畢業(yè)設(shè)計（論文）基于MATLAB的PCM系統(tǒng)設(shè)計

1、通信專業(yè)課程設(shè)計一（論文）太原科技大學(xué) 課 程 設(shè) 計（論 文）設(shè)計(論文)題目：基于matlab的pcm系統(tǒng)設(shè)計姓 名 學(xué) 號 班 級 通信082201h 學(xué) 院 華科學(xué)院 指導(dǎo)教師 2011年 12 月23 日太原科技大學(xué)課程設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)院（直屬系）：華科學(xué)院電子信息工程系 時間： 2011年12月9日學(xué) 生 姓 名指 導(dǎo) 教 師設(shè)計（論文）題目基于matlab的pcm系統(tǒng)設(shè)計主要研究內(nèi)容1、模擬信號的數(shù)字傳輸系統(tǒng)設(shè)計；2、運(yùn)用matlab軟件對模擬信號的數(shù)字傳輸系統(tǒng)進(jìn)行仿真、分析。研究方法基于pcm系統(tǒng)原理，利用matlab/simulink對數(shù)字傳輸系統(tǒng)進(jìn)行仿真、設(shè)計。主要技術(shù)

2、指標(biāo)(或研究目標(biāo))1、對pcm信號的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)原理進(jìn)行較為深入的理解與分析；2、掌握matlab軟件在通信系統(tǒng)設(shè)計與仿真的基本步驟與方法；3、利用matlab實現(xiàn)pcm調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計、仿真。教研室意見教研室主任（專業(yè)負(fù)責(zé)人）簽字： 年 月 日目 錄第1章 前 言- 2 -第2章 pcm簡介- 3 -2.1 pcm的基本概念- 3 -2.2 pcm的技術(shù)發(fā)展- 3 -第3章 pcm原理及仿真- 4 -3.1用抽樣量化的方式實現(xiàn)pcm- 4 -3.1.1抽樣- 4 -3.1.2量化- 4 -3.1.3編碼- 4 -3.2 pcm仿真模塊設(shè)計- 5 -3.2.1 pcm轉(zhuǎn)換編碼simulin

3、k仿真- 5 -3.2.2各模塊參數(shù)設(shè)置- 6 -第4章 設(shè)計總結(jié)- 12 -參考文獻(xiàn)- 13 -基于matlab的pcm系統(tǒng)設(shè)計第1章 前 言脈沖編碼調(diào)制（pcm）就是把一個時間連續(xù)，取值連續(xù)的模擬信號變換成時間離散，取值離散的數(shù)字信號后在信道中傳輸。脈沖編碼調(diào)制就是對模擬信號先抽樣，再對樣值幅度量化、編碼的過程。 pcm 在通信系統(tǒng)中完成將語音信號數(shù)字化功能，它的實現(xiàn)主要包括三個步驟完成：抽樣、量化、編碼。分別完成時間上離散、幅度上離散、及量化信號的二進(jìn)制表示。其中抽樣就是對模擬信號進(jìn)行周期性掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號，抽樣必須遵循奈奎斯特抽樣定理。該模擬信號經(jīng)過抽樣后還

4、應(yīng)當(dāng)包含原信號中所有信息，也就是說能無失真的恢復(fù)原模擬信號。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理【1】確定。抽樣速率采用8kbit/s。而量化就是把經(jīng)過抽樣得到的瞬時值將其幅度離散。最后編碼就是用一組二進(jìn)制碼組來表示每 一個有固定電平的量化值。然而，實際上量化是在編碼過程中同時完成的，故編碼過程也稱為模/數(shù)變換，可記作a/d。 第2章 pcm簡介2.1 pcm的基本概念在光纖通行系統(tǒng)中，光纖中傳輸?shù)氖嵌M(jìn)制光脈沖“0”碼和“1”碼，它由二進(jìn)制數(shù)字信號對光源進(jìn)行通斷調(diào)制而產(chǎn)生。而數(shù)字信號是對連續(xù)變化的模擬信號進(jìn)行抽樣，量化和編碼產(chǎn)生的，產(chǎn)生pcm即脈沖編碼調(diào)制。這種電的數(shù)字信號稱為數(shù)字基帶信號，由pc

