下载文档原格式
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)。
课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 脉冲编码调制（PCM）的实现初始条件：1、MATLAB软件；2、脉冲编码调制相关知识。
要求完成的主要任务:1、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。
2、要求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：第1，2天：分析题目，方案设计；第3，4，5天：软件设计；第6，7天：系统仿真；第8天：答辩，完成设计说明书。
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IAbstractII1 绪论12 MATLAB简介22.1 MATLAB软件简介22.2 MATLAB程序设计方法23 PCM脉冲编码原理43.1 模拟信号的抽样及频谱分析43.1.1 信号的采样43.1.2 抽样定理43.1.3采样信号的频谱分析53.2 量化53.2.1 量化的定义53.2.2 量化的分类63.2.3 MATLAB的A律13折线量化123.3 PCM编码123.3.1 编码的定义123.3.2 码型的选择133.3.3 PCM脉冲编码的原理134 PCM的MATLAB实现154.1 PCM抽样的MATLAB实现154.2PCM量化的MATLAB实现184.2.1 PCM均匀量化的MATLAB实现184.2.2 PCM A律非均匀量化的MATLAB实现204.3PCM A律13折线编码的MATLAB实现225结果分析及总结25参考文献26摘要本设计结合PCM的抽样、量化、编码原理，利用MATLAB软件编程和绘图功能，完成了对脉冲编码调制（PCM）系统的建模与仿真分析。
课题中主要分为三部分对脉冲编码调制（PCM）系统原理进行建模与仿真分析，分别为采样、量化和编码原理的建模仿真。
同时仿真分析了采样与欠采样的波形、均匀量化与A律13折线非均匀量化的量化性能及其差异。
脉冲编码调制(P C M)系统设计与仿真摘要: 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。
关键词: PCM 编译码1、引言随着电子技术和计算机技术的发展，仿真技术得到了广泛的应用。
基于信号的用于通信系统的动态仿真软件SystemView具有强大的功能，可以满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用，并且提供了嵌入式的模块分析方法，形成多层系统，使系统设计更加简洁明了，便于完成复杂系统的设计。
SystemView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，并提供了内容丰富的基本库和专业库。
本文主要阐述了如何利用SystemView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。
2、系统介绍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。
(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。
基于M精编b的脉冲编码调制P C M系统设计与仿真集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 脉冲编码调制（PCM）的实现初始条件：1、MATLAB软件；2、脉冲编码调制相关知识。
要求完成的主要任务:1、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。
2、要求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：第1，2天：分析题目，方案设计；第3，4，5天：软件设计；第6，7天：系统仿真；第8天：答辩，完成设计说明书。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要本设计结合PCM的抽样、量化、编码原理，利用MATLAB软件编程和绘图功能，完成了对脉冲编码调制（PCM）系统的建模与仿真分析。
课题中主要分为三部分对脉冲编码调制（PCM）系统原理进行建模与仿真分析，分别为采样、量化和编码原理的建模仿真。
同时仿真分析了采样与欠采样的波形、均匀量化与A律13折线非均匀量化的量化性能及其差异。
通过对脉冲编码调制（PCM）系统原理的仿真分析，设计者对PCM原理及性能有了更深刻的认识，并进一步掌握MATLAB软件的使用。
关键词：脉冲编码调制（PCM）均匀与非均匀量化MATLAB仿真AbstractIn this design, combination the Simulink emulatation function and the S- function’s spread function of MATLAB software, have completed the systematic emulatation and modeling for pulse code modulation( PCM). In this design，divide into 3 parts mainly, emulate to build mould and emulate analysis for the principle of pulse code modulation( PCM) systematic. They are modeling and emulatation of sampling, quantizing and ecoding. At the same time, emulate to analyse the waveform of sampling and owe sampling , the quantizing error of uniform quantizing and nonuniform quantizing. Through this design,the designer has a moreprofound understanding of PCM principles and performance , and further master the use of MATLAB software.Keywords: Pulse coding modulation ( PCM) uniform and non-uniform quantitative MATLAB simulation1 绪论2 MATLAB简介2.1 MATLAB软件简介MATLAB和、并称为三大数学软件。
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。
