基于Matlab的脉冲编码仿真课程设计说明书Word文档格式.docx

1、20 1220 13 学年 第 2 学期第 17 周 19 周题目基于Matlab的脉冲编码调制容及要求1以TP3067为核心设计调制系统；2设计PCM解调系统；3调制、解调信号必须一致。进度安排 17周：查找资料，进行系统软件方案设计； 18周：软件的分模块调试； 19周：系统联调；设计结果验收，报告初稿的撰写。学生：明指导时间：每周一、二、三、四指导地点：E楼 610 室任务下达20 13年 6月 17 日任务完成20 13年 7月 5 日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师程宜凡系（部）主任付崇芳 摘 要 本课题结合MATLAB软件的Simulink仿真功能与S-函

2、数的仿真扩展功能，完成了对脉冲编码调制（PCM）系统的仿真与建模分析。课题中主要分为三部分对脉冲编码调制（PCM）系统原理进行仿真建模与仿真分析，它们分别为采样、量化和编码原理的仿真建模。同时仿真分析了采样与欠采样的波形、均匀量化与非均匀量化的量化误差、A律13折线和律15折线的量化误差、PCM与DPCM系统的量化噪声。通过对脉冲编码调制（PCM）系统原理的这些仿真分析，在教学中将会有很大的应用价值。关 键 词：脉冲编码调制（PCM）；Simulink仿真；量化误差前言 .1第一章 设计任务 .2第二章 脉冲编码原理概述.3 2.1 PCM过程分析 .3 2.2 基于simulink的PCM仿

3、.4第三章 采样 53.1 采样原理 53.2 采样仿真及参数 5第四章 量化 74.1 量化原理 74.2 量化仿真 84.3 量化误差 .10第五章 编码 185.1 编码原理 185.2 编码仿真 19第六章 综合 20 6.1 仿真框图及各部分简介. .20 6.2 各部分参数设置.21 6. 3 示波器的波形显示.23第七章 体会 .24参考文献.25 前 言脉冲编码调制（PCM）包括采样、量化、编码。其中，量化又分为均匀量化和非均匀量化；PCM编码技术又分为A律13折线编码和律15折线编码。主要包括对采样、量化、编码三部分进行仿真，以及对1.采样与欠采样的波形比较 2.均匀量化、非

4、均匀量化与 A律13折线比较。本次项目的主要目的是：在通信原理教学上，作为一种更先进的教学手段使学生在学习脉冲编码调制（PCM）技术时更形象更直观，这样不但可以提高教师教学效率，也可以培养学生对学习通信原理的兴趣。同时，如果学校搭建通信系统实验室将需要很大的资金投入，但如果采用MATLAB的仿真技术直接在计算机上进行通信仿真实验则可以省去大量资金。另外，实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对这个系统作出的任何改变（如改变了某个参数的设置、改变系统的结构等）都可能影响到整个系统的性能和稳定。因此，在计算机上直接进行通信系统仿真实验将会很方便。 第一章 设计任务 根据系统的工作原理，利用M

5、ATLAB软件工具实现脉冲编码调制（PCM）系统的设计与仿真，观察仿真波形，并绘制相关的图形；通过编程设置对参数进行调整，可以调节输出信号的显示效果。PCM即脉冲编码调制，是一种用二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。PCM系统的原理方框图如图1所示。在编码器中由冲激脉冲对模拟信号抽样，得到在抽样时刻上的信号抽样值，此抽样值仍为模拟量。在它量化之前，通常用保持电路将其作短暂保存，以便电路有时间对其进行量化。图中的量化器把模拟抽样信号变成离散的数字量，然后在编码器中进行二进制编码。这样，每个二进制码组就代表一个量化后的信号抽样值。译码器的原理和编码过程相反。 模拟信号输入 抽