5、m電端機(jī)產(chǎn)生。現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)都是采用脈沖調(diào)制體制。pcm最初并非傳輸計算機(jī)數(shù)據(jù)用的，而是是交換機(jī)之間有一條中繼線不是只傳送一條電話信號。pcm有兩個標(biāo)準(zhǔn)【1】即e1和t1.中國采用的是歐洲的e1標(biāo)準(zhǔn)，t1的速率是1.544mbit/s,e1的速率是2.048mbit/s.脈沖編碼調(diào)制可以向用戶提供多種業(yè)務(wù)，既可以提供從2m到155m速率的數(shù)字傳輸專線業(yè)務(wù)，也可以提供話音，圖像傳輸遠(yuǎn)程教學(xué)等其他業(yè)務(wù)。特別適用于對數(shù)據(jù)傳輸速率要求較高，需要更高帶寬的用戶使用【1】。2.2 pcm的技術(shù)發(fā)展 脈沖編碼調(diào)制是70年代末發(fā)展起來的，記錄媒體之一的cd，80年代初由飛利浦和索尼公司共同推出。脈碼調(diào)制的

6、音頻格式也被dvd-a所采用，它支持立體聲和5.1環(huán)繞聲，1999年由dvd 脈沖編碼調(diào)制討論會發(fā)布和推出的。脈沖編碼調(diào)制的比特率，從14-bit發(fā)展到16-bit、18-bit、20-bit直到24-bit；采樣頻率從44.1khz發(fā)展到192khz。pcm脈碼調(diào)制這項技術(shù)可以改善和提高的方面則越來越來小。只是簡單的增加pcm脈碼調(diào)制比特率和采樣率，不能根本的改善它的根本問題。其原因是pcm的主要問題在于：（1）任何脈沖編碼調(diào)制數(shù)字音頻系統(tǒng)需要在其輸入端設(shè)置急劇升降的濾波器，僅讓20hz-22.05khz的頻率通過（高端22.05khz是由于cd44.1khz的一半頻率而確定）。（2）在錄音

7、時采用多級或者串聯(lián)抽選的數(shù)字濾波器（減低采樣頻率），在重放時采用多級的內(nèi)插的數(shù)字濾波器（提高采樣頻率），為了控制小信號在編碼時的失真，兩者又都需要加入重復(fù)定量噪聲【1】。這樣就限制了pcm技術(shù)在音頻還原時的保真度。 為了全面改善脈沖編碼調(diào)制數(shù)字音頻技術(shù)，獲得更好的聲音質(zhì)量，就需要有新的技術(shù)來替換。飛利浦和索尼公司再次聯(lián)手，共同推出一種稱為直接流數(shù)字編碼技術(shù)dsd的格式，其記錄媒體為超級音頻cd即sacd，支持立體聲和5.1環(huán)繞聲。第3章 pcm原理及仿真 脈沖編碼調(diào)制就是把一個時間，取值連續(xù)的模擬信號變換成時間離散，取值離散的數(shù)字信號后在信道中傳輸。脈沖編碼調(diào)制就是對模擬信號先抽樣，再對樣值幅

8、度量化，編碼的過程脈沖編碼調(diào)制工作原理。3.1用抽樣量化的方式實現(xiàn)pcm 3.1.1抽樣就是對模擬信號進(jìn)行周期性掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號，抽樣必須遵循奈奎斯特抽樣定理。該模擬信號經(jīng)過抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號中所有信息，也就是說能無失真的恢復(fù)原模擬信號。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。抽樣速率采用8kbit/s。【2】 3.1.2量化就是把經(jīng)過抽樣得到的瞬時值將其幅度離散，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時抽樣值用最接近的電平值來表示,通常是用二進(jìn)制表示。 量化誤差：量化后的信號和抽樣信號的差值。量化誤差在接收端表現(xiàn)為噪聲，稱為量化噪聲。量化級數(shù)越多誤差越小，相應(yīng)的二進(jìn)制碼位數(shù)越

