脉冲编码调制(PCM)系统设计方案

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基于Matlab的脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真

基于Matlab的脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真

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2017年1 月3日起至2017年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)内容要求:1.本课程设计的目的(1)使学生掌握通信系统各功能模块的基本工作原理;(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的方法;(3)培养学生对PCM的理解能力;(4)能提高和挖掘学生对所学知识的实际应用能力即创新能力;(5)提高学生的科技论文写作能力。

2.课程设计的任务及要求1)基本要求:(1)学习Matlab与Simulink仿真软件的使用;(2)对PCM,DPCM,ΔM编码与解码各功能模块的工作原理进行分析;(3)提出各种编码与解码电路的设计方案,选用合适的模块;(4)对所设计系统进行仿真;(5)并对仿真结果进行分析。

a. 采样定理的原理仿真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)创新要求:3)课程设计论文编写要求(1)要按照书稿的规格打印誊写毕业论文(2)论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、谢辞、附录等(3)毕业论文装订按学校的统一要求完成4)答辩标准:(1)完成原理分析(20分)(2)系统方案选择(30分)(3)仿真结果分析(30分)(4)论文写作(20分)5)参考文献:(1)王俊峰.《通信原理MATLAB仿真教程》人民邮电出版社第1版 .2010.11.1 (2)赵静.《基于MATLAB的通信系统仿真》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:2017年1月3日课程设计(论文)评审意见(1)完成原理分析(20分):优()、良()、中()、一般()、差();(2)系统方案选择(30分):优()、良()、中()、一般()、差();(3)仿真结果分析(30分):优()、良()、中()、一般()、差();(4)论文写作(20分):优()、良()、中()、一般()、差();(5)格式规范性及考勤是否降等级:是()、否()评阅人:职称:副教授2017年1月13日目录摘要 (I)Abstract............................................................................................................................................................... I I1 绪论 (1)2 PCM脉冲编码原理 (2)2.1 模拟信号的抽样及频谱分析 (2)2.1.1 信号的采样 (2)2.1.2 抽样定理 (2)2.1.3 采样信号的频谱分析 (3)2.2 量化 (3)2.2.1 量化的定义 (3)2.2.2 量化的分类 (4)2.2.3 MATLAB的A律13折线量化 (10)2.3 PCM编码 (10)2.3.1 编码的定义 (10)2.3.2 码型的选择 (11)2.3.3 PCM脉冲编码的原理 (11)3 PCM的MA TLAB实现 (13)3.1 PCM抽样的MATLAB实现 (13)3.2 PCM量化的MATLAB实现 (16)3.2.1 PCM均匀量化的MATLAB实现 (16)3.2.2 PCM A律非均匀量化的MATLAB实现 (18)3.3 PCM A律13折线编码的MATLAB实现 (20)4结果分析及总结 (23)参考文献 (24)。

脉冲编码调制(PCM)系统.

脉冲编码调制(PCM)系统.

脉冲编码调制(PCM)系统摘要:脉冲编码调制(PulseCodeModulation),简称PCM。

是数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生。

PCM的优点就是音质好,缺点就是体积大。

PCM可以提供用户从2M到155M速率的数字数据专线业务,也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。

关键字:脉冲编码调制、取样、量化、编码、解码Abstract:Pulse Code Modulation (PulseCodeModulation), referred to as PCM. Digital signal is a continuous change in analog signal sampling, quantization and coding production. PCM sound quality is good advantages and disadvantages are bulky. PCM can provide users from 2M to 155M line speed of digital data services, can also provide voice, video transmission, remote learning, and other businesses.Keywords:Pulse code modulation, modulation, demodulation目录一、工作原理 (4)1.1 取样 (5)1.2 量化 (5)1.3 编码 (7)1.4 再生 (10)1.5 解码 (10)二、芯片选择 (11)2.1 TP3067管脚定义 (13)三、电路设计 (14)四、心得体会 (16)一、工作原理:脉冲编码调制是把模拟信号数字化传输的基本方法之一,它通过抽样、量化和编码,把一个时间连续、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,然后在信道中进行传输。

脉冲编码调制(PCM)实验完整版文档

脉冲编码调制(PCM)实验完整版文档
传输输入放大器的同向输入。
负电源引脚。VBB=-5V±5%。
❖ 定时部分
❖ TP3067编译码器所需的定时脉冲均由定时部分提供。这里只 需要主时钟2048KHz和帧定时8KHz信号。
❖ 为了简化实验内容,本实验系统的编译码部分公用一个定时源
以确保发收时隙的同步。在实际的PCM数字电话设备中,必须 有一个同步系统来保证发收同步的。 动态范围应大于CCITT(国际电报、电话咨询委员会)建议的框架(样板值),如图所示。
2、 实验电路
TP3067的管脚定义简述如下:
❖ PCM编译码器简介
(1) VPO+ 接收功放的同向输出。 (2) GNDA 模拟地。所有信号以
VPO+
1
20
VBB
这个引脚为参考点。
(三GN)D系A 统性能测试 2
19
VFXI+
1、复习《通信系统原理》中有关编译码和PCM通信系统的内容;
(3) VPO(4) VPI
三、实验原理和电路说明
发滤