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。
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。
课程设计(论文)任务书信息工程学院通信工程专业142 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1月3日起至1月13日止。
三、课程设计(论文) 地址: 图书馆、寝室、通信实验室（4410）。
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）培养学生采取Matlab与Simulink相结合对各种编码与解码进行仿真的办法；（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立异能力；（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阐发；（3）提出各种编码与解码电路的设计计划，选用合适的模块；（4）对所设计系统进行仿真；（5）并对仿真结果进行阐发。
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）立异要求：3）课程设计论文编写要求（1）要依照书稿的规格打印誊写结业论文（2）论文包含目录、绪论、正文、小结、参考文献、谢辞、附录等（3）结业论文装订按学校的统一要求完成4）辩论标准：（1）完成原理阐发（20分）（2）系统计划选择（30分）（3）仿真结果阐发（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 ..11.1（2）赵静.《基于MATLAB的通信系统仿真》北京航空航天年夜学出版社6）课程设计进度安插内容天数地址构思及收集资料2图书馆仿真5实验室撰写论文3实验室学生签名：1月3日课程设计(论文)评审意见（1）完成原理阐发（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（2）系统计划选择（30分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（3）仿真结果阐发（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品级：是（）、否（）评阅人：职称：副教授1月13日目录摘要IAbstractI1 绪论02 PCM脉冲编码原理02.1 模拟信号的抽样及频谱阐发02.1.1 信号的采样02.1.2 抽样定理02.1.3 采样信号的频谱阐发12.2 量化22.2.1 量化的界说22.2.2 量化的分类22.2.3 MATLAB的A律13折线量化82.3 PCM编码92.3.1 编码的界说92.3.2 码型的选择102.3.3 ＰＣM脉冲编码的原理103 PCM的MATLAB实现113.1 PCM抽样的MA TLAB实现113.2 PCM量化的MA TLAB实现153.2.1 PCM均匀量化的MA TLAB实现153.2.2 PCM A律非均匀量化的MA TLAB实现163.3 PCM A律13折线编码的MA TLAB实现184结果阐发及总结20参考文献21摘要本设计结合PCM的抽样、量化、编码原理，利用MATLAB软件编程和绘图功能，完成了对脉冲编码调制（PCM）系统的建模与仿真阐发。
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名姓号学系院业专指导教师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2 / 13量化PCM编码示意图见图1。
话音输入低通滤波瞬时压缩量化编码样抽信道话音输出低通滤波再生解瞬时扩张码解调图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y，k=1，个量化值2，幅度值的有限数集合。
实验五 脉冲编码调制（PCM）及系统实验实验内容1.用同步信号源观察A律PCM八比特编码的实验2.脉冲编码调制（PCM）及系统实验3.PCM编码时分多路复用时序分析实验—. 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。
二. 实验电路工作原理（一） 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。
2020年脉冲编码调制P C M系统设计与仿真1精品版脉冲编码调制（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。
如图2所示，量化器Q 输出L 个量化值«Skip Record If...»，k=1，2，3，…，L 。
摘要对脉冲编码调制（PCM）系统的仿真分析，在通信原理教学中会有一定的应用价值。
因此本课题结合MATLAB软件的Simulink仿真功能及S-函数的仿真扩展功能，对脉冲编码调制系统进行仿真建模与分析。
主要通过编码的采样、欠采样，均匀量化、非均匀量化，A律13折线量化和U律15折线量化的误差比较这几个方面进行仿真与分析，加深我们对脉冲编码调制的理解与认识。
关键词：脉冲编码调制（PCM）；Simulink 仿真；量化误差AbstractSimulation and analysis of Pulse code modulation (PCM) system,Principles of teaching in the communication will have a value.Therefore,The subject combines with the Simulink simulation's functions and S-function simulation of extensions of MATLAB software,Pulse code modulation system for simulation modeling and analysis.Mainly through the code sample,due to sampling,uniform quantization, non-uniform quantization,A law quantify to 13 line and U law quantify to 15 line compare the quantitative aspects of error simulation and analysis,so as to deepen our understanding and awareness on the Pulse code modulation.Keywords：Pulse coding modulation(PCM); Simulink simulation;Quantizing error目录第1章前言 (1)第2章Simulink仿真系统 (2)2.1Simulink的简介 (2)2.2Simulink的工作环境 (2)2.3Simulink的扩展工具S-函数的设计 (4)2.3.1S-function的简介 (4)2.3.2S-function工作的基本原理 (4)2.3.3M文件S-Function的编写 (6)第3章脉冲编码仿真 (12)3.1模拟信号抽样的仿真 (12)3.2窄脉冲采样的仿真 (16)3.3量化 (19)3.3.1量化的概念 (19)3.3.2均匀量化与非均匀量化的仿真 (19)3.3.3A律13折线与U律15折线的量化误差比较 (24)第4章总结 (28)致谢................................................................................... 错误!未定义书签。
