PCM編碼器的仿真設(shè)計解讀

1、南華大學(xué)電氣工程學(xué)院通信原理課程設(shè)計設(shè)計題目：PCM 編碼器的仿真設(shè)計專業(yè)：通信工程學(xué)生姓名：學(xué)號：起迄日期：2013 年12月20日2014年月4日指導(dǎo)教師系主任：通信原理課程設(shè)計任務(wù)書1.課程設(shè)計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）（1）技術(shù)要求1）用matlab編程實現(xiàn)15折線率PCM碼器；2）采用逐次比較法編碼。（2）工作要求： 查閱參考文獻(xiàn)，利用通信原理基本理論，分析系統(tǒng)工作原理，設(shè)計系統(tǒng)方框圖； 掌握計算機(jī)輔助設(shè)計方法，利用Matlab/Simulink 、Systemview、Multisim、MaxPlusIII、Quartusll等軟件進(jìn)行仿真設(shè)計，具備獨立設(shè)計

2、能力； 熟悉通信系統(tǒng)的調(diào)試和測量方法； 掌握電子電路安裝調(diào)試技術(shù)，選擇合適的元器件搭接實際電路，掌握電路的測試 和故障排除方法，提高分析問題和解決問題的能力。 不能直接從網(wǎng)上或其他資料下載拷貝，一旦發(fā)現(xiàn)雷同35%以上，則相關(guān)雷同設(shè)計的成績都為不及格。 按時完成設(shè)計報告；提交的電子稿必須在附錄中含有全套仿真源文件、或設(shè)計原 圖（電子稿是以“學(xué)生學(xué)號姓名”為命名的壓縮文件）；并提交紙質(zhì)設(shè)計報告書。 隨機(jī)抽查，并進(jìn)行最后答辯。2.對課程設(shè)計成果的要求包括圖表（或?qū)嵨铮┑扔布螅河肕atlab等編程語言實現(xiàn)時，寫出詳細(xì)的注釋，并畫出各種信號的時域頻域波形。 設(shè)計電路，安裝調(diào)試或仿真，分析實驗結(jié)果，并

3、寫出設(shè)計說明書，語言流暢簡潔，文字35005000字。仿真設(shè)計類要求有仿真流程圖、調(diào)試時的電腦屏幕截圖；實物設(shè)計類要 求圖紙布局合理，符合工程要求，使用Protel軟件繪出原理圖（SCH和印制電路板（PCB）, 器件的選擇要有計算依據(jù)。3.主要參考文獻(xiàn)：1樊昌信通信原理（第6版）M.北京：電子工業(yè)出版社,2012,12.2樊昌信,曹麗娜通信原理教程（第3版）M.北京：國防工業(yè)出版社，2006,9.3劉學(xué)勇.詳解MATLAB/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真M.北京：電子工業(yè)出版 社,2011,11.4張水英，徐偉強(qiáng).通信原理及MATLAB/Simulink仿真M.北京：人民郵電出版 社,20

4、12,9.5趙鴻圖, ,茅艷.通信原理MATLAB仿真教程M.北京：人民郵電出版社,2010,11. 趙靜，張瑾.基于MATLAB的通信系統(tǒng)仿真M.北京：北京航空航天大學(xué)出版 社,2010,1.7黃智偉.基于NI Multisim的電子電路計算機(jī)仿真設(shè)計與分析（修訂版）M.北京：電子 工業(yè)出版社,2011,6.摘要在數(shù)字通信傳輸系統(tǒng)中，都是采用脈沖編碼調(diào)制(pulse-code-modulation ),簡稱PCM PCM是對模擬信號進(jìn)行抽樣、量化和編碼產(chǎn)生數(shù)字信號。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。量化，就是把經(jīng)過抽樣 得到的瞬時值將其幅度離散，即