波器

Voice 混合
装置
收滤


波器




分 收

PCM数字电话终端机的结构示意图
模拟信源 x (t ) 预滤波
x(n) 波形编码器
抽样器
量化、编码
x(t)
模拟终端
发送端
接收端
数字信道
重建滤波器
x(n)
抽样保持、x/sinx低通
波形解码器
PCM原理图
1、PCM编译码原理
❖ PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。
❖ 抽样:把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅

pcm脉冲编码调制课程设计

pcm脉冲编码调制课程设计

pcm脉冲编码调制课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解脉冲编码调制(PCM)的基本概念和原理;2. 学生能掌握PCM系统的组成部分,包括模拟信号的采样、量化、编码和解码过程;3. 学生能解释采样定理及其在PCM中的应用;4. 学生了解不同类型的量化方法和编码方式,并明白它们对信号质量的影响。

技能目标:1. 学生能够运用所学知识,设计简单的PCM编码解码系统;2. 学生能够通过计算实例,评估不同PCM参数(如采样频率、量化位数)对信号恢复质量的影响;3. 学生能够操作相关软件或硬件工具,进行PCM的实际信号处理实验。

情感态度价值观目标:1. 学生通过PCM的学习,培养对通信技术发展的兴趣和认识,激发对工程问题的探究精神;2. 学生能够在小组合作中展现出团队精神和沟通能力,增强合作解决问题的意识;3. 学生能够认识到技术在现代社会中的重要作用,理解技术发展对生活的影响,培养积极的技术伦理观。

课程性质分析:本课程属于电子信息技术或通信原理的范畴,理论与实践相结合,通过PCM的学习,使学生掌握模拟信号数字处理的基础。

学生特点分析:针对高中年级或大一、大二理工科学生,他们具备一定的数学基础和物理概念,对通信技术有一定的好奇心,但需要具体案例和实际操作来加深理解。

教学要求:教学内容需结合实际案例,通过直观演示和动手实验,使学生在理解理论基础上,能够达到技能和情感态度价值观的双重目标。

教学过程中应注重启发式教学,鼓励学生提问和思考,促进知识的深入理解与应用。

二、教学内容1. PCM基本概念:介绍脉冲编码调制的基本原理,包括模拟信号的数字化过程;- 教材章节:第二章“模拟信号的数字化”- 内容:信号的采样、量化、编码与解码的基本定义和流程。

2. 采样定理:探讨奈奎斯特采样定理,理解采样频率与信号频率的关系;- 教材章节:第二章“采样定理”- 内容:采样频率的选择,避免混叠现象的方法。

3. 量化方法:讲解均匀量化和非均匀量化,以及量化误差的分析;- 教材章节:第三章“量化与编码”- 内容:量化级数的确定,量化误差的计算。

脉冲编码调制

脉冲编码调制

脉冲编码调制一、实验目的掌握脉冲编码调制原理及其实现方法二、实验内容用SystemView 软件仿真脉冲编码调制实现过程三、实验原理1. PCM 系统工作原理在现代通信系统中,以PCM 为代表的编码调制技术被广泛应用于模拟信号的数字传输。

除PCM外,DPCM 和ADPCM 的应用范围更广。

PCM 的主要优点是抗干扰能力强、失真小、传输特性稳定,尤其是远距离信号再生中继时,噪声不累积,而且可以采用压缩编码、纠错编码和保密编码等来提高系统的有效性、可靠性和保密性。

另外PCM 还可以在一个信道上将多路信号进行时分复用,传输脉冲编码调制PCM 是把模拟信号变换为数字信号的一种调制方式。

其最大的特点是把连续输入的模拟信号变换为在时域和振幅上都离散的量,然后将其转化为代码形式传输。

PCM 编码通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。

为便于用数字电路实现其量化电平数一般为2的整数次幂,有利于采用二进制编码表示。

采用均匀量化时,其抗噪声性能与量化级数有关,每增加一位编码,其信噪比增加约6dB ,但实现的电路复杂程度也随之增加,占用带宽也越宽。

因此,实际采用的量化方式多为非均匀量化,通常使用信号压缩与扩张技术来实现非均匀量化,在保持信号固有的动态范围前提下,在量化前将小信号进行放大,而对大信号进行压缩通常的压缩方法有13 折线A 律和律两种标准。

国际通信中多采用A 律,采用信号压缩后,用8位编码实际可以表示均匀量化11位编码时才能表示的动态范围,能有效提高小信号时的信噪比。

PCM 通信系统组成如图4-6 所示:图4-6 PCM 通信系统组成框图输入信号经抽样量化编码后变成数字信号(PCM 信号)经信道传输到达接收端,先由译码器恢复出抽样值序列,在经过低通滤波滤出模拟基带信号,通常将量化编码组合称为模/数变换器,将译码低通的组合称为数/模变换器。