课程设计(论文)任务书信息工程学院通信工程专业142 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1月3日起至1月13日止。
三、课程设计(论文) 地址: 图书馆、寝室、通信实验室（4410）。
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）培养学生采取Matlab与Simulink相结合对各种编码与解码进行仿真的办法；（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立异能力；（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阐发；（3）提出各种编码与解码电路的设计计划，选用合适的模块；（4）对所设计系统进行仿真；（5）并对仿真结果进行阐发。
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）立异要求：3）课程设计论文编写要求（1）要依照书稿的规格打印誊写结业论文（2）论文包含目录、绪论、正文、小结、参考文献、谢辞、附录等（3）结业论文装订按学校的统一要求完成4）辩论标准：（1）完成原理阐发（20分）（2）系统计划选择（30分）（3）仿真结果阐发（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 ..11.1（2）赵静.《基于MATLAB的通信系统仿真》北京航空航天年夜学出版社6）课程设计进度安插内容天数地址构思及收集资料2图书馆仿真5实验室撰写论文3实验室学生签名：1月3日课程设计(论文)评审意见（1）完成原理阐发（20分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（2）系统计划选择（30分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（3）仿真结果阐发（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品级：是（）、否（）评阅人：职称：副教授1月13日目录摘要IAbstractI1 绪论02 PCM脉冲编码原理02.1 模拟信号的抽样及频谱阐发02.1.1 信号的采样02.1.2 抽样定理12.1.3 采样信号的频谱阐发12.2 量化22.2.1 量化的界说22.2.2 量化的分类22.2.3 MATLAB的A律13折线量化92.3 PCM编码102.3.1 编码的界说102.3.2 码型的选择112.3.3 ＰＣM脉冲编码的原理113 PCM的MATLAB实现123.1 PCM抽样的MA TLAB实现123.2 PCM量化的MA TLAB实现163.2.1 PCM均匀量化的MA TLAB实现163.2.2 PCM A律非均匀量化的MA TLAB实现183.3 PCM A律13折线编码的MA TLAB实现204结果阐发及总结23参考文献23摘要本设计结合PCM的抽样、量化、编码原理，利用MATLAB软件编程和绘图功能，完成了对脉冲编码调制（PCM）系统的建模与仿真阐发。
课程设计任务书欧阳光明（2021.03.07）学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目: 脉冲编码调制（PCM）的实现初始条件：1、MATLAB软件；2、脉冲编码调制相关知识。
要求完成的主要任务:1、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。
2、要求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：第1，2天：分析题目，方案设计；第3，4，5天：软件设计；第6，7天：系统仿真；第8天：答辩，完成设计说明书。
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IAbstractII1 绪论12 MATLAB简介22.1 MATLAB软件简介22.2 MATLAB程序设计方法23 PCM脉冲编码原理43.1 模拟信号的抽样及频谱分析43.1.1 信号的采样43.1.2 抽样定理43.1.3采样信号的频谱分析53.2 量化53.2.1 量化的定义53.2.2 量化的分类63.2.3 MATLAB的A律13折线量化123.3 PCM编码123.3.1 编码的定义123.3.2 码型的选择133.3.3 PCM脉冲编码的原理134 PCM的MATLAB实现154.1 PCM抽样的MATLAB实现154.2PCM量化的MATLAB实现184.2.1 PCM均匀量化的MATLAB实现184.2.2 PCM A律非均匀量化的MATLAB实现204.3PCM A律13折线编码的MATLAB实现225结果分析及总结25参考文献26摘要本设计结合PCM的抽样、量化、编码原理，利用MATLAB软件编程和绘图功能，完成了对脉冲编码调制（PCM）系统的建模与仿真分析。
课题中主要分为三部分对脉冲编码调制（PCM）系统原理进行建模与仿真分析，分别为采样、量化和编码原理的建模仿真。
脉冲编码调制（PCM）的仿真一、教学目标：1掌握PCM通信系统设计的过程、步骤、要求、工作内容及设计方法；2掌握用计算机仿真通信系统的方法。
3训练学生综合运用专业知识的能力，提高学生进行通信工程设计的能力。
二、教学重点、难点：重点掌握PCM通信系统设计的过程、步骤、要求、工作内容及设计方法。
三、教学过程设计：1PCM系统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。
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系统的组成如图1所示。
图1 PCM原理框图话音信号先经过防混叠低通滤波器，得到限带信号（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。
