通信工程课程设计

1、武夷学院课程设计报告课程名称：沟通原则设计主题：脉码调制系统的设计与仿真学生班级：通信工程一级学生姓名：讲师：完成日期：2013-12-13数学和计算机科学学院摘要脉码调制是脉码调制的简称，是现代语音通信中一种重要的数字编码方法。在本课程设计中，我们利用MATLAB集成环境对信号进行脉冲编码调制，建立了13重A律PCM编码器模型，并进一步绘制了信号脉冲编码调制的时域波形图。根据运行结果和波形，我们分析了脉码调制调制，加深了我们对这部分内容的理解，并了解了如何将其应用到语音传输、光纤传输等领域。在课程设计中，系统开发平台是Windows 2000，工具软件是MATLAB 7.1。本课程设计的主要

2、目的是在信号传输过程中，利用A律PCM解码实现数字信号到模拟信号的转换。本设计采用MATLAB的M文件来编写程序。根据采样、量化和编码后接收到的码组(除极码外)，利用A律解码产生相应的控制脉冲，从而输出接近发送方采样值的脉冲。通过计算，理论值与实际值接近，成功达到了设计效果。在平台上运行程序，完成脉码调制并观察结果。通过课程设计，达到了信号脉码调制的目的。课程设计项目研究报告目录第一章项目介绍41.1项目开发41.2开发人员41.3讲师4第二章项目研究的意义42.1课程设计的目的42.2课程设计要求4第三章采用的技术53.1脉冲编码调制53.2脉码调制原理63.3文本输入法简介103.4系统功

3、能介绍11第四章课程设计附表12第五章课程设计任务分配表12第六章取得的效果136.1模拟波形136.3顺序输入和输出结果156.4输出结果分析15第七章源程序的操作和解释15第八章解决设计过程中的问题16第九章经历17第十章参考文献18第一章项目介绍1.1项目名称脉码调制系统的设计与仿真1.2开发者11通信工程一班魏秦观张慧玲1.3讲师王笑文第二章项目研究的意义2.1课程设计概述本课程设计的目的是让我们进一步学习PCM编解码器的原理；在通信系统仿真软件MATLAB平台上，利用M文件设计了A律PCM解码器。调试设计项目；模拟解码器；结合编解码理论对仿真结果进行了分析。使学生在课程设计中理论联系

4、实际，充分利用所学的理论知识，分析和研究设计过程中的各种技术问题，巩固和拓展所学知识，为今后的作品设计打下一定的基础。2.2课程设计的要求和研究意义随着大规模集成电路的快速发展，信道滤波器和PCM编码器可以集成在同一个芯片上，使得PCM在光纤通信、数字微波通信、卫星通信等数字通信领域得到更广泛的应用。基于信号的通信系统动态仿真软件MATLAB具有强大的功能，能够满足自下而上不同层次的设计、分析和使用，并提供了一种嵌入式模块分析方法，形成一个多层系统，使得系统设计更加简洁，易于完成复杂系统的设计。在设计解码器之前，设计方案是在理论指导下构思的。然后用MATLAB语言编写程序，在MATLAB软件平

5、台上运行，得到正确的程序，并对其进行调试、仿真和分析。然后对结果进行处理，输出结果应与分析结论一致，并应符合理论。最后，独立完成课程设计，并按要求撰写课程设计报告。第三章采用的技术3.1脉冲编码调制脉码调制是概念上最简单、理论上最完善的编码系统。它是第一个成功开发并广泛使用的编码系统，但也是数据量最大的编码系统。PCM的编码原理直观简单，其实现主要包括采样、量化和编码三个步骤。分别完成离散信号在时间上的二进制表示、离散信号在幅度上的二进制表示和量化信号的二进制表示。根据CCITT的建议，为了提高小信号量化的性能，采用了压扩差分量化。有两种建议，即A定律和定律。在中国，法律是被采纳的。因为A定律