2、A87.6/13折线编码的码位安排当n=8时,a1 a2……a9的安排如下:a1:极性码,当抽样值Is>0时,a1=1,否则为0;a2 a3 a4:段落吗,用来确定抽样值所在量化器的段落a5 a6 a7 a8:段内电平码。

脉冲编码调制

脉冲编码调制

Rbc
2048 32
64kbit/s
或 Rbc fs n 8 8 64kbit/s
Rb fs n L 8 8 32 2048kbit/s
.时分复用 时隙数与信号路数相同 .帧结构 时隙数>信号路数
32路时隙,256bit,125μs
TS0 1
16
31
TS1~TS15, TS17~TS31,
CH1~CH15 CH16~CH30
TS0传送帧同步码组 0011011
TS16传送话路信令
abcdabcd
A律基群又称30/32系统
1帧......2个话路的信令
15帧......30个话路的信令 16帧......复帧 F0,F1,......F15
1101
1011
13
正极性部分
1100
1100
1010
12
1011
1011
1110
11
1010
1010
1111
10
1001
1001
1101
9
1000
1000
1100
8
0111
0000
0100
7
0110
0001
0101
6
0101
0010
0111
5
负极性部分
0100
0011
0110
4
0011
0100
0010
f (t)
f (t)
n(t)
t
一般量化噪声:
et f t f 't
n(t) t
过载噪声:阶梯电压波 形跟不上信号的变化。
译码器的最大跟踪斜率:

第3章 脉冲编码调制(PCM)

第3章  脉冲编码调制(PCM)

第3章 脉冲编码调制(PCM)
关于量化的几个概念
量化值(量化电平) 量化后的取值; 量化值(量化电平)----量化后的取值; 量化后的取值
上例中:0,1,2,3,4,5,6共七个量化值 上例中: , , , , , , 共七个量化值
量化级----量化值的个数; 量化值的个数; 量化级 量化值的个数
上例中:7个 上例中: 个
量化间隔----相邻两个量化值之差。 相邻两个量化值之差。 量化间隔 相邻两个量化值之差
上例中:1 上例中:
第3章 脉冲编码调制(PCM)
量化噪声
模拟信号数字化的过程中引入了量化误差 上例中:量化前 上例中: 量化后
k(0)=0.2 m(0)=0 k(1)=0.4 m(1)=0
第3章 脉冲编码调制(PCM)
y 1
压缩特性
−1 0
−1
1 x
扩张特性
第3章 脉冲编码调制(PCM)
对数压缩
压缩特性通常采用对数压缩特性, 压缩特性通常采用对数压缩特性,即压缩 器的输出与输入之间近似呈对数关系
两类对数压缩特性
A律对数压缩特性 律对数压缩特性 μ律对数压缩特性
第3章 脉冲编码调制(PCM)
第3章 脉冲编码调制(PCM)
第3章 脉冲编码调制(PCM)
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 PCM基本概念 基本概念 抽样 量化 PCM编码 编码 抽样定理 时分复用
第3章 脉冲编码调制(PCM)
3.1 PCM基本概念
模/数变换(A/D) 数/模变换(D/A)
信 信 源 编 码 信 道 编 码 调 信 道 制 噪 声 数字通信系统一般模型 调 解 信 道 解 码 信 源 解 码 信

脉冲编码调制(PCM)及系统实验报告

脉冲编码调制(PCM)及系统实验报告

深圳大学实验报告
课程名称:通信原理
实验项目名称:脉冲编码调制(PCM)及系统
学院:信息工程学院
专业:通信工程
指导教师:李晓滨
报告人:学号:班级: 2 实验时间:2017.11.22
实验报告提交时间:2017.12.
教务部制
图2-2帧脉冲和PCM编码数据(128K)实测波形
(2)时钟为128KHZ,频率为2KHZ的同步正弦波及PCM编码数据波形:用8KHZ的矩形窄脉冲测出一帧两路的PCM编码数据
(3)时钟为64KHZ,频率为2KHZ的非同步正弦波及PCM编码数据波形用8KHZ的矩形窄脉冲测出一帧8bit的PCM编码数据;
(4)时钟为128KHZ,频率为2KHZ的非同步正弦波及用8KHZ的矩形窄脉冲测出一帧两路的PCM编码数据。

脉冲编码调制(PCM)系统设计方案

脉冲编码调制(PCM)系统设计方案

数字通信原理与技术设计报告书课题名称脉冲编码调制<PCM)系统设计与仿真姓名学号院系专业指导教师2018年1月15日脉冲编码调制<PCM)系统设计与仿真<1设计目的加深对所学的通信原理知识理解,培养专业素质;掌握通信电路的设计方法,能够进行设计简单的通信电路系统;掌握通信系统安装的基本知识和技能,培养学生对通信电路系统的整机调试和检测的能力;通过专业课程设计掌握通信中常用的信号处理方法,能够分析简单通信系统的性能。

