基于Matlab的脉冲编码调制PCM系统设计与仿真样本.doc

课程设计(论文)任务书 信息工程 学院通信工程 专业 14-2 班 一、 课程设计(论文)题目脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真二、课程设计(论文)工作自 1 月3日起至1月 13日止。三、课程设计(论文) 地点： 图书馆、寝室、通信实验室（4-410）。 四、课程设计(论文)内容规定：1本课程设计目（1）使学生掌握通信系统各功能模块基本工作原理； （2）培养学生采用Matlab与Simulink相结合对各种编码与解码进行仿真办法； （3）培养学生对PCM理解能力；（4）能提高和挖掘学生对所学知识实际应用能力即创新能力；（5）提高学生科技论文写作能力。 2课程设计任务及规定1）基本规定：（1）学习Matlab与Simulink仿真软件使用；（2）对PCM，DPCM，M编码与解码各功能模块工作原理进行分析；（3）提出各种编码与解码电路设计方案，选用适当模块； （4）对所设计系统进行仿真；（5）并对仿真成果进行分析。a. 采样定理原理仿真b. PCM编码与解码c. DPCM编码与解码；增量调制（至少选做一种）2）创新规定： 3）课程设计论文编写规定（1）要按照书稿规格打印誊写毕业论文（2）论文涉及目录、绪论、正文、小结、参照文献、谢辞、附录等（3）毕业论文装订按学校统一规定完毕4）答辩原则： （1）完毕原理分析（20分） （2）系统方案选取（30分） （3）仿真成果分析（30分） （4）论文写作（20分）5）参照文献：（1）王俊峰.通信原理MATLAB仿真教程 人民邮电出版社第1版 .11.1（2）赵静.基于MATLAB通信系统仿真 北京航空航天大学出版社6）课程设计进度安排内容 天数地点构思及收集资料 2图书馆仿真 5实验室撰写论文 3实验室学生签名： 1月3日课程设计(论文)评审意见（1）完毕原理分析（20分）：优（）、良（）、中（）、普通（）、差（）； （2）系统方案选取（30分）：优（）、良（）、中（）、普通（）、差（）； （3）仿真成果分析（30分）：优（）、良（）、中（）、普通（）、差（）；（4）论文写作（20分）：优（）、良（）、中（）、普通（）、差（）；（5）格式规范性及考勤与否降级别：是（）、否（）评阅人： 职称： 副专家 1月 13日目 录摘 要IAbstractII1 绪论12 PCM脉冲编码原理22.1 模仿信号抽样及频谱分析22.1.1 信号采样22.1.2 抽样定理22.1.3 采样信号频谱分析32.2 量化32.2.1 量化定义32.2.2 量化分类42.2.3 MATLABA律13折线量化102.3 PCM编码102.3.1 编码定义102.3.2 码型选取112.3.3 M脉冲编码原理113 PCMMATLAB实现133.1 PCM抽样MATLAB实现133.2 PCM量化MATLAB实现163.2.1 PCM均匀量化MATLAB实现163.2.2 PCM A律非均匀量化MATLAB实现183.3 PCM A律13折线编码MATLAB实现204成果分析及总结23参照文献24摘 要本设计结合PCM抽样、量化、编码原理，运用MATLAB软件编程和绘图功能，完毕了对脉冲编码调制（PCM）系统建模与仿真分析。课题中重要分为三某些对脉冲编码调制（PCM）系统原理进行建模与仿真分析，分别为采样、量化和编码原理建模仿真。同步仿真分析了采样与欠采样波形、均匀量化与A律13折线非均匀量化量化性能及其差别。通过对脉冲编码调制（PCM）系统原理仿真分析，设计者对PCM原理及性能有了更深刻结识，并进一步掌握MATLAB软件使用。 关 键 词：脉冲编码调制（PCM） 均匀与非均匀量化MATLAB仿真AbstractIn this design，combination the Simulink emulatation function and the S- functions spread function of MATLAB software，have completed the systematic emulatation and modeling for pulse code modulation( PCM). In this design，divide into 3 parts mainly，emulate to build mould and emulate analysis for the principle of pulse code modulation( PCM) systematic. They are modeling and emulatation of sampling，quantizing and ecoding. At the same time，emulate to analyse the waveform of sampling and owe sampling ，the quantizing error of uniform quantizing and nonuniform quantizing. Through this design,the designer has a more profound understanding of PCM principles and performance ，and further master the use of MATLAB software.Keywords：Pulse coding modulation ( PCM)uniform and non-uniform quantitative MATLAB simulation1 绪论数字通信作为一种新型通信手段，早在20世纪30年代就已经提出。在1937年，英国人里费（A.H.Reeves）提出了脉冲编码调制（PCM）方式。