PCM编码器的仿真设计解读

南华大学电气工程学院

《通信原理课程设计》

设计题目： PCM编码器的仿真设计

专业：通信工程

学生姓名: 学号:

起迄日期: 2013年12月20日——2014年月4日指导教师:

系主任：

《通信原理课程设计》任务书

1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：

（1）技术要求

1）用matlab编程实现15折线 率PCM编码器；

2）采用逐次比较法编码。

（2）工作要求：

①查阅参考文献，利用通信原理基本理论，分析系统工作原理，设计系统方框图；

②掌握计算机辅助设计方法，利用Matlab/Simulink、Systemview、Multisim、MaxPlusIII、QuartusII等软件进行仿真设计，具备独立设计能力；

③熟悉通信系统的调试和测量方法；

④掌握电子电路安装调试技术，选择合适的元器件搭接实际电路，掌握电路的测试和故障排除方法，提高分析问题和解决问题的能力。

⑤不能直接从网上或其他资料下载拷贝，一旦发现雷同35%以上，则相关雷同设计的成绩都为不及格。

⑥按时完成设计报告；提交的电子稿必须在附录中含有全套仿真源文件、或设计原图（电子稿是以“学生学号姓名”为命名的压缩文件）；并提交纸质设计报告书。

⑦随机抽查，并进行最后答辩。

2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：用Matlab等编程语言实现时，写出详细的注释，并画出各种信号的时域频域波形。设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字3500~5000字。仿真设计类要求有仿真流程图、调试时的电脑屏幕截图；实物设计类要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。

3．主要参考文献：

1]樊昌信.通信原理（第6版）[M].北京：电子工业出版社,2012,12.

[2]樊昌信,曹丽娜.通信原理教程(第3版)[M].北京：国防工业出版社,2006,9.

[3]刘学勇.详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真[M].北京：电子工业出版

社,2011,11.

[4]张水英,徐伟强.通信原理及MATLAB/Simulink仿真[M].北京：人民邮电出版

社,2012,9.

[5]赵鸿图,茅艳.通信原理MATLAB仿真教程[M].北京：人民邮电出版社,2010,11.

[6]赵静,张瑾.基于MATLAB的通信系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版

社,2010,1.

[7]黄智伟.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析(修订版)[M].北京：电子工业出版社,2011, 6.

在数字通信传输系统中，都是采用脉冲编码调制（pulse-code-modulation），简称PCM。 PCM是对模拟信号进行抽样、量化和编码产生数字信号。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。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。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。在量化编码的过程中，可采用那个均匀量化和非均匀量化。非均匀量化又可采用A压缩律和U压缩律，A压缩律主要用于英国、法国、德国等欧洲各国和我国大陆，U压缩律主要用于美国、加拿大和日本。

关键字：PCM 量化编码 U压缩律

绪论 (2)

1设计思路 (2)

1.1 PCM编码原理 (2)

2 u律15折线法实现PCM编码原理 (2)

2.1量化分类 (2)

2.2 u律15折线法 (3)

2.3编码 (6)

2.3.1码字和码型 (6)

2.3.2码位的选择 (7)

3 u律15折线法编码的Matlab实现 (8)

3.1 u律15折线法编码的算法流程 (8)

3.2 编写Matlab源程序 (8)

3.3计算与仿真结果比较 (10)

4收获与体验 (12)

5参考文献 (13)

6附录 (14)

通信系统分为模拟和数字通信系统两大类。数字通信系统有很多优点，应用广泛。但自然界中的信号都是模拟信号，因此需要我们对模拟信号进行抽样、量化、编码，形成数字信号后再数字信号系统中传输。在接收端则通过相应的逆变换恢复成模拟信号。模拟信号数字化的方法大致可划分为波形编码和参量编码两类。目前用的最普遍的波形编码方法有脉冲编码调制（PCM）和增量调制（ΔM）。

现在数字通信系统都是采用脉冲编码调制（PCM）。采用脉冲编码调制（PCM），首先对模拟信息源发出的模拟信号进行抽样，使其成为一系列离散的抽样值，然后将这样抽样值进行量化并编码，变换成数字信号。这时信号便可用数字通信方式传输。

在量化编码的过程中，我们常用的是均匀量化和A压缩律，u律在中国不常用。但本实验将着重讨论用u律15折线法来实现PCM编码。

1设计思路

1.1 PCM编码原理

脉冲编码调制简称脉冲调制，它是一种将模拟信号的抽样量化值变换成代码的编码方式。PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。其编码原理框图如图1.1。

m(t)m q(t)

抽样量化编码数字信号

图1.1 PCM编码原理框图

输入信号的频带一般为40Hz～10000Hz，按标准电话的规定在抽样前通过预滤波将语音信号的频带限制在300Hz～3400Hz范围内。

2 u律15折线法实现PCM编码原理

2.1量化分类

量化是利用预先规定的有限个电平来表示模拟信号抽样值的过程。时间连续的模拟信号经抽样后的样值序列，虽然在时间上离散，但在幅度上仍然是连续的，即抽样值m(kT)可以取去穷多个可能值，因此仍属于模拟信号。如果用N为二进制码组来表示该样值得大小，以便利用数字传输系统来传输的话，那么，N位二进制码组只能同M=2N个电平样值来相对应，而不能同无穷多个可能取值相对应。这就需要把取值无限的抽样值划分成有限的M个离散电平，此电平被称为量化电平。

量化的物理过程可通过图2.1加以说明。图中，s(kT)表示一个量化器输入模拟信号的抽样值，s q(kT)表示此量化器输出信号的量化值，q1～q7是量化后信号的7个可能输出电平，m1～m6为量化区间的端点。这样，有：

s q(kT)=q i，m1-i≤s(kT)

按照上式作变换，就可以把模拟信号s(kT)变换成量化后的离散抽样信号，即量化信号。在图2.1中M个抽样值区间是等间隔划分的，称为均匀量化。M个抽样值区间也可以不均匀划分，称为非均匀量化。