2 设计要求画出系统结构框图,根据系统的工作原理,利用SystemView的模块画出系统的结构图并进行仿真,观察仿真波形。

3 设计原理SystemView 仿真软件可以实现多层次的通信系统仿真。

脉冲编码调制<PCM)是现代语音通信中数字化的重要编码方式。

利用SystemView 实现脉冲编码调制(PCM>仿真,可以为硬件电路实现提供理论依据。

通过仿真展示了PCM编码实现的设计思路及具体过程,并加以进行分析。

PCM即脉冲编码调制,在通信系统中完成将语音信号数字化功能。

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、及量化信号的二进制表示。

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μ律方式,我国采用了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 编码示意图见图1。

图3.1 PCM原理框图下面将介绍PCM编码中抽样、量化及编码的原理:(a> 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。

(b> 量化从数学上来看,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。

脉冲编码调制(PCM)编译码系统设计

脉冲编码调制(PCM)编译码系统设计
周安排
设 计 内 容
设计时间
第一周
学习有关PCM编译码知识,查阅有关资料
09.08-09.12
第二周
硬件电路实现,焊接电路及调试
09.15-09.19
第三周
软件仿真,编写设计说明书、答辩、评定成绩
09.22-09.26
五、指导教师评语及学生成绩
指导教师评语:
年 月 日
成绩
指导教师(签字):
前言
1.1专业综合设计目的
1.3专业综合设计的意义
本课题研究的是PCM编译码系统的设计。通过学习PCM系统的原理和信号传输的过程,学会了画出PCM原理框图并能说明各环节的作用以及画出电路各点波形图,熟悉了PCM编译码芯片TP3057功能以及电路的各元件功能,也会用实验板焊接电路来实现PCM编译码器。这让我们更好的掌握模拟通信和数字通信系统的信息传输的基本原理和分析方法,能懂得通信系统的基本原理和构成,了解有关通信系统中的技术指标及改善系统性能的一些基本技术措施,为我们全面、系统的了解信号传输过程提供了理论依据。
(4) V+接+5V电源。
(5) FSR接收部分帧同信号输入端,此信号为8KHz脉冲序列。
(6) DR接收部分PCM码流输入端。
(7) BCLKR/CLKSEL接收部分位时钟(同步)信号输入端,此信号将PCM码流在FSR上升沿后逐位移入DR端。位时钟可以为64KHz到2.048MHz的任意频率,或者输入逻辑“1”或“0”电平器以选择1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz用作同步模式的主时钟,此时发时钟信号BCLKX同时作为发时钟和收时钟。
量化器的平均输出信号量噪比随量化电平数的增大而提高。在实际应用中,对于给定的量化器,量化电平数和量化间隔都是确定的,所以量化噪声也是确定的。但是,信号的强度可能随时间变化,像话音信号就是这样,当信号小时,信号量噪比也小。所以,这种均匀量化器对于小输入信号很不利。为了克服这个缺点,改善小信号时的信号量噪比,在实际应用中常采用非均匀实现语音信号数字化的一种方法。一语音信号的数字化语音信号是连续变化的模拟信号,实现语音信号的数字化必须经过抽样、量化和编码三个过程。

脉冲编码调制PCM

脉冲编码调制PCM

2.3 脉冲编码调制(PCM)
PCM调制系统
1
信号的压缩与扩张
2
PCM编码器和译码器
3
PCM系统的噪声性能
4
差分脉冲编码调制
5
PCM编码器和译码器
编码器 译码器 PCM编码和译码器集成电路
码位的选择和安排
13折线编码采用8位二进制码,对应256个量化级,即正、负输入幅度范围内各有128个量化级 需要将13折线中的每个折线段再均匀划分16个量化级 正、负输入的8个段落被划分成128个不均匀量化级 8位码的安排
脉冲编码调制系统
30/32PCM端机每帧共有32个时隙,传30路数字话音信号和2时隙的勤务信息。 30/32PCM端机输出的信号称为一次群信号。实际应用中,还可将多个一次群进行准同步复接(PDH):即四个基群 (一次群)复接组成二次群,四个二次群组成三次群,四个三次群组成四次群,四个四次群组成五次群,或进行同步复接(SDH)。
脉冲编码调制系统
以30/32PCM端机为例,介绍PCM的系统组成 话音信号的抽样频率为8000Hz,抽样的间隔时间Ts=1/fs=125s 为了时分复用将125 s分为32个时隙,即每个时隙为125 s /32=3.9 s 每个抽样脉冲用8bit编码,即8位二进制脉冲作一个码组,一次放入各个时隙。 为保证通信的正常进行,每帧的起始时刻由帧定时信号决定,收端也应有相应的帧定时信号,收发两端的帧定时信号必须同频同相,即实现帧同步。
目前用得较多
逐次比较编码器原理框图
全波整流
参考电源
PAM信号
US
|US|
UR
极性判决
D1
比较码 形成
或 门
a2-a8
a1
PCM 编码输出

