。我们考察一个频带限制在(0, )赫的信号。假定将信号和周期性冲击函数相乘，如图2-2所示，乘积函数便是均匀间隔为T秒的冲激序列，这些冲激的强度等于相应瞬时上的值，它表示对函数的抽样。我们用表示此已抽样的函数，即有上述关系如图2-2所示。 图2-2 抽样示意图2.1.3 采样信号的频谱分析频谱分析使用快速傅里叶变换FFT，对应的命令即 fft ，简单使用方法为：，其中b即是采样数据，N为fft数据采样个数。一般不指定N时， N默认为512，即简化为。Y即为FFT变换后得到的结果，与b的元素数相等，为复数。以频率为横坐标，Y数组每个元素的幅值为纵坐标，画图即得数据b的幅频特性；以频率为横坐标，Y数组每个元素的角度为纵坐标，画图即得数据b的相频特性。对于现实中的情况，采样频率一般都是由采样仪器决定的，即为一个给定的常数；另一方面，为了获得一定精度的频谱，对频率
