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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)。
1 设计原理1.1 PCM系统基本原理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调制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。
为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种方式，分别为A律和μ律方式，此处采用了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通信系统示意图图1.1 时分复用PCM通信系统框图1.2 抽样、量化、编码下面介绍PCM编码中抽样、量化及编码的原理：（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。
（2）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。
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m t 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()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∆也小；反之，量化间隔就大。
它与均匀量化相比，有两个突间，其量化间隔v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。
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。
实验一模拟信源数字化的建模与仿真一．实验目的：1、掌握MATLAB语言的基本命令、基本运算、函数等基本知识；2、掌握MATLAB语言的程序设计流程和方法；3、掌握模拟信源数字化的建模与仿真方法。
二．实验内容及步骤：1、编写MATLAB函数文件仿真实现模拟信号的抽样过程；1）单频正弦波模拟信号的抽样实现。
要求输入信号的幅度A、频率F和相位P可变；要求仿真时间从0到2/F，抽样频率分别为Fs=F、Fs=2F、Fs=20F；要求给出相应抽样信号samp11、samp12、samp13的波形图。
2）多频正弦波合成模拟信号的抽样实现。
要求输入信号为幅度A1、频率F1、相位P1的正弦波和幅度A2、频率F2、相位P2的正弦波的叠加；要求仿真时间从0到2/min（F1，F2），抽样频率为Fs=max(F1,F2)、Fs=2*max(F1,F2)、Fs=20*max(F1,F2)；要求给出相应抽样信号samp21、samp22、samp23的波形图。
2、编写MATLAB程序仿真实现模拟信号的量化过程；1）单频正弦波模拟信号均匀量化的实现。
要求对抽样信号sampl3归一化后再进行均匀量化；要求量化电平数D可变；要求输出信号为平顶正弦波；要求给出量化序号indx1，给出量化输出信号quant1的波形图，并与抽样信号samp13画在同一图形窗口中进行波形比较。
2）改变量化电平数，分析它和量化误差的关系，并给出仿真图；3）多频正弦波合成模拟信号均匀量化的实现。
要求对抽样信号samp23归一化后再进行均匀量化；要求量化电平数D可变；要求输出信号为平顶正弦波；要求给出量化序号indx2，给出量化输出信号quant2的波形图，并与抽样信号samp23画在同一图形窗口中进行波形比较。
4）要求对抽样信号sampl3归一化后再分别进行满足A律和u律压缩的非均匀量化；要求压缩参数a、u可变；要求量化电平数D可变；要求输出信号为平顶正弦波；要求给出量化输出信号quant11和quant12的波形图，并与抽样信号samp13画在同一图形窗口中进行波形比较。
基于matlab的数字基带通信系统仿真1.课程设计的目的(1)增加对仿真软件的认识，学会对各种软件的操作和使用方法(2)加深理解数字基带通信系统的概念(3)初步掌握系统的设计方法，培养独立工作能力2.设计方案论证2.1数字基带传输系统在数字传输系统中，其传输的对象通常是二进制数字信号，它可能是来自计算机、电传打字机或其它数字设备的各种数字脉冲，也可能是来自数字终端的脉冲编码调制（PCM）信号。
这些二进制数字信号的频带范围通常从直流和低频开始，直到某一频率m f ，我们称这种信号为数字基带信号。
在某些有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以不经过调制和解调过程在信道中直接传送，这种不使用调制和解调设备而直接传输基带信号的通信系统，我们称它为基带传输系统。
而在另外一些信道，特别是无线信道和光信道中，数字基带信号则必须经过调制过程，将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输，相应地，在接收端必须经过解调过程，才能恢复数字基带信号。
我们把这种包括了调制和解调过程的传输系统称为数字载波传输系统。
数字基带传输系统的模型如图 1所示，它主要包括码型变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器、均衡器和取样判决器等部分。
图1 数字基带传输系统模型1.2 数字基带信号1.2.1数字基带信号波形对不同的数字基带传输系统，应根据不同的信道特性及系统指标要求，选择不同的数字脉冲波形。
原则上可选择任意形状的脉冲作为基带信号波形，如矩形脉冲、三角波、高斯脉冲及升余弦脉冲等。
但实际系统常用的数字波形是矩形脉冲，这是由于矩形脉冲纤数字传输系统中的线路传输码型。
