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1、课程设计评分标准评分工程得分报告书写及格式具有题目、摘要、名目、正文、参考文献5 分正文格式，图、表、参考文献引用等正确，排版美观5 分报告中是否表达被仿真系统的原理以及原理框图5 分根底原理M 文件仿真仿真目的，仿真方法，仿真结果的意义表述清楚5 分做出信源，调制信号，解调信号波形10 分仿真参量丰富如对频谱，信噪比，误码率等的分析，仿真波形直观。10 分是否实现设计功能，各个模块的设计参数是否清楚10 分Simulink 仿真框图直观，有对不同参数条件下的仿真比照及结论10 分仿真参量丰富如对频谱，信噪比，误码率等的分析，仿真波形直观。10 分是否存在抄袭10 分答 辩对所仿真系统原理的提
2、问答复状况10 分对仿真过程提问的答复状况10 分总分目 录课程设计评分标准 . - 0 -基于 MATLAB/SIMULINK 的 PCM 编码的争论与仿真. - 2 - 摘要 . - 2 -ABSTRACT. - 2 -1 背景学问 . - 3 -1.1 PCM 原理及仿真 .- 3 -1.1.1 脉冲编码调制. - 3 -1.1.2 PCM 编码原理. - 4 -2 M 文件仿真 . - 8 -3 SIMULINK 仿真 . - 12 -3.1 原始模拟信号电路图及仿真图.- 12 -3.2 PCM 编码器电路设计 .- 14 -3.3 PCM 解码器电路设计 .- 20 -4 心得体会
3、 . - 23 -参考文献 . - 24 - 1 -基于 MATLAB/simulink 的 PCM 编码的争论与仿真摘要本设计结合 PCM 的抽样、量化、编码原理，利用 MATLAB 软件编程和绘图功能，完成了对脉冲编码调制 PCM系统的建模与仿真分析。即学习通过利用计算机建立通信系统模型的根本方法和根本技能，学习会利用仿真的手段对通信系统的根本理论和根本算法进展验证。学习现有流行的通信系统仿真软件的根本使用方法，利用 Matlab 软件解决通信中存在的问题。关键词：脉冲编码调制PCM 均匀与非均匀量化MATLAB 仿真AbstractCombined with the sampling,
4、quantization, coding theory of PCM, using MATLAB software programming and graphics, the completion of the pulse code modulation (PCM) modeling and simulation analysis system.The basic method is to establish the model of communication system of learning through the use of computer and basic skills, l
5、earning by means of simulation of communication system of basic theory and basic algorithm are verified.The basic method of using communication system simulation software to learn of the existing, to solve communication problems using Matlab software.Keywords: pulse code modulation (PCM) with unifor
6、m and non-uniform quantization inMATLAB simulation- 2 -1 背景学问1.1 PCM 原理及仿真脉冲编码调制就是把一个时间，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后在信道中传输。脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程。1.1.1 脉冲编码调制脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM)是概念上最简洁、理论上最完善的编码系统，是最早研制成功、使用最为广泛的编码系统，但也是数据量最大的编码系统。 PCM 的实现主要包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化
7、信号的二进制表示。依据CCITT 的建议，为改善小信号量化性能，承受压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A 律和律方式，我国承受了 A 律方式，由于 A 律压缩实现简单，常使用 13 折线法编码,以下图为 PCM 系统的原理框图：图中，输入的模拟信号 m(t)经抽样、量化、编码后变成了数字信号(PCM 信号)，经信道传输到达接收端，由译码器恢复出抽样值序列，再由低通滤波器滤出模拟基带信号 m(t)。通常，将量化与编码的组合称为模/数变换器A/D 变换器)；而译码与低通滤波的组合称- 3 -为数/模变换器(D/A 变换器)。前者完成由模拟信号到数字信号的变换，后者则相反，即完成数字信号到模拟信
