基于Matlab的脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真设计.doc

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.专业整理.

课程设计任务书

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

工作单位：

题目:

脉冲编码调制（PCM）的实现

初始条件：

1、MATLAB软件；

2、脉冲编码调制相关知识。

要求完成的主要任务:

1、任务

实现脉冲编码调制（PCM）技术的三个过程：

采样、量化与编码。

2、要求

用仿真软件对其进行验证，使其满足以下要求：

（1）模拟信号的最高频率限制在4KHZ以内；

（2）分别实现64级电平的均匀量化和压缩率的非均匀量化；

（3）按照13折线A律特性编成8位码。

时间安排：

第1，2天：

分析题目，方案设计；

第3，4，5天：

软件设计；

第6，7天：

系统仿真；

第8天：

答辩，完成设计说明书。

指导教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

目录

摘要 I

Abstract II

1绪论 1

2MATLAB简介 2

2.1MATLAB软件简介 2

2.2MATLAB程序设计方法 2

3PCM脉冲编码原理 4

3.1模拟信号的抽样及频谱分析 4

3.1.1信号的采样 4

3.1.2抽样定理 4

3.1.3采样信号的频谱分析 5

3.2量化 5

3.2.1量化的定义 5

3.2.2量化的分类 6

3.2.3MATLAB的A律13折线量化 12

3.3PCM编码 12

3.3.1编码的定义 12

3.3.2码型的选择 13

3.3.3PCM脉冲编码的原理 13

4PCM的MATLAB实现 15

4.1PCM抽样的MATLAB实现 15

4.2PCM量化的MATLAB实现 18

4.2.1PCM均匀量化的MATLAB实现 18

4.2.2PCMA律非均匀量化的MATLAB实现 20

4.3PCMA律13折线编码的MATLAB实现 22

5结果分析及总结 25

参考文献 26

.学习帮手.

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。

课题中主要分为三部分对脉冲编码调制（PCM）系统原理进行建模与仿真分析，分别为采样、量化和编码原理的建模仿真。

同时仿真分析了采样与欠采样的波形、均匀量化与A律13折线非均匀量化的量化性能及其差异。

通过对脉冲编码调制（PCM）系统原理的仿真分析，设计者对PCM原理及性能有了更深刻的认识，并进一步掌握MATLAB软件的使用。

关键词：

脉冲编码调制（PCM）均匀与非均匀量化 MATLAB仿真

Abstract

Inthisdesign,combinationtheSimulinkemulatationfunctionandtheS-function’sspreadfunctionofMATLABsoftware,havecompletedthesystematicemulatationandmodelingforpulsecodemodulation（PCM）.Inthisdesign，divideinto3partsmainly,emulatetobuildmouldandemulateanalysisfortheprincipleofpulsecodemodulation（PCM）systematic.Theyaremodelingandemulatationofsampling,quantizingandecoding.Atthesametime,emulatetoanalysethewaveformofsamplingandowesampling,thequantizingerrorofuniformquantizingandnonuniformquantizing.Throughthisdesign,thedesignerhasamoreprofoundunderstandingofPCMprinciplesandperformance,andfurthermastertheuseofMATLABsoftware.

Keywords:

Pulsecodingmodulation（PCM） uniformandnon-uniformquantitativeMATLABsimulation

.学习帮手.

1绪论

数字通信作为一种新型的通信手段，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输的序幕。

PCM系统的优点是：

抗干扰性强；失真小；传输特性稳定，远距离再生中继时噪声不累积，而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的有效性、可靠性和保密性。

另外，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输，因此可以实现传输和交换一体化的综合通信方式，而且还可以实现数据传输与数据处理一体化的综合信息处理。

故它能较好地适应信息化社会对通信的要求。

PCM的缺点是传输带宽宽、系统较复杂。

但是，随着数字技术的飞跃发展这些缺点也不重要。

因此，PCM是一种极有发展前途的通信方式。

2MATLAB简介

2.1MATLAB软件简介

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。

它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。

MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。

在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。

可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。

MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。

附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。

其具有以下特点：

友好的工作平台和编程环境；简单易用的程序语言；强大的科学计算机数据处理能力；出色的图形处理功能；应用广泛的模块集合工具箱；实用的程序接口和发布平台；应用软件开发（包括用户界面）。