从此揭开了近代数字传播序幕。PCM系统长处是：抗干扰性强；失真小；传播特性稳定，远距离再生中继时噪声不累积，并且可以采用有效编码、纠错编码和保密编码来提高通信系统有效性、可靠性和保密性。此外，由于PCM可以把各种消息（声音、图像、数据等等）都变换成数字信号进行传播，因而可以实现传播和互换一体化综合通信方式，并且还可以实现数据传播与数据解决一体化综合信息解决。故它能较好地适应信息化社会对通信规定。PCM缺陷是传播带宽宽、系统较复杂。但是，随着数字技术奔腾发展这些缺陷也不重要。因而，PCM是一种极有发展前程通信方式。2 PCM脉冲编码原理2.1 模仿信号抽样及频谱分析2.1.1 信号采样离散时间信号普通是有持续时间信号经周期采样得到。完毕采样功能器件称为采样器，下图所示为采样器示意图。图中Xa(t)表达模仿信号，Xa(nt)表达采样信号，T为采样周期，n=0，1，2，。普通可以把采样器视为一种每隔T秒闭合一次电子开关S。在抱负状况下，开关闭合时间满足T。实际采样过程可视为脉冲调幅过程，Xa(t)为调制信号，被调脉冲载波p(t)是周期为T、脉宽为周期脉冲串。当0时抱负采样状况是实际采样一种科学、本质抽象，同步可使数学推导得到简化。下面重要讨论抱负采样。图3.1 采样器示意图及波形图2.1.2 抽样定理抽样也称取样、采样，是把时间持续模仿信号变换为时间离散信号过程。抽样定理是指：一种频带限制在（0，fH）内时间持续信号m(t)，如果以T1/2fH秒间隔对它进行等间隔抽样，则m(t)将被所得到抽样值完全拟定。这意味着，若m(t)频谱在某一角频率H上为零，则m(t)中所有信息完全包括在其间隔不不不大于1/2fH秒均匀抽样序列里。换句话说，在信号最高频率分量每一种周期内起码应抽样两次。依照抽样脉冲特性，抽样分为抱负抽样、自然抽样（亦称曲顶取样）、瞬时抽样（亦称平顶抽样）；依照被抽样信号性质，抽样又分为低通抽样和带通抽样。虽然抽样种类诸多，但是间隔一定期间，抽样持续信号样值，把信号从时间上离散，这是各种抽样共同作用，抽样是模仿信号数字化及时分多路理论基本。咱们考察一种频带限制在(0,fH)赫信号m(t)。假定将信号m(t)和周期性冲击函数(t)相乘，如图所示，乘积函数便是均匀间隔为T秒冲激序列，这些冲激强度等于相应瞬时上m(t)值，它表达对函数m(t)抽样。咱们用ms(t)表达此已抽样函数，即有ms(t)=m(t)(t)上述关系如下图所示。 图3.2 抽样示意图2.1.3 采样信号频谱分析频谱分析自然要使用迅速傅里叶变换FFT了，相应命令即 fft ，简朴用法为：Y=fft(b,N)，其中b即是采样数据，N为fft数据采样个数。普通不指定N，即简化为Y=fft(b)。Y即为FFT变换后得到成果，与b元素数相等，为复数。以频率为横坐标，Y数组每个元素幅值为纵坐标，画图即得数据b幅频特性；以频率为横坐标，Y数组每个元素角度为纵坐标，画图即得数据b相频特性。对于现实中状况，采样频率fs普通都是由采样仪器决定，即fs为一种给定常数；另一方面，为了获得一定精度频谱，对频率辨别率F有一种人为规定，普通规定F100秒；由采样时间ts和采样频率fs即可决定采样数据量，即采样总点数N=fs*ts。这就从理论上对采样时间ts和采样总点数N提出了规定，以保证频谱分析精准度。2.2 量化2.2.1 量化定义模仿信号进行抽样后来，其抽样值还是随信号幅度持续变化，即抽样值m(kT)可以取无穷各种也许值，如果用N个二进制数值信号来代表该样值大小，以便运用数字传播系统来传播该样值信息，那么N个二进制信号只能同M=2N个电平样值相相应，而不能同无穷各种电平值相相应。这样一来，抽样值必要被划提成M个离散电平，此电平被称作量化电平。或者说，采用量化抽样值办法才可以运用数字传播系统来实现抽样值信息传播。运用预先规定有限个电平来表达模仿抽样值过程称为量化。抽样是把一种时间持续信号变换成时间离散信号，而量化则是将取值持续抽样变换成取值离散抽样。普通，量化器输入是随机模仿信号。可以用恰当速率对此随机信号m(t)进行抽样，并按照预先规定，将抽样值m(kT)变换成M个电平q1，q2，qM之一,有mq(kTs)=qi，若mi-1m(kTs)V,h(i)=V;end if f(i)=-V,h(i)=-V;end flag=0; for j=2:L/2+1 if(flag=0) if(f(i)p(j) h(i)=p(j-1); flag=1; end; end; end; for j=L/2+2:L+1 if(flag=0) if(f(i)=0 if(x(i)=-t) y(i)=-(a*-x(i)/(1+log(a); else y(i)=-(1+log(a*-x(i)/(1+log(a); end endend仿真成果：图4.5 A律量化波形3.3 PCM A律13折线编码MATLAB实现PCM均匀量化MATLAB程序设计按如下环节进行：（1）拟定输入模仿信号；（2）依照给均匀量化原理拟定非均匀量化算法程序；（3）将上述编码十进制数转化成8位二进制数。PCM抽样MATLAB实现源程序如下：function a_13code()t=0:0.000025:0.00025;y=sin(8000*pi*t)z=line13(y)c=pcmcode(z)function y=line13(x)x=x/max(x);z=sign(x);x=abs(x);for i=1:length(x) if(x(i)=0)&(x(i)=1/64)&(x(i)=1/32)&(x(i)=1/16)&(x(i)=1/8)&(x(i)=1/4)&(x(i)=1/2)&(x(i)=1) y(i)=1/4*x(i)+6/8; end end end end end end endendy=z.*y;function f=pcmcode(y)f=zeros(length(y),8);z=sign(y);y=y.*128;y=fix(