8、号的变换。PCM 在通信系统中完成将语音信号数字化功能，它的实现主要包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。依据 CCITT 的建议，为改善小信号量化性能，承受压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A 律和律方式，我国承受了 A 律方式，由于 A 律压缩实现简单，常使用 13 折线法编码,承受非均匀量化 PCM 编码。1.1.2 PCM 编码原理1) 抽样所谓抽样，就是对模拟信号进展周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中全部信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定
9、理确定的。在一个频带限制在0，f h内的时间连续信号 ft，假设以 1/2 f h 的时间间隔对它进展抽样，那么依据这些抽样值就能完全恢复原信号。或者说，假设一个连续信号ft的频谱中最高频率不超过 f h，当抽样频率 f S2 f h时，抽样后的信号就包含原连续的全部信息。抽样定理在实际应用中应留意在抽样前后模拟信号进展滤波，把高于二分之一抽样频率的频率滤掉。这是抽样中必不行少的步骤。2) 量化量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。从数学上来看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。一个模拟信号经过
10、抽样量化后，得到已量化的脉冲幅度调制信号，它仅为有限个数值。如以下图所示，量化器输出L个量化值 yk ，k=1，2，3，L。 yk 常称为重建电平或量, L化电平。当量化器输入信号幅度x落在 xk 与 x k +1 之间时，量化器输出电平为过程可以表达为：yk 。这个量化y = Q(x) = Qxk x xk +1= yk,k = 1,2,3,- 4 -xD= x- x这里 k 称为分层电平或判决阈值。通常 kk +1k 称为量化间隔。xy量化器模拟入量化值图1-1模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。均匀量化：用这种方法量化输入信号时，无论对大的输入信号还是小的输入信号一律都承受一样的量化
11、间隔。为了适应幅度大的输入信号，同时又要满足精度要求，就需要增加样本的位数。但是，对话音信号来说，大信号消灭的时机并不多，增加的样本位数就没有充分利用。为了抑制这个缺乏，就消灭了非均匀量化的方法。非均匀量化：非均匀量化是依据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔Dv 也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的优点。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度实际中常常是这样时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值根本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致一样，即改善了小
12、信号时的量化信噪比。实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进展均匀量化。通常使用的压缩器中，大多承受对数式压缩。广泛承受的两种对数压缩律是m 压缩律和 A 压缩律。美国承受m 压缩律，我国和欧洲各国均承受 A 压缩律，所谓 A 压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律：Ax11 + ln Ax1y =,0 X y =, X =2fc，每秒钟内的抽样点数目将等于或大于 2fc 个sdt=1/fs;%频域采样间隔 0.002t1=-0.1:sdt:0.1;%以 sdt 为间隔从-0.1 到 0.1 画图st=sin(2*pi*60*t1)+cos(2*pi*25*t1);% 离散的抽样
13、函数figure(1);subplot(3,1,1);- 9 -plot(t1,st);title(”原始信号”);%画出原始的信号图,以好比照grid on%画背景subplot(3,1,2);stem(t1,st,”.”);%这里画出来的是抽样后的离散图title(”抽样信号”);grid on%画背景%量化过程n=length(st);%取 st 的长度为 n M=max(st);A=(st/M)*2048;%a1(极性码) a2a3a4段落码a5a6a7a8段内电平码 code=zeros(i,8);%产生 i*8 的零矩阵%极性码 a1for i=1:n%if 循环语句if A(i)
14、=0code(i,1)=1;%代表正值elseendcode(i,1)=0;%代表负值if abs(A(i)=0&abs(A(i)16code(i,2)=0;code(i,3)=0;code(i,4)=0;step=1;start=0; elseif 16=abs(A(i)&abs(A(i)32code(i,2)=0;code(i,3)=0;code(i,4)=1;step=1;start=16; elseif 32=abs(A(i)&abs(A(i)64code(i,2)=0;code(i,3)=1;code(i,4)=0;step=2;start=32; elseif 64=abs(A(i