2.2MATLAB程序设计方法

MATLAB有两种工作方式：

一种是交互式的命令行工作方式；另一种是M文件的程序工作方式。

在前一种工作方式下，MATLAB被当做一种高级数学演算纸和图形表现器来使用，MATLAB提供了一套完整的而易于使用的编程语言，为用户提供了二次开发的工具，下面主要介绍MATLAB控制语句和程序设计的基本方法。

用MATLAB语言编写的程序，称为M文件。

M文件有两类：

命令文件和函数文件。

两者区别在于：

命令文件没有输入参数，也不返回输出参数；而函数文件可以输入参数，也可以返回输出参数。

命令文件对MATLAB工作空间的变量进行操作，而且函数文件中定义的变量为局部变量，当函数文件执行完毕时，这些变量被清除。

M文件可以使用任何编辑程序建立和编辑，而一般常用的是使用MATLAB提供的M文件窗口。

首先从MATLAB命令窗口的File菜单中选择New菜单项，在选择M-file命令，将得到的M文件窗口。

在M文件窗口输入M文件的内容，输入完毕后，选择此窗口File菜单的saveas命令，将会得到saveas对话框。

在对话框的File框中输入文件名，再选择OK按钮即完成新的M文件的建立。

然后在从MATLAB命令窗口的File菜单中选择Open对话框，则屏幕出现Open对话框，在Open对话框中的FileName框中输入文件名，或从右边的directories框中打开这个M文件。

在M文件所在的目录，再从FileName下面的列表框中选中这个文件，然后按OK按钮即打开这个M文件。

在M文件窗口可以对打开的M文件进行编辑修改。

在编辑完成后，选择File菜单中的Save命令可以把这个编辑过的M文件报存下来。

当用户要运行的命令较多或需要反复运行多条命令时，直接从键盘逐渐输入命令显得比较麻烦，而命令文件则可以较好地解决这一问题。

我们可以将需要运行的命令编辑到一个命令文件中，然后再MATLAB命令窗口输入该命令文件的名字，就会顺序执行命令文件中的命令。

3PCM脉冲编码原理

3.1模拟信号的抽样及频谱分析

3.1.1信号的采样

离散时间信号通常是有连续时间信号经周期采样得到的。

完成采样功能的器件称为采样器，下图所示为采样器的示意图。

图中Xa（t）表示模拟信号，Xa（nt）表示采样信号，T为采样周期，n=0，1，2，…。

一般可以把采样器视为一个每隔T秒闭合一次的电子开关S。

在理想情况下，开关闭合时间τ满足τ<

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τ的周期脉冲串。

当τ→0时的理想采样情况是实际采样的一种科学的、本质的抽象，同时可使数学推导得到简化。

下面主要讨论理想采样。

图3.1采样器示意图及波形图

3.1.2抽样定理

抽样也称取样、采样，是把时间连续的模拟信号变换为时间离散信号的过程。

抽样定理是指：

一个频带限制在（0，fH）内的时间连续信号m（t），如果以T≤1/2fH秒的间隔对它进行等间隔抽样，则m（t）将被所得到的抽样值完全确定。

这意味着，若m（t）的频谱在某一角频率ωH上为零，则m（t）中的全部信息完全包含在其间隔不大于1/2fH秒的均匀抽样序列里。

换句话说，在信号最高频率分量的每一个周期内起码应抽样两次。

根据抽样脉冲的特性，抽样分为理想抽样、自然抽样（亦称曲顶取样）、瞬时抽样（亦称平顶抽样）；根据被抽样信号的性质，抽样又分为低通抽样和带通抽样。

虽然抽样种类很多，但是间隔一定时间，抽样连续信号的样值，把信号从时间上离散，这是各种抽样共同的作用，抽样是模拟信号数字化及时分多路的理论基础。

我们考察一个频带限制在（0,fH）赫的信号m（t）。

假定将信号m（t）和周期性冲击函数δ（t）相乘，如图所示，乘积函数便是均匀间隔为T秒的冲激序列，这些冲激的强度等于相应瞬时上的m（t）值，它表示对函数m（t）的抽样。

我们用ms（t）表示此已抽样的函数，即有

ms（t）=m（t）δ（t）

上述关系如下图所示。

图3.2