脉冲编码PCM调制设计

脉冲编码PCM调制设计

数字通信原理课程设计报告书课题名称 脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真姓 名 学 号院 系 物理与电信工程系专 业 通信工程指导教师2010年01月09日※※※※※※※※※ ※※ ※※ ※※2007级学生数字通信原理课程设计脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真一、设计目的加深对《数字通信原理与技术》及《MATLAB》课程的认识,进一步熟悉M语言编程中各个指令语句的运用;进一步了解和掌握数字通信原理课程设计中各种原理程序的设计技巧;掌握宏汇编语言的设计方法;掌握MATLAB软件的使用方法,加深对试验设备的了解以及对硬件设备的正确使用。

加强对于电路图的描绘技能,巩固独立设计实验的实验技能。

提高实践动手能力。

二、设计要求采用matlab或者其它软件工具实现脉冲编码调制(PCM)系统的设计与仿真,并且绘制相关的图形;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。

所有设计要求,均必须在实验室调试,保证功能能够实现。

三、设计原理在PCM中,波形的每个样本独立进行编码。

然而,以奈奎斯特速率或更高速率采样的绝大多数信号(包括语音信号),其相邻的样本之间呈现明显的相关性,换言之,相邻采样幅度间的平均变化较小。

所以,利用采样中多余度的编码方案将使语音信号的码率降低。

一种简单的解决方法就是对相邻样本之差编码而不是对样本本身编码,由于相邻样本之差比实际样本幅度小,所以表示差信号需要较小的位数。

这种普通方法的一种改进方案是用前面的n个样本根据一定的规律来预测当前的样本,然后将预测值与实际值的误差进行量化后传输,在根据误差信号,采用和发送端相同的预测方法恢复出原始信号。

图1 PCM的原理框图模拟信号数字化必须经过三个过程,即抽样、量化和编码,以实现话音数字化的脉冲编码调制(PCM,Pulse Coding Modulation)技术。

1. 抽样(Samping)抽样是把模拟信号以其信号带宽2倍以上的频率提取样值,变为在时间轴上离散的抽样信号的过程。

(整理)脉冲编码

(整理)脉冲编码

脉冲编码(PCM)通信系统设计与制作一、目的通过对脉冲编码(PCM)调制与解调通信系统的设计与制作,建立模拟语音信号数字化的系统概念;掌握PCM编/译码器的工作原理,了解A律语音压扩编码原理;掌握PCM编/译码专用大规模集成电路TP3067的基本原理与功能,学会TP3067的与应用方法。

进一步加深理解与掌握PCM通信系统的理论知识;掌握(PCM)调制与解调通信系统的设计、测试与调整技能;增强实际电子工程应用技术,增进工程实践能力。

二、要求脉冲编码调制(PCM)是把模拟信号数字化传输的基本方法之一,它通过抽样、量化和编码,把一个时间连续、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,然后在信道中进行传输。

接收机将收到的数字信号经再生、译码、平滑后恢复出原始的模拟信号。

PCM通信系统原理的组成框图如图1-1所示。

图1-1 PCM通信系统组成原理框图由图可知,话音信号先经过适当放大,得到模拟信号(300Hz~3400Hz),进行脉冲抽样,变成8KHz重复频率的抽样信号(即离散的脉冲调幅PAM信号),然后将幅度连续的PAM 信号用“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号,再经编码,转换成二进制码。

对于电话,CCITT(国际电话与电报顾问委员会 International Telephone and Telegraph Consultative Committee)规定抽样率为8KHz,每抽样值编8位码,即共有28=256个量化值,因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。

①数字信号源用4.096MHZ晶体产生主载波,经二分频得到编译码器的工作时钟:2048 KHz;再合理选择与设计适当分频与分配器得到8KHz帧同步信号。

②PCM调制与解调器采用TP3067大规模集成电路芯片实现。

要求实现话音通信。

③语音信号要求用驻极体话筒采集,经一级运放KA1458作适当放大。

④译码器输出的信号,经一级运放KA1458作适当放大输出,要求音量可控。

实验十二脉冲编码调制PCM实验

实验十二脉冲编码调制PCM实验

实验十二脉冲编码调制PCM实验【实验目的】1、加深对PCM 编码过程的理解。

2、熟悉PCM 编、译码专用集成芯片的功能和使用方法。

3、了解PCM 系统的工作过程【实验环境】1、实验分组:两人一组或者单人2、设备:通信实验箱,数字存储示波器【实验原理】1.PCM 基本工作原理:脉冲调制就是把一个时间连续、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。

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。

在该实验中,抽样速率采用8KHz。

所谓量化,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。

一个模拟信号经过抽样量化后,得到已量化的脉冲幅度调制信号,它仅为有限个数值。

所谓编码,就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。

然而,实际上量化是在编码过程中同时完成的,故编码过程也称为模/数变换,可记作A/D。

由此可见,脉冲编码调制方式就是一种传递模拟信号的数字通信方式。

PCM的原理如图5-1 所示。

话音信号先经防混叠低通滤波器,进行脉冲抽样,变成8KHz重复频率的抽样信号(即离散的脉冲调幅PAM信号),然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号,再经编码,转换成二进制码。

