脉冲编码调制（PCM）的仿真

1、脉冲编码调制（PCM）的仿真一、 教学目标：1掌握PCM通信系统设计的过程、步骤、要求、工作内容及设计方法； 2掌握用计算机仿真通信系统的方法。 3训练学生综合运用专业知识的能力，提高学生进行通信工程设计的能力。二、教学重点、难点：重点掌握PCM通信系统设计的过程、步骤、要求、工作内容及设计方法。三、 教学过程设计：1 PCM系统工作原理话音输入低通滤波抽 样量 化编 码话音输出低通滤波解 调解 码信道再 生图1 PCM原理框图脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的基本方法之一，它通过抽样、量化和编码，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，然后在信道中进行传输。接

2、收机将收到的数字信号经再生、译码、平滑后恢复出原始的模拟信号。PCM系统的组成如图1所示。话音信号先经过防混叠低通滤波器，得到限带信号（300Hz3400Hz），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，转换成二进制码。对于电话，CCITT（国际电话与电报顾问委员会 International Telephone and Telegraph Consultative Committee）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

3、准数码率是64kb/s。2 PCM仿真系统模型图2 PCM仿真系统模型图3 PCM仿真系统各模块设计 PCM信号源模块设计  信号源模块由信号发生器、低通滤波器和延时器组成。采用两路信号，一路为频率3000HZ的正弦信号，一路为高斯信号，信号通过低通滤波器后，通过延时得到编码模块的输入信号。 编码器模块设计 主要由信号源子系统、低通滤波器、瞬时压缩器、A/D转换器、并/串转换器、输出端子构成组成。 其主要工作过程是：信源信号经过 PCM 编码器低通滤波器完成信号频带过滤，由于PCM量化采用非均匀量化，还要使用瞬时压缩器实现A律压缩后再进行均匀量化，A/D转换器完成

4、采样及量化，由于A/D转换器的输出是并行数据，必须通过数据选择器完成并/串转换成串行数据，最后通过输出PCM编码信号。 PCM编码器  低通滤波器：考虑到滤波器在通带和阻带之间的过渡，采用了低通滤波器，而没有设计带通滤波器。为实现信号在 300Hz3400Hz的语音频带内，在这里采用了一个阶数为3阶的切比雪夫滤波器，其具有在通带内等波纹、阻带内单调的特性。 瞬时压缩器：使用了我国现采用A律压缩，注意在译码时扩张器也应采用A律解压。 A/D 转换器：完成经过瞬时压缩后信号时间及幅度的离散，采用均匀量化电平数为256级量化，编码用8bit表示，第一

5、位为极性表示，这样产生了语音压缩编码。         数据选择器：为带使能端的8路数据选择器，与74151功能相同，在这里完成A/D转换后的数据的并/串转换。通过数据选择器还可以实现码速转换功能。 位同步模块设计 本设计采用数字锁相环法提取位同步信号。主要由鉴相器、单位多谐振荡器组成。 鉴相器：通过微分和整流获得接收码元所有的过零点信息，得到接收码元相位。 单位多谐振荡器：根据信息产生方波。 帧同步模块 主要由4位计数器、8位锁存器、模拟比较器、反相器和与门组成。实现功能： 4位计数器：进行帧同步检测信号时，进行

6、相应的移位检测。 8位锁存器：进行数据锁存，延时。 模拟比较器：进行相位比较，检测帧同步信号是否同步。 单稳多谐振荡器：根据输入信息产生相应的信号波形。 反相器：进行信号的反相、延时。 与门：进行两输入信号的与运算。 译码器模块 由锁存器、瞬时扩张器、低通滤波器组成。 锁存器：经过串并转换后的串行数字语言信号，经过锁存才可以将数据并行送至D/A转换器。 瞬时扩张器：实现与瞬时压缩器相反的功能。 低通滤波器：对于量化是带来的量化噪声及信号再生是引入的定时抖动失真，需要对再生信号进行幅度及相位补偿，同时滤除高频分量。4 PCM仿真波形与分析根据仿真的框图，在仿真波形输出界面可看到PCM各点的仿真波

7、形，如图3所示： （a）信源合成波形          （b）信源经过A律压缩后的波形 （c）PCM编码的波形            （d）编码引入波形 （e）A律扩张后的输出波形    （f）译码后恢复源信号的输出波形 图3  PCM仿真输出波形四、课后作业或思考题：1、根据PCM仿真系统模型图，叙述其模块组成并说出各模块的功能。2、画出仿真过程中各测