2 PCM仿真系统模型图2 PCM仿真系统模型图3 PCM仿真系统各模块设计⑴PCM信号源模块设计信号源模块由信号发生器、低通滤波器和延时器组成。
采用两路信号，一路为频率3000HZ的正弦信号，一路为高斯信号，信号通过低通滤波器后，通过延时得到编码模块的输入信号。
⑵编码器模块设计主要由信号源子系统、低通滤波器、瞬时压缩器、A/D转换器、并/串转换器、输出端子构成组成。
其主要工作过程是：信源信号经过 PCM 编码器低通滤波器完成信号频带过滤，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完成并/串转换成串行数据，最后通过输出PCM编码信号。
脉冲编码调制C M系统设计与仿真Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】脉冲编码调制(P C M)系统设计与仿真摘要 : 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。
关键词: PCM 编译码1、引言随着电子技术和计算机技术的发展，仿真技术得到了广泛的应用。
基于信号的用于通信系统的动态仿真软件SystemView具有强大的功能，可以满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用，并且提供了嵌入式的模块分析方法，形成多层系统，使系统设计更加简洁明了，便于完成复杂系统的设计。
SystemView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，并提供了内容丰富的基本库和专业库。
本文主要阐述了如何利用SystemView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。
2、系统介绍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。
(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k y ，k=1，2，3，…，L 。
k y 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k x 与1+k x 之间时，量化器输出电平为k y 。
这个量化过程可以表达为：{}1(),1,2,3,,k k k y Q x Q x x x y k L +==<≤==这里k x 称为分层电平或判决阈值。
通常k k k x x -=∆+1称为量化间隔。
图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μ压缩律和A压缩律。
美国采用μ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：A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=）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，又便于用数字电路实现，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。
图3 13折线表1列出了13折线时的x值与计算x值的比较。
表 1表1中第二行的x 值是根据6.87=A 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6.87=A 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。
表2 段落码表3 段内码在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。
、信号源子系统的组成：由三个幅度相同、频率不同的正弦信号（图符7、8、9）合成，如下图4所示:图4、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5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。
2.2.1 PCM编码器组件功能实现（1）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。
（2）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6压缩前图7压缩后（3）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。
（4）数据选择器：图符10为带使能端的8路数据选择器，与74151功能相同，在这里完成A/D转换后的数据的并/串转换，图符11、12、13为选择控制端，在这里控制轮流输出并行数据为串行数据。
通过数据选择器还可以实现码速转换功能。
、 PCM译码器模块PCM译码器是实现PCM编码的逆系统。
PCM译码器模块主要由ADC出来的PCM 数据输出端、D/A转换器、瞬时扩张器、低通滤波器构成。
实现模型如下图8所示：图82.3.1 PCM译码器组件功能实现（1）D/A转换器(图符1)：用来实现与A/D转换相反的过程，实现数字量转化为模拟量，从而达到译码最基本的要求，也就是最起码要有步骤。
（1）瞬时扩张器（图符8）：实现与瞬时压缩器相反的功能，由于采用 A 律压缩，扩张也必须采用A律瞬时扩张器。
（2）低通滤波器（图符3）：由于采样脉冲不可能是理想冲激函数会引入孔径失真，量化时也会带来量化噪声，及信号再生时引入的定时抖动失真，需要对再生信号进行幅度及相位的补偿，同时滤除高频分量，在这里使用与编码模块中相同的低通滤波器。
3、系统仿真模型如下图9：图9系统模型子系统（图符12）如下图10：图10 子系统以上图9、图10各方块的有关参数如表4：表44、仿真波形如下：（1）信号源的波形（2）信号源经压缩后的波形（3）PCM编码的波形（4）PCM译码时经过D/A转化并用A律扩张后的输出波形（5）译码后恢复源信号的输出波形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。
5、参考文献[1] 吴伟陵,续大我,庞沁华．通信原理．北京邮电大学出版社，2005[2] 青松，程岱松，武建华．数字通信系统的SystemView仿真与分析．北京航空航天大学出版社，2001[3] . 现代通信原理．，1992[4] 苗长云等主编.现代通信原理及应用．电子工业出版社，2005[5] 罗卫兵/孙桦/张捷．SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计．西安电子科技大学出版社，20016、设计过程中需解决的问题(1)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。
(2)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。