对于电话,CCITT规定抽样率为8KHz,每抽样值编8 位码,即共有28=256 个量化值,因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s。

为解决均匀量化时小信号量化误差大、音质差的问题,在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法,即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小,而在大信号时分层疏、量化间隔大,如图5—2所示。

实际中广泛使用的是两种对数形式的压缩特性:A 律和μ律。

脉冲编码调制(PCM)实验

脉冲编码调制(PCM)实验

实验三:脉冲编码调制(PCM )实验
一.实验目的
1.熟悉PCM 编译码专用集成芯片的功能和使用方法。

2.掌握PCM 编译码原理与测试方法。

3.掌握时分多路复用的原理与实现方法。

4.了解时隙交换原理。

二.实验仪器
1.RZ8621D 实验箱一台 2.20MHz 双踪示波器一台 3.专用连接导线4根 4.平口小起子一个 三.实验电路连接
图中:
DX 送至AMI/HDB3模块作编码输入信号。

DR 来至AMI/HDB3模块译码输出。

本实验箱有两个PCM 编译码系统,因此除能进行PCM 编译码测试的实验,还能进行时分复用和时隙交换等实验。

TP507
图3-1脉冲编码调制(PCM )实验原理框图
四.实验预习及测量点说明。

通信原理第3章 脉冲编码调制(PCM)

通信原理第3章  脉冲编码调制(PCM)

第3章 脉冲编码调制(PCM)
下面举2个例题来说明其编码方法:
例题1 设输入取样值I S 444个量化单位(444), 试按A律13折线编出8位码. 解 : (1)由于取样值为正, 故M 1 1 (2)由于256 I S 512, 位故位于第6段, 得M 2 M 3 M 4 101 (3)确定段内码M 5 M 6 M 7 M 8 M 5 : I W 256 128 384, I S I W , 故取M 5 1 M 6 : I W 384 64 488, I S I W , 故取M 6 0 M 7 : I W 384 32 416, I S I W , 故取M 7 1 M 8 : I W 416 16 432, I S I W , 故取M 8 1 (4)最后得 : M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 M 8 11011011
第3章 脉冲编码调制(PCM)
A律 PCM
量化级数为256→一个码组的长度为8位
编码方法
自然码(NBC,Natural Binary Code) 折叠码(FBC,Folded Binary Code)
PCM采用折叠码进行编码
格雷码(RBC,Grayor Reflected Binary Code)
压缩器:对弱小信号有比较大的放大倍 数(增益),而对大信号的增益却比较 小→对大信号压缩; 扩张器:特性与压缩器相反→对小信号 压缩,对大信号扩张; 要求压缩特性与扩张特性合成后是一条 直线。
第3章 脉冲编码调制(PCM)
y
1
压缩特性
1
0
1
1 x
扩张特性
第3章 脉冲编码调制(PCM)
对数压缩

5.3 脉冲编码调制(PCM)

5.3 脉冲编码调制(PCM)

1 斜率:
0
0
0
111 110 101 100 011 010 001 000
1 x

5.3.1 PCM编码原理
3.码位的选择与安排
第 5 至第 8 位码 C5C6C7C8 为段内码,这 4 位码的 16 种可能状态 用来分别代表每一段落内的16个均匀划分的量化级。 段内码与16 个量化级之间的关系如表 5.6 所示。
m t
抽样
ms t
量化 A/D变换
mq t
编码
信道 m t 来自干扰 mq t 低通滤波
译码与低通滤波的组合称为数/模变换器(D/A变换器)。
抽 样 是 按 抽 样 定 理 把量化是把幅度上仍连续(无穷 时 间上连续的模拟 信 号 转 编 码 是 用二进制码组表 多个取值)的抽样信号进行幅 换成时间上离散 的 抽度离散,即指定 样 M个样值脉冲。 示量化后的 M个规定的电平, 信号; 把抽样值用最接近的电平表示;
码相同;段内码第一位若为0,除段内码第一位外,
其余码取反即可。

5.3.1 PCM编码原理
以非均匀量化时的最小量化间隔Δ =1/2048 作为均 匀量化的量化间隔
从13 折线的第一段到第八段所包含的均匀量化级数 共有2048 个均匀量化级
非均匀量化只有128 个量化级
3.码位的选择与安排
假设:
均匀量化需要编11 位码,而非均匀量化只要编7 位 码
5.3.1 PCM编码原理
1.PCM调制系统框图
脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制,是一种用一 组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是一种最典型的语音信号数字化的波形编码 方式。 原理框图

PCM脉冲编码调制

PCM脉冲编码调制

课程设计任务书学生姓名:专业班级:通信0906班指导教师:许建霞工作单位:信息工程学院题目:脉冲编码调制(PCM)的实现初始条件:MATLAB软件,电脑,通信原理知识要求完成的主要任务:实现脉冲编码调制(PCM)技术的三个过程:采样、量化与编码。