6、压缩很复杂，所以通常使用13行编码。下图显示了动力系统控制模块系统的原理框图：抽样以数量表示编码引导干扰m(t)ms(t)msq(t)模数转换编码低通滤波msq(t)m(t)图中，输入的模拟信号m(t)经过采样、量化和编码后成为数字信号(PCM信号)，通过信道传输到接收端，解码器恢复采样值序列，然后低通滤波器滤除模拟基带信号m(t)。通常，量化和编码的结合被称为模数转换器(A/D转换器)；解码和低通滤波的结合称为数模转换器。前者完成从模拟信号到数字信号的转换，后者完成从数字信号到模拟信号的转换。PCM完成通信系统中语音信号的数字化功能，其实现主要包括三个步骤：采样、量化和编码。分别完成离散信号

7、在时间上的二进制表示、离散信号在幅度上的二进制表示和量化信号的二进制表示。根据CCITT的结构为了提高小信号量化的性能，提出了两种方法，即A法则和法则。在中国，法律是被采纳的。因为律压缩是复杂的，所以经常使用13倍行编码，并且使用非均匀量化脉冲编码调制。3.2脉码调制原理(1)取样采样是对模拟信号进行周期性扫描，并及时将连续信号转换为离散信号。采样后，模拟信号还应包含原始信号中的所有信息，也就是说，原始模拟信号可以无失真地恢复。其采样率的下限由采样定理决定。在频带限于(0，f h)的时间连续信号f(t)中，如果以1/2 f h的时间间隔采样，原始信号可以根据这些采样值完全恢复。或者，如果连续信

8、号f(t)频谱中的最高频率不超过f h。当采样频率f S2 f h时，采样信号包含所有原始连续信息。在采样定理的实际应用中，应注意对采样前后的模拟信号进行滤波，以滤除高于半个采样频率的频率。这是取样的重要步骤。(2)量化量化是将采样瞬时值的幅度离散化，即使用一组指定的级别，并将瞬时采样值表示为最接近的级别值。从数学上讲，量化就是将一组无限的连续振幅值映射成一组有限的离散振幅值。在对模拟信号进行采样和量化之后，获得量化的脉冲幅度调制信号，该信号只是有限数量的值。如下图所示，量化器输出l个量化值，k=1，2，3，通常称为重构级或量化级。当量化器输入信号幅度x介于和之间时，量化器输出电平为。这个量化

9、过程可以表示为：这里称为分级级别或决策阈值。通常称为量化间隔。3模拟输入数字转换器量化值模拟信号的量化可以分为均匀量化和非均匀量化。均匀量化：当用这种方法量化输入信号时，大输入信号和小输入信号总是使用相同的量化间隔。为了适应大幅度的输入信号并满足精度要求，有必要增加样本数量。然而，对于语音信号，出现大信号的机会并不多，并且增加的采样比特数没有被充分利用。为了克服这一不足，出现了非均匀量化的方法。不均匀量化：不均匀量化根据信号的不同区间确定量化区间。对于信号值小的区间，量化区间也小；相反，量化间隔很大。与均匀量化相比，它有两个突出的优点。首先，当输入到量化器的信号具有非均匀概率密度时(这在实践中

10、经常出现)，非均匀量化器的输出可以获得较高的平均信号量化噪声功率比；其次，在非均匀量化中，量化噪声功率的均方根值基本上与信号采样值成正比。因此，量化噪声对大信号和小信号的影响大致相同，即改善了小信号中的量化信噪比。实际上，非均匀量化的实际方法是压缩采样值，然后将其均匀量化。对数压缩主要用于常用的压缩机。两个广泛使用的对数压缩定律是压缩定律和压缩定律。美国采用压缩法，中国和欧洲国家采用压缩法。所谓压缩定律是压缩机的压缩定律，具有以下特点：，由于A定律压缩的复杂性，通常采用13折线法进行编码，压缩扩展特性图如下图所示：a-律函数13折线压扩特性图这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，并且易于