6、样保持 量化器 编码器 PCM信号输出 冲激脉冲 （a） 编码器 PCM信号输入 译码器 模拟信号输出 （b） 译码器 图1-1-1 PCM原理方框图要求：1使用Simulink工具箱进行仿真；2并对模拟信号进行量化处理，观察均匀量化和非均匀量化的波形。 第二章 脉冲编码原理概述2.1 PCM过程分析 PCM即脉冲编码调制，在通信系统中完成将模拟信号变成数字信号功能。PCM的实现主要包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。是把连续的输入信号变换为在时间域和振幅域上都离散的量，然后再把它变换为二进制代码进行传输。其功能是完成模-数转换，实现连续消息数字化。在脉冲编码通信的接收段，首先由已受噪声干扰的

7、波形中进行检测和再生，从而恢复原来的PCM信号。然后由译码设备把代码还原为量化的采样值。最后经过低通滤波器恢复原信号，完成与发送端相反的变换，即实现数-模转换。根据CCITT的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A律和律方式，我用了A律方式，由于A律压缩实现复杂，常使用 13 折线法编码,采用非均匀量化PCM编码示意图见下图。 图2-1-1 PCM原理框图本次课设，我们只研究脉冲编码这一部分，即采样、量化、编码三个过程。 图2-1-2 脉冲编码调制原理2.2基于simulink的PCM仿真 Simulink是MATLAB提供的用于对动态系统进行建摸、仿真和分析

8、的工具包。Simulink提供了专门用于显示输出信号的模块，可以在仿真过程中随时观察仿真结果。simulink具有良好的交互界面，通过分析窗口和示波器模拟等方法，提供了一个可视的仿真过程，不仅在工程上得到应用，在教学领域也得到认可，尤其在信号分析、通信系统等领域。其可以实现复杂的模拟、数字及数模混合电路及各种速率系统。本文主要阐述了如何利用simulink实现脉冲编码调制（PCM）。系统的实现通过模块分层实现，模块主要由PCM编码模块、PCM译码模块、及逻辑时钟控制信号构成。通过仿真设计电路，分析电路仿真结果，为最终硬件实现提供理论依据。在MATLAB工作区中输入“Simulink”并回车，或

9、单击MATLAB工具栏上的按钮，就进入了Simulink模型库。采用Simulink进行建摸和仿真时，一般是从Simulink模型库中提供的模块出发，通过组合各种模块来完成模块的设计。Simulink模型库提供了一种模块的集成环境，通过它可以快速地开发各种仿真模型。 本课题用到Source Coding（信源编码模块库），其包含各种用于实现抽样和量化功能的模块。第三章 采样3.1 抽样所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，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所有信息，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理确定的。如果一个连续

10、信号f（t）的频谱中最高频率不超过fh，当抽样频率fS2fh时，抽样后的信号就包含原连续的全部信息。这就是抽样定理。3.2 采样仿真 图3-2-1 采样仿真 图3-2-2 采样示波器参数设置通过示波器观察欠采样结果如图所示，采样周期为1/8000。 图3-2-3 采样仿真图 第一幅图为输入周期信号，第二幅图为采样信号，第三幅图为采样后的周期信号。y（t）就是对f（t）采样后的信号或称样值信号，可以用下式表示：y（t）=f（t）k（t）任何情况下，采样都应该满足采样定理，即一个频带限制在（0，fH）赫的时间连续信号m（t），如果以T1/2fH秒的间隔对它进行等间隔采样，则m（t）将被所得到的采样

11、值完全确定。第四章 量 化4.1 量化原理抽样信号虽然是时间轴上离散的信号，但仍然是模拟信号，其样值在一定的取值围，可有无限个值。为了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法把样值分级“取整”，使一定取值围的样值由无限多个值变为有限个值。这一过程称为量化。模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。实际中，往往采用非均匀量化。在非均匀量化时，量化间隔是随信号抽样值的不同而变化的。信号抽样值小时，其量化间隔也小；反之，量化间隔就大。 图4-1-1 模拟信号的量化 模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。由于均匀量化存在的主要缺点是：无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此，当信

12、号较小时，则信号量化噪声功率比也就很小，这样，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。通常，把满足信噪比要求的输入信号取值围定义为动态围，可见，均匀量化时的信号动态围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中，往往采用非均匀量化。非均匀量化是根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基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。量化则是将取值连续的采样变成取值离散的采样实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是压缩律和A