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A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: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 (3)Abstract (4)1.引言 (5)2.设计原理 (6)2.1抽样 (6)2.2量化 (6)2.2.1均匀量化 (6)2.2.2非均匀量化 (7)2.3编码 (9)3.仿真 (11)3.1 A律非均匀量化仿真 (11)3.1.1 SIMULINK仿真 (11)3.1.2 模块属性设置及波形 (11)3.1.3结果分析 (17)3.2 64级电平的均匀量化 (18)3.2.1 程序 (18)3.2.2调试结果 (20)3.2.3结果分析 (21)4.总结 (22)参考文献 (23)摘要随着信息时代和数字世界的到来,通信原理已成为当今一门极其重要的学科和技术领域。

在通信原理中起着重要的作用并已获得广泛应用的是脉冲编码调制(PCM)。

MATLAB是英文MATrix LABoratory(矩阵实验室)的缩写。

它是美国的MathWorks公司推出的一套用于科学计算和图形处理可视化、高性能语言与软件环境。

它的信号处理工具箱包含了各种经典的和现代的数字信号处理技术,是一个非常优秀的算法研究与辅助设计的工具。

在设计汉明码建模仿真时,通常采用MATLAB来进行辅助设计和仿真。

本文主要利用MATLAB中SIMULINK通信系统仿真模型库进行脉冲编码调制建模仿真,阐述了建立脉冲编码调制通信系统仿真模型的一般方法。

根据该系统的基本原理将整个模型划分为抽样﹑量化﹑编码等几个子系统,并调用通信系统功能函数进行编程,绘制时域波形。

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数字通信原理与技术设计报告书脉冲编码调制<PCM )系统设计与仿课题名称真姓名学号院系专业指导教师2018年1月15 日脉冲编码调制<PCM )系统设计与仿真<1设计目的加深对所学的通信原理知识理解,培养专业素质;掌握通信电路的设计方法,能够进行设计简单的通信电路系统;掌握通信系统安装的基本知识和技能,培养学生对通信电路系统的整机调试和检测的能力;通过专业课程设计掌握通信中常用的信号处理方法,能够分析简单通信系统的性能。

2设计要求画出系统结构框图,根据系统的工作原理,利用SystemView 的模块画出系统的结构图并进行仿真,观察仿真波形。

3设计原理SystemView 仿真软件可以实现多层次的通信系统仿真。

脉冲编码调制<PCM )是现代语音通信中数字化的重要编码方式。

利用SystemView 实现脉冲编码调制( PCM>仿真,可以为硬件电路实现提供理论依据。

通过仿真展示了PCM编码实现的设计思路及具体过程,并加以进行分析。

PCM 即脉冲编码调制,在通信系统中完成将语音信号数字化功能。

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、及量化信号的二进制表示。

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μ律方式,我国采用了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 编码示意图见图 1。

下面将介绍 PCM 编码中抽样、量化及编码的原理:(a> 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。

(b> 量化从数学上来看,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。

如图 2所示,量化器 Q 输出 L 个量化值 yk, k=1,2,3,⋯, L 。

yk常称为重建电平或量化电平。

当量化器输入信号幅度 x落在xk与xk 1之间时,量化器输出电平为 yk。

这个量化过程可以表达为:y Q(x) Q x k x x k 1 y k ,k 1,2,3, ,L这里xk称为分层电平或判决阈值。

通常k xk 1 xk称为量化间隔。

x模拟入图 3.2 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,当信号 m(t)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器量化值图 3.1 PCM 原理框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范围定 义为动态范围,可见,均匀量化时的信号动态范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 v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。

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 压缩律。

美国采用 压缩律,我国和欧洲各国均采用 A 压缩律,因 此, PCM 编码方式采用的也是 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:1 ln Ax ,1 X 1 ln A AAx1 ln A ,0 XA 律压扩特性是连续曲线,A 值不同压扩特性亦不同,在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。

实际中,往往都采用近似于A 律函数规律的13折线<A=87.6)的压扩特性。

这样,它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点,又便64于用数字电图3.3 A 律函数13 折线路实现,本设计中所用到的PCM 编码正是采用这种压扩特性来进行编码的图3 示出了这种压扩特性。

表1 列出了13折线时的x值与计算x值的比较。

表3.1 13 折线时的x 值与计算x 值的比较表1中第二行的x值是根据 A 87.6时计算得到的,第三行的x值是13 折线分段时的值。

可见,13 折线各段落的分界点与 A 87.6曲线十分逼近,同时x按2 的幂次分割有利于数字化。

(c> 编码所谓编码就是把量化后的信号变换成代码,其相反的过程称为译码。

当然,这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的,前者是属于信源编码的范畴。

在现有的编码方法中,若按编码的速度来分,大致可分为两大类:低速编码和高速编码。

通信中一般都采用第二类。

编码器的种类大体上可以归结为三类:逐次比较型、折叠级联型、混合型。

在逐次比较型编码方式中,无论采用几位码,一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。

下面结合13 折线的量化来加以说明。

在 13折线法中,无论输入信号是正是负,均按 8 段折线 <8个段落)进行编码。

若用 8 位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值,其中用第一位表示量化 值的极性,其余七位 <第二位至第八位)则表示抽样量化值的绝对大小。

