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通信原理实验报告书 学院：外经贸学院 班级：电子0921 课题：脉冲编码调制（PCM）实现 组员：_ _ 学号：0914781018 0914781014 时间：2012.01.01 指导老师：郭建中 摘要：PCM是目前用的使用比较广泛的一种语音信号数字数字化的方法。 目录1.PCM编码的原理 1 a.抽样13 b.量化4 c.编码52. 时分复用573. 代码8 a.抽样的matlab代码89 b.量化的matlab代码911 C.编码的matlab代码11134.分析及所遇到的没有解决的问题13一.脉冲编码调制PCM原理 A.语音信号的数字化：音信号是连续变化的模拟信号，实现语音信号的数字化必须经过抽样、量化和编码三个过程。1.抽样 把连续信号变为时间轴上离散的信号的过程称为抽样抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理，离散信号才可以完全代替连续信号。 低通连续信号抽样定理内容：一个频带限制在 fh赫内的时间连续信号 ,若以TS1/2fh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。语音信号经过抽样变成一种脉冲幅度调制（PAM）信号。2 .量化 把幅度连续变化的模拟量变成用有限位二进制数字表示的数字量的过程称为量化。 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(两者矛盾)。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。 非均匀量化的实现方法有两种：一种是北美和日本采用的律压扩，一种是欧洲和我国采用的A律压扩。 在PCM-30/32通信设备中，采用A律13折线的分段方法，具体是：Y轴均匀分为8段，每段均匀分为16份，每份表示一个量化级，则Y轴一共有168128个量化级。；X轴采用非均匀划分来实现非均匀量化的目的，划分规律是每次按二分之一来进行分段。13折线示意图如下：由于分成128个量化级，故有7位二进制码（27128），又因为Y轴有正值和负值之分，需加一位极性码，故共有8位二进制码。3.编码 在实际的PCM设备中，量化和编码是一起进行的。通信中采用高速编码方式。 编码器分为逐次反馈型、折叠级联型和混合型三种，在 PCM-30/32通信设备中通常采用逐次反馈型的编码器。二.时分复用 时分复用:是将某一信道按时间加以分割，各路信号的抽样,值依一定的顺序占用某一时间间隔（也成时隙），即多路信号利用同一信道在不同的时间进行各自独立的传输。时分复用的特点： 1.复用设备内部各通路的部件基本通用 2.要求收、发两端同时工作，要求有良好的同步系统。时分复用的目的：一个信道传输多路信号，即若干路信号可以采用时分复用方式以一定的结构形式复接成一路高速率的复合数字信号群路信号。 数字复接包括bit复接和码组复接。PCM-30/32路通信设备是采用码组复接的时分复用系统。PCM-30/32路系统的帧结构如下图所示 图中帧周期T=1/8000秒125us,将其平均分成32个时隙，每个时隙的时间间隔为125/323.91us，每一时隙传送8位编码，每个码的时间间隔为3.91us/8=488ns，每帧共传送328256位码字。 在30/32路PCM系统中，帧结构中第一个时隙TS0用于传送帧同步信号，TS16用于传送话路信令，故只有30个时隙用于传送话音信号，所以只能提供30个话路。当采用共路信令传送方式时，必须将16帧再构成一个更大的帧，称为复帧。复帧的重复频率为500Hz，周期为2ms。 目前数字电话都采用PCM方式。对PCM系统，国际上采用PDH（准同步）复接技术。此技术有两种制式，一种是北美和日本采用的24路话音信号复接成一个基群的T制，速率是1554kbit/s;一种是欧洲和我国采用的30/32路话音信号复接成一个基群的E制，速率为2048kbit/s。为了进一步提高信道利用率，国际电联规定四个基群复接成一个二次群，四个二次群复接成一个三次群，四个三次群复接成一个四次群。 PDH系列存在诸如传输速率、帧结构和光纤接口等无世界性规范，逐级复用插入分支不灵活等问题，不能适应现代电信网的发展需要。国际电联于19881993年提出并完善了同步数字系列（SDH）。其复用结构如下图：在SDH中，其基础传输信号是同步传输模块（STM）。STM-1的传输速率为155520kbit/s,STM-N的传输速率为N155520kbit/s，目前N的取值为1、4、16和64。3、 流程图： 程序如下：1、采样clear all;close all;t = 0:0.01:10;vm1 = -70:1:0; %输入的正弦信号幅度不同vm = 10.(vm1/20);figure(1)for k = 1:length(vm) for m = 1:2 x = vm (k)*sin(100*pi*t); v = 1; xx = x/v; % normalize sxx = floor(xx*4096); y = pcm_encode(sxx); yy = pcm_decode(y,v); nq(m) = sum(x-yy).*(x-yy)/length(x); sq(m) = mean(yy.2); snr(m) = (sq(m)/nq(m); drawnow subplot(211) plot(t,x); title(sample sequence); subplot(212) plot(t,yy) title(pcm decode sequence); end snrq(k)=10*log10(mean(snr);endfigure(2)plot(vm1,snrq);grid;2. 量化function out=pcm_encode(x)%x encode to pcm coden=length(x);%-4096x0 out(i,1)=1; else out(i,1)=0; end if abs (x(i) = 0 & abs(x(i) 32 out(i,2)=0;out(i,3)=0;out(i,4)=0;step=2;st=0; elseif 32=abs(x(i)&abs(x(i)64 out(i,2)=0;out(i,3)=0;out(i,4)=1;step=2;st=32; elseif 64=abs(x(i)&abs(x(i)128 out(i,2)=0;out(i,3)=1;out(i,4)=0;step=4;st=64; elseif 128=abs(x(i)&abs(x(i)256 out(i,2)=0;out(i,3)=1;out(i,4)=1;step=8;st=128 elseif 256=abs(x(i)&abs(x(i)512 out(i,2)=1;out(i,3)=0;out(i,4)=0;step=16;st=256; elseif 512=abs(x(i)&abs(x(i)1024 out(i,2)=1;out(i,3)=0;out(i,4)=1;step=32;st=512; elseif 1024=abs(x(i)&abs(x(i)2048 out(i,2)=1;out(i,3)=1;out(i,4)=0;step=64;st=1024; elseif 2048=abs(x(i)&abs(x(i)4096 out(i,2)=1;out(i,3)=1;out(i,4)=1;step=128;st=2048; else out(i,2)=1;out(i,3)=1;out(i,4)=1;step=128;st=2048; end if(abs(x(i)&abs(x(i)4096 out(i,2:8)=1 1 1 1 1 1 1; else tmp=floor(abs(x(i)-st)/step); t=dec2bin(tmp,4)-48;%函数dec2bin输出的是ASCII字 符串，48对应0 out(i,5:8)=t(1:4); endendout=reshape(out,1,8*n);3. 编码：functionout= pcm_decode(in,v)%decode the input pcm code%in : input the pcm code 8 bits sample%v:quantized leveln=length(in);in=reshape(in,8,n/8);slot(1)=0;slot(2)=32;slot(3)=64;slot(4)=128;slot(5)=256;slot(6)=512;slot(7)=1024;slot(8)=2048;step(1)=2;step(2)=2;step(3)=4;step(4)=8;step(5)=16;step(6)=32;step(7)=64;step(8)=128;for i=1:n/8 ss=2*in(i,1)-1; tmp = in(i,2)*4+in(i,3)*2+in(i,4)+1; st = slot(tmp); dt = (in(i,5)*8+in(i,6)*4+