通原课设模拟信号数字化系统的仿真.docx

通原课设模拟信号数字化系统的仿真.docx

《通原课设模拟信号数字化系统的仿真.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通原课设模拟信号数字化系统的仿真.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

通原课设模拟信号数字化系统的仿真

课程设计

数字

原理

课程设计报告

班级：

电信09-1

姓名：

马小龙

学号：

1006110213

指导教师：

杨会玉

成绩：

电子与信息工程学院

通信工程系

模拟信号数字化系统的仿真

——PCM编、译码器原理仿真

摘要

简要介绍模拟信号数字化的处理步骤，即抽样、量化、编码，以及PCM编码的压缩和扩张的基本原理。

用MATLAB工具软件对PCM编码进行进行软件仿真，并对仿真进行分析比较。

关键词：

PCM编、译码，MATLAB仿真

1PCM介绍及工作原理

PCM即脉冲编码调制（PulseCodeModulation）。

通信系统的信息源有两大类：

模拟信号和数字信号。

若输入的是模拟信号，则在数字通信系统的信源编码部分需对输入模拟信号进行数字化，将模拟输入信号变为数字信号。

PCM的实现包括三步：

抽样，量化，编码。

1.1抽样

抽样是按照等时间等间隔进行的，模拟信号被抽样后成为抽样信号，它在时间上是离散的，但是其取值仍然是连续的，所以是离散模拟信号。

1.2量化

量化的结果使抽样信号变成量化信号，其取值是离散的。

故量化信号已经是数字信号了，他可以看成是多进制数字脉冲信号。

设模拟信号的抽样值为m（kT），其中T是抽样周期，k是整数。

此抽样值仍是一个取值连续的变量，即他可以有无数个可能的连续取值。

若我们仅用N个二进制数字码元来代表此抽样值的大小，则N个二进制码元只能代表

个不同的抽样值。

因此，必须将抽样的范围划分成M个区间，每个区间用一个电平表示。

这样，共有M个离散电平，称它们为量化电平。

用这M个量化电平表示连续抽样值的方法成为量化。

m（kT）表示模拟信号抽样值，

表示量化后的量化信号值，q1，q2，...，qi，...,q6是量化后信号的6个可能输出电平，

为量化区间端点。

这样，我们可以写出一般公式：

（1-1）

按照式2-1作变换，就把模拟抽样信号m（kT）变换成了量化后的离散抽样信号，即量化信号。

在原理上，量化过程可以认为是在一个量化器中完成的。

量化器的输入信号为m（kT），输出信号为

，，如图1-2所示。

在实际中，量化过程常是和后续的编码过程结合到一起完成的，不一定存在独立的量化器。

图1-2

量化分为均匀量化和非均匀量化。

当M个抽样区间是等间隔划分的，称为均匀量化。

也可以不均匀划分，称为非均匀量化。

非均匀量化时，量化间隔是随信号抽样值的不同而变化的，在通信系统中为了提高传输的效率，常要将PCM信号进行压缩编码，再在通信系统中传输。

关于电话信号的压缩特性，ITU制定的两种建议，即A压缩律和μ压缩律，以及相应的近似算法—13折线法和15折线法。

北美、日本和韩国等少数国家和地区采用μ压缩律及15折线法，我国大陆，欧洲各国以及国际互连时采用A压缩律，因此PCM也是采用A压缩律。

A压缩律是指符合下式的对数压缩规律:

（1-3）

A律表示式是一条平滑曲线，用电子线路很难准确地实现。

现在由于数字电路技术的发展，这种特性很容易用数字电路来近似实现。

13折线就是就是近似于A压缩律的特性。

在图1-4中给出了这种特性曲线。

图1-4

1.3编码

量化后的信号，已经是取值离散的数字信号。

接下来就是将这个数字信号编码。

对于电话信号编码，有自然二进制编码和折叠二进制码。

13折叠法中采用的折叠码有8位。

其中第一位c1表示量化值的极性正负。

后面的7位为段落码和段内码两部分，用于表示量化值的绝对值。

其中第2位至4位是段落码，共计三位，可以表示8种斜率的段落；其他四位为段内码，可以表示每一段内的16种量化电平。

段内码的16个量化电平是均匀划分的。

所以，这7位码总能表示

=128种量化值。

在表1-5、1-6中给出了段落码和段内码的编码规则。

表1-5段落码

表1-6段内码

在上述编码方法中，虽然段内码是按量化间隔均匀编码的，但是因为各个段落的斜率不等，长度不等，故不同段落的量化间隔是不同的。

其中第1段和2段最短，斜率最大，其横坐标x的归一化动态范围只有

。

再将其等分为16小段后，每一段的动态范围只有

.这就是最小的量化间隔，后面将此最小量化间隔

称为1个量化单位。

第八段最长，其横坐标x的动态范围为

。

将其16等分后，每段长度为

。

假若采用均匀量化而仍希望对于小电压保持有同样的动态范围

，则需要用11位的码组才行。

现在采用非均匀量化，只需7位就够了。

由于目前在电话网中采用这类非均匀量化的PCM体制，故这类PCM电路已经作成了单片IC，并得到广泛使用。

典型电话信号的抽样频率是8000Hz，故在采用这类非均匀量化器编码时，典型的数字电话传输比特率为64

。

这个速率被ITU制定的建议所采用。

1.4PCM原理框图

模拟信号输出

输入

冲激脉冲干扰

模拟信号输出

PCM信号输入

图1-7

2用simulink对PCM进行设计仿真

2.1设计PCM编译码器系统结构由图3-1

图2-1

2.2对其部分元件进行参数修改

图2-2

图2-3

2.3输入模拟信号并进行仿真输出波形

2.3.1原信号波形

图2-4