具体的 做法是:用第二至第四位表示段落码,它的 8 种可能状态来分别代表 8 个段落 的起点电平。

其它四位表示段内码,它的 16 种可能状态来分别代表每一段落的 16 个均匀划分的量化级。

这样处理的结果, 8 个段落被划分成 27=128 个量化 级。

段落码和 8 个段落之间的关系如表 2所示;段内码与 16个量化级之间的关 系见表 3。

PCM 编译码器的实现可以借鉴单片 PCM 编码器集成芯片,如:TP3067A 、 CD22357 等。

单芯片工作时只需给出外围的时序电路即可实现,考虑到实现细 节,仿真时将 PCM 编译码器分为编码器和译码器模块分别实现。

3.1 、信号源子系统的组成表 3.2 段落码表 3.3 段内由三个幅度相同、频率不同的正弦信号<图符7、8、9)合成,如图4图3.4 信号源子系统的组成3.2、PCM 编码器模块PCM编码器模块主要由信号源<图符7)、低通滤波器<图符15)、瞬时压缩器<图符16)、A/D 转换器<图符8)、并/ 串转换器<图符10)、输出端子构成<图符9),实现模型如下图5 所示:图3.5 PCM 编码器模块信源信号经过PCM 编码器低通滤波器<图符15)完成信号频带过滤,由于PCM量化采用非均匀量化,还要使用瞬时压缩器实现A 律压缩后再进行均匀量化,A/D转换器<图符8)完成采样及量化,由于A/D转换器的输出是并行数据,必须通过数据选择器<图符10)完成并/ 串转换成串行数据,最后通过图符<9)输出PCM 编码信号。

3.3、PCM 编码器组件功能实现( a>低通滤波器:为实现信号的语音频率特性,考虑到滤波器在通带和阻带之间的过渡,采用了低通滤波器,而没有设计带通滤波器。

为实现信号在300Hz-3400Hz 的语音频带内,在这里采用了一个阶数为3 阶的切比雪夫滤波器,其具有在通带内等波纹、阻带内单调的特性。

(b>瞬时压缩器:瞬时压缩器<图符16)使用了我国现采用A 律压缩,注意在译码时扩张器也应采用A 律解压。

对比压缩前后时域信号<见图6, 图7),明显看到对数压缩时小信号明显放大,而大信号被压缩,从而提高了小信号的信噪比,这样可以使用较少位数的量化满足语音传输的需要。

图3.6 压缩前图3.7 压缩后(c>A/D 转换器:完成经过瞬时压缩后信号时间及幅度的离散,通常认为语音的频带在300Hz-3400Hz,根据低通采样定理,采样频率应大于信号最高频率两倍以上,在这里A/D 的采样频率为8Hz即可满足,均匀量化电平数为256 级量化,编码用8bit 表示,其中第一位为极性表示,这样产生了64kbit/s 的语音压缩编码。

图3.9 系统模型子系统<图符12)如下图10:图3.10 子系统以上图9、图10 各方块的有关参数如表4:表3.4 有关参数3.5 、仿真波形3.5.1 信号源的波形3.5.5译码后恢复源信号的输出波形3.5.2 信号源经压缩后的3.5.4 PCM 译码时经过 D/A 转化并用 A 律扩张后的输出由以上数据波形可以看出在PCM 编码的过程中,译码输出的波形具有一定的延迟现象,其波形基本上不失真的在接收端得到恢复,传输的过程中实现了数字化的传输过程。

4设计过程中需解决的问题首先,必须根据实际情况合理的设计采样频率和抽样脉冲的参数,以防波形的失真,由于在刚开始的时候, 没有合理设置采样频率的参数, 出现了在译码时恢复波形的失真,最后根据采样频率fs 大于等于2fH 条件,通过不断调试,最终可以合理地恢复源信号波形。

但由于在信道传输过程中由于各种原因而引起译码波形有一定的延时现象。

其次,在调试带使能端的8路数据选择器在实现PCM 编码输出的并行数据转换为串行数据输出时,起初由于没有合理应用选择控制端,而导致数据输出毫无规律,即八路数据当中随机地从哪一路输出,最后通过设置频率不同的三路脉冲方波作用于选择控制端,去控制每一路的数据输出,然后经过调试完成了PCM 编码的正确输出。

最后, 在设计滤波器时,首先要看系统信号源输出信号频率到底是处于在哪个频率范围, 再根据其他参考参数和系统各项技术要求, 决定是要设计哪种类型的滤波器, 是低通型还是带通型滤波器。

5心得体会本次课程设计在刚开始的过程中无从下手,手忙脚乱,时间又紧,最终决定用软件仿真来实现PCM 的编码过程。

通过这次设计,掌握了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SystemView<通信系统的动态仿真软件),并学会通过应用软件仿真来实现各种通信系统的设计,对以后的学习和工作都起到了一定的作用,加强了动手能力和学业技能。

总体来说,这次实习我受益匪浅。

在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力。

在让我体会到了设计电路的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐。

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