此外，CMI 码和曼彻斯特码一样都是将一位二进制码用一组两位二进制码表示，因此称其为1B2B 码。
（5）4B/3T 码4B/3T 码是1B/1T 码的改进型它把4 个二进制码元变换为3个三进制码元。
显然，在相同信息速率的条件下，4B/3T 码的码元传输速率要比1B/1T 码的低，因而提高了系统的传输效率。
通信系统仿真课程设计设计题目：班级：姓名：学号：起止日期：信息工程学院通信工程系目录一、设计内容见设计题目要求二、设计目的见设计题目要求三、设计要求见设计题目要求四、实验条件计算机，matlab软件五、系统设计1、系统原理简介2、设计方案3、方案实施（画程序流程图、阐述设计思路、编写程序或搭建系统仿真模型）4、仿真结果分析六、设计心得七、参考文献一设计内容输入信号为给定语音信号，对该信号进行抽样、量化和13折线PCM编码，经过传输后，接收端进行PCM译码。
用MATLAB编程实现：（1）画出A＝1时未编码的波形与PCM译码后的波形。
（2）设信道没有发生误码，画出不同幅度下（A取值为学号乘0.5）PCM译码后的量化信噪比曲线。
二设计目的1）培养学生熟练运用MATLAB语言进行通信系统仿真的能力；2）加深学生对模似信号数字化知识点的理解；3）培养学生系统设计与系统开的思想；三设计要求（1）独立完成课题设计题目；（2）对所设计的课题原理要有较深入的了解，画出原理框图；（3）提出设计方案；（4）通过编写程序完成设计方案；（5）中间各个过程的仿真过程给出仿真结果；四实验条件计算机，matlab软件五系统设计1系统原理简介（1）PCM编码包括三个过程：抽样，量化，编码。
抽样：将模拟信号转换为时间离散的样本脉冲序列。
该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是能失真的恢复原模拟信号。
其抽样速率下限有抽样定理确定。
量化：将离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离散幅度的数字信号。
量化分为均匀量化和非均匀量化。
本文采用非均匀量化。
非均匀量化就是对信号不同部分用不同的量化间隔，具体地说，就是对小信号部分采用较小的量化间隔，而对大信号部分采用较大的量化间隔。
实现方法：压缩与扩张。
编码：所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反过程称为译码。
（2）PCM压缩和扩张原理A率压缩所谓的A率压缩就是压缩器具有如下特性：上式中：x为归一化的压缩器输入电压，y为归一化的压缩器输出电压，A为压扩参数表示压缩程度。
《现代通信系统》实验设计报告题目：PCM编码与传输性能分析验证一、提出背景话音PCM的抽样频率为8kHz，每个量化样值对应一个8位二进制码，故话音数字编码信号的速率为8bits×8kHz=64kb/s。
量化噪声随量化级数的增多和级差的缩小而减小。
量化级数增多即样值个数增多，就要求更长的二进制编码。
因此，量化噪声随二进制编码的位数增多而减小，即随数字编码信号的速率提高而减小。
自然界中的声音非常复杂，波形极其复杂，通常我们采用的是脉冲代码调制编码，即PCM编码。
PCM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。
二、实验设计本实验通过MATLAB仿真软件平台来设计一个PCM编码与传输系统，主要分为编码和传输两个部分。
通过这个设计来考察线性编码和非线性编码（以A 律为例）的性能，然后对编码后的二进制码流，分别采用双极性（BNRZ）基带传输、BPSK传输以及QPSK传输，考察它们在加性高斯白噪声信道下的性能。
本设计用误码率和量噪比等指标来对系统进行分析，最后根据运行的实验结果来与理论进行对比，并分析该系统的性能。
图1 非均匀量化（对数量化）原理框图三、实验原理3.1 量化3.1.1 均匀量化均匀量化的量化间隔是固定不变的，与输入信号的大小无关，即均匀量化的量化器对所有信号的量化噪声是一样的。
当信号较小时，信号功率变小了，而量化噪声的功率没有变化，所以同样强度的量化噪声对微弱信号的影响要比对大幅度信号的影响大得多，使得微弱信号的信噪比大大降低。
3.1.2 非均匀量化非线性编码采用非均匀量化，量化间隔随着输入信号的改变而改变，信号幅度大时，量化间隔大，信号幅度小时，量化间隔小。
从而保证在量化级数不变的前提下，量化噪声对不同幅度的信号的影响大致相同，改善了小信号的量化信噪比，克服了均匀量化的缺点，实际中，往往采用非均匀量化。
目前，广泛采用的两种非线性编码为A 律13折线编码和u 律15折线编码。
课程设计任务书学生姓名：骆准专业班级：电信0601班指导教师：陈永泰作单位：信息工程学院题目： PCM通信系统设计初始条件：具备通信课程的理论知识；具备模拟与数字电路基本电路的设计能力；掌握通信电路的设计知识，掌握通信电路的基本调试方法；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。
要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、PCM码速率128KB，两路时分复用，通信双方有线连接，语音信号无明显失真，采用A律压缩13折线芯片；2、系统时钟信号频率2.048MHZ，时隙同步信号频率为8KHZ；3、选用相应合适的芯片，设计确定电路形式，对单元电路和整体系统进行计算、仿真验证。
4、进行系统仿真，调试并完成符合要求的课程设计书。