5、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。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。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。在量化編 碼的過程中，可采用那個均勻量化和非均勻量化。非均勻量化又可采用A壓縮律和U壓縮律，A壓縮律主要用于英國、法國、德國等歐洲各國和我國大陸，U壓縮律主要用于美國、加拿大和日本。關(guān)鍵字：PCM量化編碼U壓縮律緒 論 .21設(shè)計思路.21.1 PCM編碼原理 .22 u律15折線法實現(xiàn)PCM編碼原理.22.1量化分類

6、.22.2 u律15折線法 .32.3編碼.62.3.1碼字和碼型 .62.3.2碼位的選擇 .73 u律15折線法編碼的 Matlab實現(xiàn) .83.1 u律15折線法編碼的算法流程 .83.2編寫Matlab源程序 .83.3計算與仿真結(jié)果比較 .104收獲與體驗 .125參考文獻(xiàn) .136附錄 .14通信系統(tǒng)分為模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)兩大類。數(shù)字通信系統(tǒng)有很多優(yōu)點，應(yīng)用廣泛。 但自然界中的信號都是模擬信號，因此需要我們對模擬信號進(jìn)行抽樣、量化、編碼，形 成數(shù)字信號后再數(shù)字信號系統(tǒng)中傳輸。在接收端則通過相應(yīng)的逆變換恢復(fù)成模擬信號。 模擬信號數(shù)字化的方法大致可劃分為波形編碼和參量編碼兩類。目前用的

7、最普遍的波形編碼方法有脈沖編碼調(diào)制（PCM和增量調(diào)制（ M）?，F(xiàn)在數(shù)字通信系統(tǒng)都是采用脈沖編碼調(diào)制（PCMIo采用脈沖編碼調(diào)制（PCMI,首先 對模擬信息源發(fā)出的模擬信號進(jìn)行抽樣，使其成為一系列離散的抽樣值，然后將這樣抽 樣值進(jìn)行量化并編碼，變換成數(shù)字信號。這時信號便可用數(shù)字通信方式傳輸。在量化編碼的過程中，我們常用的是均勻量化和A壓縮律，u律在中國不常用。但本實驗將著重討論用u律15折線法來實現(xiàn)PCM編碼。1設(shè)計思路1.1 PCM編碼原理脈沖編碼調(diào)制簡稱脈沖調(diào)制，它是一種將模擬信號的抽樣量化值變換成代碼的編 碼方式。PCM主要包括抽樣、量化與編碼三個過程。其編碼原理框圖如圖1.1 o圖1.1

8、 PCM編碼原理框圖輸入信號的頻帶一般為 40Hz10000Hz按標(biāo)準(zhǔn)電話的規(guī)定在抽樣前通過預(yù)濾波將 語音信號的頻帶限制在300Hz3400Hz范圍內(nèi)。2 u律15折線法實現(xiàn)PCM編碼原理2.1量化分類量化是利用預(yù)先規(guī)定的有限個電平來表示模擬信號抽樣值的過程。時間連續(xù)的模 擬信號經(jīng)抽樣后的樣值序列，雖然在時間上離散，但在幅度上仍然是連續(xù)的，即抽樣值 m(kT)可以取去窮多個可能值，因此仍屬于模擬信號。如果用N為二進(jìn)制碼組來表示該樣值得大小，以便利用數(shù)字傳輸系統(tǒng)來傳輸?shù)脑挘?那么，N位二進(jìn)制碼組只能同M=T個 電平樣值來相對應(yīng)，而不能同無窮多個可能取值相對應(yīng)。這就需要把取值無限的抽樣值 劃分成有

9、限的M個離散電平，此電平被稱為量化電平。量化的物理過程可通過圖2.1加以說明。圖中，s(kT)表示一個量化器輸入模擬信 號的抽樣值，sq (kT)表示此量化器輸出信號的量化值，q1q7是量化后信號的7個可 能輸出電平，mms為量化區(qū)間的端點。這樣，有：sq (kT)=q i，m-1 W(kT)=240)Code(2)=l;endif(亡口業(yè)(2)=1)if (sj.gnal=100E)Code(3)=1;endif (Code (3) =1)if3Lgnal=2G32) Code(4)=l;endelseif sz_gnal=4 96) Code4)=l;endendelseif(signal

