毕业设计（论文）-基于MATLAB的PCM系统设计.doc

通信专业课程设计一（论文）太原科技大学 课 程 设 计（论 文）设计(论文)题目：基于matlab的pcm系统设计姓 名 学 号 班 级 通信082201h 学 院 华科学院 指导教师 2011年 12 月23 日基于matlab的pcm系统设计太原科技大学课程设计（论文）任务书学院（直属系）：华科学院电子信息工程系 时间： 2011年12月9日学 生 姓 名指 导 教 师设计（论文）题目基于matlab的pcm系统设计主要研究内容1、模拟信号的数字传输系统设计；2、运用matlab软件对模拟信号的数字传输系统进行仿真、分析。研究方法基于pcm系统原理，利用matlab/simulink对数字传输系统进行仿真、设计。主要技术指标(或研究目标)1、对pcm信号的调制解调系统原理进行较为深入的理解与分析；2、掌握matlab软件在通信系统设计与仿真的基本步骤与方法；3、利用matlab实现pcm调制与解调系统的设计、仿真。教研室意见教研室主任（专业负责人）签字： 年 月 日目 录第1章 前 言- 2 -第2章 pcm简介- 3 -2.1 pcm的基本概念- 3 -2.2 pcm的技术发展- 3 -第3章 pcm原理及仿真- 4 -3.1用抽样量化的方式实现pcm- 4 -3.1.1抽样- 4 -3.1.2量化- 4 -3.1.3编码- 4 -3.2 pcm仿真模块设计- 5 -3.2.1 pcm转换编码simulink仿真- 5 -3.2.2各模块参数设置- 6 -第4章 设计总结- 12 -参考文献- 13 -基于matlab的pcm系统设计第1章 前 言脉冲编码调制（pcm）就是把一个时间连续，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。 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。其中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，抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，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【1】确定。抽样速率采用8kbit/s。而量化就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散。最后编码就是用一组二进制码组来表示每 一个有固定电平的量化值。然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作a/d。 第2章 pcm简介2.1 pcm的基本概念在光纤通行系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲“0”码和“1”码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样，量化和编码产生的，产生pcm即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由pcm电端机产生。现在的数字传输系统都是采用脉冲调制体制。pcm最初并非传输计算机数据用的，而是是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【1】即e1和t1.中国采用的是欧洲的e1标准，t1的速率是1.544mbit/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速率的数字传输专线业务，也可以提供话音，图像传输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】。2.2 pcm的技术发展 脉冲编码调制是70年代末发展起来的，记录媒体之一的cd，80年代初由飞利浦和索尼公司共同推出。脉码调制的音频格式也被dvd-a所采用，它支持立体声和5.1环绕声，1999年由dvd 脉冲编码调制讨论会发布和推出的。脉冲编码调制的比特率，从14-bit发展到16-bit、18-bit、20-bit直到24-bit；采样频率从44.1khz发展到192khz。pcm脉码调制这项技术可以改善和提高的方面则越来越来小。只是简单的增加pcm脉码调制比特率和采样率，不能根本的改善它的根本问题。其原因是pcm的主要问题在于：（1）任何脉冲编码调制数字音频系统需要在其输入端设置急剧升降的滤波器，仅让20hz-22.05khz的频率通过（高端22.05khz是由于cd44.1khz的一半频率而确定）。（2）在录音时采用多级或者串联抽选的数字滤波器（减低采样频率），在重放时采用多级的内插的数字滤波器（提高采样频率），为了控制小信号在编码时的失真，两者又都需要加入重复定量噪声【1】。这样就限制了pcm技术在音频还原时的保真度。 为了全面改善脉冲编码调制数字音频技术，获得更好的声音质量，就需要有新的技术来替换。飞利浦和索尼公司再次联手，共同推出一种称为直接流数字编码技术dsd的格式，其记录媒体为超级音频cd即sacd，支持立体声和5.1环绕声。第3章 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，编码的过程脉冲编码调制工作原理。3.1用抽样量化的方式实现pcm 3.1.1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，抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，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。抽样速率采用8kbit/s。【2】 3.1.2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,通常是用二进制表示。 量化误差：量化后的信号和抽样信号的差值。量化误差在接收端表现为噪声，称为量化噪声。量化级数越多误差越小，相应的二进制码位数越多，要求传输速率越高，频带越宽。为使量化噪声尽可能小而所需码位数又不太多，通常采用非均匀量化的方法进行量化。 非均匀量化根据幅度的不同区间来确定量化间隔，幅度小的区间量化间隔取得小，幅度大的区间量化间隔取得大。 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。 3.1.3编码就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作a/d。 话音信号先经防混叠低通滤波器，进行脉冲抽样，变成8khz重复频率的抽样信号（即离散的脉冲调幅pam信号），然后将幅度连续的pam信号用“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码后转换成二进制码【3】。对于电话，ccitt规定抽样率为8khz，每抽样值编8位码，即共有28=256个量化值，因而每话路pcm编码后的标准数码率是64kb/s。为解决均匀量化时小信号量化误差大，音质差的问题，在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密，量化间隔小，而在大信号时分层疏，量化间隔大。pcm原理框图，如图3.1所示。图3.1 pcm系统原理框图3.2 pcm仿真模块设计3.2.1 pcm转换编码simulink仿真 由原理框图可知，主要本程序的基本实现过程中主要由以下几个代码模块以实现：输入信号的产生、抽样、a/d转换（量化、编码）、加入噪声并进入信道、d/a转换（译码）、滤 波、输出波形【4】。 在simulink中根据pcm框图连接电路图并设置添加参数，如图 3.2所示。图3.2 pcm框图链接电路图3.2.2各模块参数设置信号源模块参数设置如图3.3所示。图3.3信号源模块参数设置模拟滤波器参数设置如图3.4所示。图3.4模拟滤波器模块参数设置编码器参数设置如图3.5所示。图3.5编码器参数设计解码器的参数设置如图3.6所示。图3.6解码器的参数设置扩展器参数设置如图3.7所示。图3.7扩展器参数设置在输入端输入正弦信号如图3.8所示。图3.8输入正弦波形pcm编码之后的结果如图3.9所示。图3.9pcm编码后的结果对正弦信号进行取样编码，使原信号变成二进制信号，pcm解码之后的结果如图4.1所示。： 图4.1经pcm解码之后的结果将二进制码经过译码器译码输出波形，经过a律扩展之后的信号与原先信号之间的比较如图4.2所示。图4.2编码输出信号与输入信号的比较 经过对上述实验得出的结果可以发现图(下)既输入正弦波形，经过pcm系统的抽样，量化，编码得出的输出波形为图（上）。 第4章 设计总结 通过本课程设计的学习，复习所学的专业知识，使课堂学习的理论知识应用于实践，通过本课程设计的实践使自己具有一定的实践操作能力；又掌握matlab中simulink的使用方法，并能熟练运用该软件设计并仿真通信系统；通过信息处理实践的课程设计的实践，掌握 设计信息处理系统的思维方法和基本开发过程。通过simulink仿真对pcm调制系统的采样、量化、编码的仿真与计算，使得分析pcm调制系统变得直观简单。通过本课程设计加深了对 pcm和dpcm系统原理的理