时间安排：二十二周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)1 PCM原理 (1)1.1 PCM系统组成 (1)1.2 抽样 (2)1.3 量化 (2)1.4 编码 (3)2 时分复用原理 (4)3 实验电路图 (7)3.1编译码芯片介绍 (7)3.2引脚图 (7)3.3 PCM编译码电路 (8)4 仿真图 (11)5 心得体会 (13)参考文献 (14)致谢 (15)1 PCM 原理1.1 PCM 系统组成1.2 抽样低通抽样定理指出，一个频带受限信号m(t)，如果它的最高频率为fh ，则可以唯一地由频率等于或大于2fh 的样值序列所决定。
在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息。
并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原始信号。
音频信号频谱如图1.2 。
因为对时域信号进行采样相当于将时域信号按抽样抽样频率为周期进行周期延扩，因此需要在抽样后得到的信号后一级加上一个低通滤波器，将音频信号滤出。
抽样后信号频谱如图1.3 。
信道译 码低通 滤波音频信号抽样 图1.1 PCM 通信系统方框图量化 编码 音频信号干扰1.2 音频信号的频谱由于语音信号的频率范围为300～3400HZ,通常将语音信号通过一个3400 Hz 低通滤波器（或通过一个300～3400Hz 的带通滤波器），限制语音信号的最高频率为3400Hz ，这样可以用频率大于或等于6800 Hz 的样值序列来表示。
通信系统pcm系统设计与仿真摘要: SystemView 仿真软件能够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，能够为硬件电路实现提供理论依据。
通过仿真展现了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运算机技术的进展，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，能够满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用，同时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，专门在信号分析、通信系统等领域。
其能够实现复杂的模拟、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差不多库和专业库。
本文要紧阐述了如何利用SystemView实现脉冲编码调制〔PCM〕。
系统的实现通过模块分层实现，模块要紧由PCM编码模块、PCM译码模块、及逻辑时钟操纵信号构成。
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的实现要紧包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。
分别完成时刻上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。
依照CCITT的建议，为改善小信号量化性能，采纳压扩非平均量化，有两种建议方式，分别为A律和μ律方式，我国采纳了A律方式，由于A律压缩实现复杂，常使用13 折线法编码,采纳非平均量化PCM编码示意图见图1。
图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，确实是对模拟信号进行周期性扫描，把时刻上连续的信号变成时刻上离散的信号。
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。
PCM系统设计方案PCM系统（Personal Computer Memory）是一种集中控制计算机内存使用的系统，旨在优化计算机内存资源的分配和管理，提高计算机的性能和效率。
PCM系统的设计方案主要包括系统需求分析、架构设计、模块设计和系统测试等。
系统需求分析是PCM系统设计的首要步骤，在需求分析阶段，需要明确系统设计的目的和功能要求。
PCM系统的目标是提供一个集中管理计算机内存的环境，使得不同程序和应用可以协同使用内存资源，提高程序的执行效率。
此外，PCM系统还需要具备良好的稳定性和可靠性，能够在出现异常情况时能够及时恢复。
架构设计是PCM系统设计的核心环节，它决定了整个系统的框架和结构。
PCM系统的架构设计应包括两个主要模块：内存管理模块和进程管理模块。
内存管理模块是PCM系统的核心，负责管理和分配计算机内存资源。
它包括以下功能模块：内存分配模块，负责将可用内存划分为不同的分区，供不同的进程使用；内存回收模块，用于在进程结束时收回已使用的内存；内存优化模块，负责调度和调整内存分区的大小，以提高内存的利用率和性能；内存保护模块，用于检测和处理内存访问冲突的情况，避免程序的执行出现错误。
进程管理模块是PCM系统的辅助功能，它负责管理和调度计算机上的进程。
它包括以下功能模块：进程调度模块，根据不同进程的优先级和运行状态，合理地安排进程的执行顺序和时间片分配；进程同步模块，用于处理多个进程之间的同步和互斥访问问题；进程通信模块，用于实现不同进程之间的数据交换和信息传递。
模块设计是PCM系统设计的详细实施阶段，它包括各个功能模块的具体设计和实现。
在模块设计过程中，需要考虑系统的可扩展性和灵活性，使得系统能够适应不同规模和需求的计算机环境。
此外，还需要考虑系统的安全性和稳定性，确保系统能够有效地防止恶意程序和攻击。
系统测试是PCM系统设计的最后一个阶段，通过对系统进行全面的测试和验证，检查系统是否满足设计要求和功能要求。
PCM通信系统一．设计总方案：PCM系统方框图该设计要紧包含两部分：1．Pcm编译码电路2．复用与解复用电路二．PCM电路部分（一）PCM基本工作原理数字程控调度机PCM脉码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。
该模拟信号通过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失确实恢复原模拟信号。