10、=4aCode(3=1;endif (Code (3) =1)if (signal=112)Cede(4)=1； end else if(3ignal=16 Code(4l;endend在用折疊二進(jìn)碼中，第一至八段的段落碼分別用“ 000、001、010、011、100、101、110、111 ”表示。由此，我們可以知道，第五至第八段的段落碼第一位為“ 1”，第七和 第八段的段落碼第二位為“ 1”，第六和第八段的段落碼第三位為“ 1”。同樣的，第一至側(cè)巴量化級變換成二進(jìn)制數(shù) 斜巴二進(jìn)制笫一位賦給匚5 雀把二進(jìn)制第二位賦給匚6 吐把二33制第三位賦給匚丁 *把二透制第四fcSKtace第四段段落

11、碼的第一位為“ 0”第三和第四段的段落碼的第二位是“ 1”第二和第四段 的段落碼的第三位為“1”。按此判斷方式，可編程如上（5）確定段內(nèi)碼先確定每段的起始電平和量化間隔:N=zeroB （length. （signal）:a=0,1,48,112r240r4961008,2032；吿每亍段曙起點電平S, 16, 32F 6,128:屯每個段常量化間隔然后確定量化電平所在的段并計算量化值:M (1) -tunSdec (numzstr (Code (i, 2 : 4 ) +1; q=ceil(signal(i)-a(N(i):*由段落碼確定所在的碼段 航十算量化鰻最后將量化的值變換為二進(jìn)制碼，并

12、將第一、二、三、四位分別賦給段內(nèi)碼的第一、三、四位：d=:n,Jir;2str (deczbin (q-1,4);Code (5j =str2nuir.(d (1);匚 ode (6) =3t.r2nuni (d；Code(7)=導(dǎo)匸疋2num(d(3)；Code (S) =str2num(d；(6)輸出PCM碼組 將所編好的碼組輸出，程序如下:disp (Cade)u 律15折線法的PCM編碼的完整源程序見附錄（u律15折線PCM編碼的Matlab源 程序）。3.3計算與仿真結(jié)果比較假設(shè)輸入的抽樣信號為600，-230（1）計算抽樣信號為600600為正數(shù)，極性碼C1為“ 1”4966000

13、)Code(1)=1;elseCode(1)=0;end%確定段落碼if (signal=240)Code(2)=1;endif (Code(2)=1)if (signal=1008)Code(3)=1;endif (Code(3)=1)if (signal=2032) Code(4)=1;endelseif (signal=496)Code(4)=1;endendelseif (signal=48)Code(3)=1;endif (Code(3)=1)if (signal=112)Code(4)=1;endelseif (signal=16)Code(4)=1;end%輸入抽樣信號%取絕對值

14、%代碼存儲矩陣%判斷極性碼%正數(shù)極性為“ 1 ”%負(fù)數(shù)極性為“ 0”%第五至第八段，C2為“1%第七至第八段，C3為“1%第八段，C4為“ 1 ”%第六段，C4為“ 1 ”%第三至第四段，C3為“1%第四段，C4為“ 1 ”%第二段，C4為“ 1 ”%每個段落起始電平%每個段落量化間隔%由段落碼確定所在的碼段%計算量化級%把量化級變換成二進(jìn)制%把二進(jìn)制第一位賦給C5%把二進(jìn)制第二位賦給C6%把二進(jìn)制第三位賦給C7%把二進(jìn)制第四位賦給C8%輸出PCM碼組end%確定段內(nèi)碼N=zeros(le ngth(sig nal);a=0,16,48,112,240,496,1008,2032;b=1,2,4,8,16,32,64,128;for