通信原理课程设计模拟信号的数字化处理综述

课程设计报告

课程设计名称：通信系统原理系：三系

学生姓名：张梦瑶

班级：11通信工程1班学号：20110306111 成绩：

指导教师：吴琼

开课时间：2013-2014学年一学期

一、课程设计目的

本课程是为通信工程专业本科生开设的专业必修课，结合学生的专业方向的理论课程，充分发挥学生的主动性，使学生掌握应用MATLAB或者SYSTEMVIEW等仿真软件建立通信系统，巩固理论课程内容，规范文档的建立，培养学生的创新能力，并能够运用其所学知识进行综合的设计。

通信系统原理的课程设计是对通信系统仿真软件、课程学习的综合检验，配合理论课的教学，让学生亲自参加设计、仿真、验证通信系统的一般原理、调制解调原理、信号传输及受噪声影响等方面的知识点。

二、设计选题

模拟信号的数字化处理

三、具体要求

a.熟悉模拟信号数字化的处理步骤：抽样、量化、编码；

b.模拟信号的抽样过程，理解抽样频率的变化对抽样信号的影响；

c.用MATLAB或其它EDA工具软件对PCM编码进行使用A律和μ律的压缩和扩张进行软件仿真；

d.PCM的8位编码C1C2C3C4C5C6C7C8

e．仿真实现增量调制的过程和并理解噪声产生的原理。

四、进度安排

1、星期一查阅资料，确定选题和软件，思考总体设计方案；

2、星期二熟悉软件的编程环境；

3、星期三总体设计方案的确定与设计；

4、星期四各部分的具体实现（程序调试并程序注释）；

5、星期五整理完成设计报告的电子版，并答辩。

五、成绩评定办法

总成绩由平时成绩（考勤与课堂表现）、程序设计成绩和报告成绩三部分组成，各部分比例为30%,50%,20%。

（1）平时成绩：无故旷课一次，平时成绩减半；无故旷课两次平时成绩为0分，无故旷课三次总成绩为0分。迟到15分钟按旷课处理。

（2）设计成绩：按照实际的设计过程及最终的实现结果给出相应的成绩。

（3）设计报告成绩：按照提交报告的质量给出相应的成绩。

备注：每人提交一份课程设计报告（打印稿和电子稿各一份），课程设计报告按照模板撰写内容，要求详细、准确、完整。

目录

前言 (5)

1、基本原理 (6)

1.1 脉冲编码调制（PCM） (6)

1.2 PCM编码原理 (6)

1.2.1 抽样 (6)

1.2.2 量化 (7)

1.2.3 压缩律与A压缩律 (9)

1.2.4 A律PCM编码 (12)

1.3 增量调制 (14)

1.3.1 增量调制简介 (14)

1.3.2 增量调制的原理 (14)

2. 仿真程序、程序编制、仿真结果 (16)

2.1 仿真程序编制 (16)

2.1.1 抽样定理的验证 (16)

2.1.2 量化与编码 (16)

2.1.3 A律与u律特性曲线 (19)

2.1.4 PCM的8位编码C1C2C3C4C5C6C7C8 (21)

2.1.5增量调制 (22)

2.2 仿真结果及分析 (23)

2.2.1 抽样定理仿真结果 (23)

2.2.2 量化与编码仿真结果 (26)

2.2.3 PCM的8位编码仿真结果 (27)

2.2.4 A律和u律特性曲线仿真结果 (27)

2.2.5 增量调制仿真结果 (28)

3. 运行程序过程中产生的问题及采取的措施 (30)

4. 总结和展望 (31)

5.参考文献 (32)

前言

数字通信系统己成为当今通信的发展方向，然而自然界的许多信息通过传感器转换后，绝大部分是模拟量，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，主要用于语音传输，在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中得到广泛的应用，借助于MATLAB软件，可以直观、方便地进行计算和仿真。因此可以通过运行结果，分析系统特性。

MATLAB是美国Math Works公司开发的一套面向理论分析研究和工程设计处理的系统仿真软件，它既是一种直观、高效的计算机语言,同时又是一个科学计算平台。它为数据分析和数据可视化、算法和应用程序开发提供了最核心的数学和高级图形工具。根据它提供的500多个数学和工程函数，工程技术人员和科学工作者可以在它的集成环境中交互或编程以完成各自的计算。总的来说，该软件有三大特点。一是功能强大，二是界面友善、语言自然，三是开放性强。正是由于MATLAB具有这些特点，所以它被广泛的应用在通信仿真中，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。

基于MATLAB的仿真模型，能够反映模拟通信系统的动态工作过程，其可视化界面具有很好的演示效果，为通信系统的设计和研究提供强有力的工具，也为学习通信系统理论提供了一条非常好的途径。当然理论与实际还会有很大的出入，在设计时还要考虑各种干扰和噪声等因素的影响。

1、基本原理

1.1 脉冲编码调制（PCM）

脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM)是概念上最简单、理论上最完善的编码系统，是最早研制成功、使用最为广泛的编码系统，但也是数据量最大的编码系统。PCM的编码原理比较直观和简单，下图为PCM系统的原理框图：

图1.1 PCM系统原理框图

图中，输入的模拟信号m(t)经抽样、量化、编码后变成了数字信号(PCM信号)，经信道传输到达接收端，由译码器恢复出抽样值序列，再由低通滤波器滤出模拟基带信号m(t)。通常，将量化与编码的组合称为模/数变换器（A/D变换器)；而译码与低通滤波的组合称为数/模变换器(D/A变换器)。前者完成由模拟信号到数字信号的变换，后者则相反，即完成数字信号到模拟信号的变换。

PCM在通信系统中完成将语音信号数字化功能，它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。

1.2 PCM编码原理

1.2.1 抽样

抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值的过程。抽