9、多，要求傳輸速率越高，頻帶越寬。為使量化噪聲盡可能小而所需碼位數(shù)又不太多，通常采用非均勻量化的方法進(jìn)行量化。 非均勻量化根據(jù)幅度的不同區(qū)間來確定量化間隔，幅度小的區(qū)間量化間隔取得小，幅度大的區(qū)間量化間隔取得大。 一個模擬信號經(jīng)過抽樣量化后，得到已量化的脈沖幅度調(diào)制信號，它僅為有限個數(shù)值。 3.1.3編碼就是用一組二進(jìn)制碼組來表示每一個有固定電平的量化值。然而，實際上量化是在編碼過程中同時完成的，故編碼過程也稱為模/數(shù)變換，可記作a/d。 話音信號先經(jīng)防混疊低通濾波器，進(jìn)行脈沖抽樣，變成8khz重復(fù)頻率的抽樣信號（即離散的脈沖調(diào)幅pam信號），然后將幅度連續(xù)的pam信號用“四舍五入”辦法量化為有

10、限個幅度取值的信號，再經(jīng)編碼后轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼【3】。對于電話，ccitt規(guī)定抽樣率為8khz，每抽樣值編8位碼，即共有28=256個量化值，因而每話路pcm編碼后的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)碼率是64kb/s。為解決均勻量化時小信號量化誤差大，音質(zhì)差的問題，在實際中采用不均勻選取量化間隔的非線性量化方法，即量化特性在小信號時分層密，量化間隔小，而在大信號時分層疏，量化間隔大。pcm原理框圖，如圖3.1所示。圖3.1 pcm系統(tǒng)原理框圖3.2 pcm仿真模塊設(shè)計3.2.1 pcm轉(zhuǎn)換編碼simulink仿真 由原理框圖可知，主要本程序的基本實現(xiàn)過程中主要由以下幾個代碼模塊以實現(xiàn)：輸入信號的產(chǎn)生、抽樣、a/d轉(zhuǎn)換（量

11、化、編碼）、加入噪聲并進(jìn)入信道、d/a轉(zhuǎn)換（譯碼）、濾 波、輸出波形【4】。 在simulink中根據(jù)pcm框圖連接電路圖并設(shè)置添加參數(shù)，如圖 3.2所示。圖3.2 pcm框圖鏈接電路圖3.2.2各模塊參數(shù)設(shè)置信號源模塊參數(shù)設(shè)置如圖3.3所示。圖3.3信號源模塊參數(shù)設(shè)置模擬濾波器參數(shù)設(shè)置如圖3.4所示。圖3.4模擬濾波器模塊參數(shù)設(shè)置編碼器參數(shù)設(shè)置如圖3.5所示。圖3.5編碼器參數(shù)設(shè)計解碼器的參數(shù)設(shè)置如圖3.6所示。圖3.6解碼器的參數(shù)設(shè)置擴(kuò)展器參數(shù)設(shè)置如圖3.7所示。圖3.7擴(kuò)展器參數(shù)設(shè)置在輸入端輸入正弦信號如圖3.8所示。圖3.8輸入正弦波形pcm編碼之后的結(jié)果如圖3.9所示。圖3.9pcm

12、編碼后的結(jié)果對正弦信號進(jìn)行取樣編碼，使原信號變成二進(jìn)制信號，pcm解碼之后的結(jié)果如圖4.1所示。： 圖4.1經(jīng)pcm解碼之后的結(jié)果將二進(jìn)制碼經(jīng)過譯碼器譯碼輸出波形，經(jīng)過a律擴(kuò)展之后的信號與原先信號之間的比較如圖4.2所示。圖4.2編碼輸出信號與輸入信號的比較 經(jīng)過對上述實驗得出的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)圖(下)既輸入正弦波形，經(jīng)過pcm系統(tǒng)的抽樣，量化，編碼得出的輸出波形為圖（上）。 第4章 設(shè)計總結(jié) 通過本課程設(shè)計的學(xué)習(xí)，復(fù)習(xí)所學(xué)的專業(yè)知識，使課堂學(xué)習(xí)的理論知識應(yīng)用于實踐，通過本課程設(shè)計的實踐使自己具有一定的實踐操作能力；又掌握matlab中simulink的使用方法，并能熟練運(yùn)用該軟件設(shè)計并仿真通信系統(tǒng)；通過信息處理實踐的課程設(shè)計的實踐，掌握 設(shè)計信息處理系統(tǒng)的思維方法和基本開發(fā)過程。通過simulink仿真對pcm調(diào)制系統(tǒng)的采樣、量化、編碼的仿真與計算，使得分析pcm調(diào)制系統(tǒng)變得直觀簡單。通過本課程設(shè)計加深了對 pcm和dpcm系