15、)&abs(A(i)128code(i,2)=0;code(i,3)=1;code(i,4)=1;step=4;start=64; elseif 128=abs(A(i)&abs(A(i)256code(i,2)=1;code(i,3)=0;code(i,4)=0;step=8;start=128; elseif 256=abs(A(i)&abs(A(i)512- 10 -code(i,2)=1;code(i,3)=0;code(i,4)=1;step=16;start=256; elseif 512=abs(A(i)&abs(A(i)1024code(i,2)=1;code(i,3)=1;c
16、ode(i,4)=0;step=32;start=512; elseif 1024=abs(A(i)&abs(A(i)2048code(i,2)=1;code(i,3)=1;code(i,4)=1;step=64;start=1024;endB=floor(abs(A(i)-start)/step); %段内码编码 floor 取整(四舍五入)t=dec2bin(B,4)-48;%dec2bin 定义将 B 变为 4 位 2 进制码，-48 转变格式code(i,5:8)=t(1:4);%输出段内码endcode=reshape(code”,1,8*n);%reshape 代表从塑形code
17、subplot(3,1,3);stem(code,”.”);axis(1 64 0 1);%这里我们先取前面八个点编码输出,输出时候有 64 个点title(”编码信号”); grid on2-2- 11 -3 Simulink 仿真3.1 原始模拟信号电路图及仿真图3-1 原始模拟信号电路图两个正弦波的参数设置分别为：3-2 正弦波参数设置- 12 -3-3 正弦波参数设置所得波形为3-4- 13 -3.2 PCM 编码器电路设计3-4 13 折线近似的PCM 编码器测试模型和仿真结果测试模型和仿真结果如上图所示。其中以 Saturation 作为限幅器，将输入信号幅度值限制在 PCM 编码
18、的定义范围内，以 A-Law Compressor 作压缩器，Relay 模块的门限值设置为 0，其输出即可作为 PCM 编码输出的最高位极性码。样值取值确定值后，用增益模块将样值放大到 0-127，然后用间隔为 1 的 Quantizer 进展四舍五入取整，最终将整数编码为 7 位二进制序列，作为PCM 编码的低 7 位。可以将上图中Constant 和 Display不含之间的模块封装一个PCM 编码子系统备用。其中各模块的具体参数设置如下：3-5Constant- 14 -3-6Saturation3-7Abs- 15 -3-8A-Low Compressor3-9Gain- 16 -3
19、-10Quantizer3-11Integer to Bit Converter- 17 -3-12Display3-13Relay- 18 -将该系统进展封装3-14 封装之后的PCM 编码子系统3-15 封装之后的PCM 编码子系统图标- 19 -3.3 PCM 解码器电路设计3-16 13 折线近似的PCM 解码器测试模型和仿真结测试模型和仿真结果如上图所示，其中 PCM 编码子系统是编码器封装之后的。PCM 解码器中首先分别并行数据中的最高位极性码和 7 位数据，然后将 7 位数据转换位整数值，再进展归一化，扩张后与双极性的极性码相乘得出解码值。可以将该模型中In1 Out1 右端和
20、Display 左端的局部封装为一个 PCM 解码子系统备用。其中各模块的具体参数设置如下：3-17Constant- 20 -3-18Demux3-19 Mux- 21 -3-20 Relay3-21 Bitto Integer Converter- 22 -3-22 Gain3-23 A-Low Expander- 23 -4 心得体会设计过程中，我弄懂了 A 律 13 折线和 PCM 编码的原理，了解这些后总个设计思路就呈现在眼前，自己的信念也倍增。通过这次课程设计，充分把握了PCM 编码的工作原理及PCM 系统的工作过程，学会了使用仿真软件 MATLAB 的 SIMULINK，并学会通
21、过应用软件仿真来实现 PCM 系统的设计，对以后的学习和工作都起到了肯定的作用，加强了实践动手力量和学习学问的技能。总体来说，这次实习让我受益匪浅。打破了始终局限于课本学问的学习方式，增加了我们的兴趣，并且体会到成功给大家带来的喜悦。让我明白：无论遇到什么困难，只要对自己有信念，认真思考，悉心求教，自然会找到解决的方法。信任在以后的日子里，大家会做得更好。在摸索该如何设计系统使之实现所需功能的过程中，培育了我的设计思维，增加了实际操作力量。在让我体会到了系统设计的艰辛同时，更让我体会到成功的喜悦。参考文献1 樊昌信，曹丽娜通信原理国防工业出版社，20232 陈怀琛.数字信号处理教程matlab 释义与实现 . 电子工业出版社3李贺冰.SIMULINK 通信仿真教程M .国防工业出版社 ,2023 年4曹志刚，钱亚生现代通信原理清华大学出版社，1992- 24 -