11、用数字电路实现。本设计中使用的脉码调制是通过这种压扩特性编码的。表1 13计算值和虚线值的比较0101按折线在分割时01段落12345678倾斜16168421表1中第二行的值是根据时间计算的，第三行的值是13折线分段时的值。可以看出，13折线的每一段的分界点都非常接近曲线，用2的幂进行分割有利于数字化。5(3)编码编码是将量化的信号转换成代码，相反的过程称为解码。当然，这里的编码和解码完全不同于差错控制编码和解码，前者属于信源编码的范畴。根据编码速度，现有的编码方法大致可以分为两类：低速编码和高速编码。第二种类型通常用于通信。一般来说，编码器的类型可分为三类：连续比较型、折叠级联型和混合型。

12、在连续比较编码模式中，无论使用哪种代码，它们通常按照极性代码、段落代码和段落内代码的顺序排列。下面的描述将结合13折线的量化来进行。段号段落代码量化级别段内代码8111151111141110711013110112110061011110111010105100910018100040117011160110301050101401002001300112001010001000100000表2段落代码表3段落内部代码6PCM编解码器的实现可以借鉴单片PCM编码器集成芯片，如TP3067A、CD22357等。当单片机工作时，只能通过给外围定时电路来实现。考虑到具体的实现细节，将PCM编解码器

13、分为编码器和解码器模块，分别在仿真中实现。在13折线法中，无论输入信号是否为负，都是根据8段折线(8段)进行编码的。如果使用8位折叠二进制码来表示输入信号的采样量化值，则第一位表示量化值的极性，其余7位(第二位至第八位)表示采样量化值的绝对大小。具体而言，段落代码由第二至第四位表示，其八种可能状态分别表示八个段落的起始级别。其他四位代表段内编码，其16个可能状态代表每个段的16个均匀划分的量化级别。作为该处理的结果，8个段落被分成27=128个量化级别。段落代码和8个段落之间的关系如表2所示。表3显示了段内代码和16个量化级别之间的关系。(4)解码PCM解码器是实现脉码调制的逆系统。每个模块的

14、功能如下低通滤波器：由于采样脉冲不是理想的脉冲函数，在信号再生过程中会引入孔径失真、量化噪声和定时抖动失真，因此需要对再生信号的幅度和相位进行补偿，并滤除高频成分。这里，使用与编码模块中相同的低通滤波器。3.3文本输入法简介MATLAB语言是国际科学界(尤其是在自动控制领域)最具影响力和动态性的软件。它起源于矩阵运算，已经发展成为一种高度集成的计算机语言。它提供强大的科学操作、灵活的编程流程、高质量的图形可视化和界面设计，以及与其他程序和语言的便捷接口。MATLAB语言在世界各地的大学和研究机构中发挥着重要的作用。MATLAB是指矩阵实验室，主要用于方便矩阵的存取，其基本元素是矩阵，不定义维数

15、。自MATLAB问世以来，一直以数值计算为主。MATLAB中数值计算的基本单元是复杂数组，这使得MATLAB高度矢量化。经过十多年的改进和扩展，它已经发展成为线性代数的标准工具。因为它不需要定义数组的维数，给出了特殊矩阵的矩阵函数和特殊库函数，使其在解决信号处理、建模、系统辨识、控制和优化等其他高级语言无法比拟的问题时非常简单、高效和方便。MATLAB安装在许多美国大学的实验室里进行研究。在那里，MATLAB是攻读学位的硕士和博士学生必须掌握的基本工具。MATLAB包括解决各种应用问题的工具，称为工具箱。工具箱实际上是一系列扩展了MATLAB的MATLAB函数(称为M文件)。它可以用来解决各种学科的问题，包括信号处理、图像处理、控制系统辨识、神经网络等。随着MATLAB版本的不断升级，工具箱的功能越来越丰富，其应用范围也越来越广泛，已经成为各类从事数值分析的工程师不可或缺的工具。MATLAB5.3包括图形界面编辑图形用户界面，改变了以往单一的“通过指令窗口中的文本指令进行各种操作”的局面。这使得用户可以在视觉上编辑程序，如