所谓量化，就是把通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。
一个模拟信号通过抽样量化后，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，故编码过程也称之模/数变换，可记作A/D。
由此可见，数字程控调度机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的原理如上图所示。
话音信号先经防混叠低通滤波器，进行脉冲抽样，变成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。
关于电话，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，在实际中使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1—2所示。
在JSQ-31-512型数字程控调度机中使用的是对数形式的压缩特性。
对数形式的压缩特性：A律与m律,A律PCM用于欧洲与我国，m律用于北美与日本。
图1-2 PCM的原理框图(二)PCM编译码电路TP3067芯片介绍1.编译码器的简单介绍模拟信号通过编译码器时，在编码电路中，它要通过取样、量化、编码。
湖南科技大学毕业设计（论文）题目基于Simulink的通信系统设计与仿真作者谭思维学院信息与电气工程学院专业通信工程学号0604040215指导教师席在芳二〇一〇年六月二日湖南科技大学毕业设计（论文）任务书信息与电气工程学院通信工程系（教研室）系（教研室）主任: （签名）年月日学生姓名: 谭思维学号: 0604040215 专业: 通信工程1 设计（论文）题目及专题：基于Simulink的通信系统设计与仿真2 学生设计（论文）时间：自2010 年3 月 1 日开始至2010 年 6 月 2 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：(1)通信原理教程樊昌信电子工业出版社2008(2)Simulink通信仿真教程李贺冰国防工业出版社2006(3)Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析邵玉斌清华大学出版社2008(4)现代通信系统分析与仿真-MATLAB通信工具箱李建新西安电子科技大学出版社20004 设计（论文）应完成的主要内容：(1)Simulink的基本知识(2)MATLAB通信工具箱的构成及功能(3)现代通信系统(4)运用Simulink模块设计通信系统并仿真比较(5)结论5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：(1)毕业设计以论文形式提交(2)一律用word排版(3)严格按照湖南科技大学的本科设计（论文）的格式要求(4)图纸符合工程制图规范6 发题时间：2010 年 3 月 1 日指导教师：（签名）学生：（签名）湖南科技大学毕业设计（论文）指导人评语指导人：（签名）年月日指导人评定成绩：湖南科技大学毕业设计（论文）评阅人评语评阅人：（签名）年月日评阅人评定成绩：湖南科技大学毕业设计（论文）答辩记录日期：学生：学号：班级：题目：提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书共页2 设计（论文）图纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：答辩委员会主任：（签名）委员：（签名）（签名）（签名）（签名）答辩成绩：总评成绩：摘要本文首先介绍了通信系统仿真的基本内容，包括通信系统仿真的一般步骤，MATLAB中的可视化仿真工具Simulink的相关概念。
语音信号频带传输通信系统仿真——基于PCM编码和PSK调制学生姓名：指导老师：摘要本课程设计主要是设计一个基于PCM编码和PSK调制语音信号频带传输通信系统并对其进行仿真。
本课程设计仿真平台为MATLAB/Simulink。
在设计此语音信号频带传输通信系统时，首先对语音信号进行PCM编码和PSK调制，再通过加入高斯白噪声传输信道，接着在接收端对信号进行PSK解调和PCM译码，最后把输出的信号和输入的信号进行比较。
通过最后仿真结果可知，该语音信号频带传输通信系统已初步实现了设计指标并可用于解决一些实际性的问题。
关键词PCM编解码；PSK调制解调；高斯白噪声；MATLAB/Simulink1 引言通信按照传统的理解就是信息的传输。
在当今高度信息化的社会，信息和通信已成为社会的“命脉”。
信息作为一种资源，只有通过广泛地传播与交流，才能产生利用价值，促进社会成员之间的合作，推动社会生产力的发展，创造出巨大的经济效益。
而通过作为传输信息的手段或方式，与传感技术、计算机技术相互融合，已成为21世纪国际社会和世界经济发展的强大推动力。
可以预见，未来的通信对人们的生活方式和社会的发展将会产生更加重大和意义深远的影响。
目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。
但是，数字通信的发展速度已明显超过了模拟通信，成为当代通信技术的主流。
与模拟通信相比，数字通信具有以下一些优点：抗干扰能力强，且噪声不积累；传输差错可控；便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。
数字通信的缺点是，一般需要较大的带宽。
另外，由于数字通信对同步要求高，因而系统设备复杂。
但是，随着微电子技术、计算机技术的广泛应用以及超大规模集成电路的出现，数字系统的设备复杂程度大大降低。
同时高效的数据压缩技术以及光纤等大容量传输媒质的使用正逐步使带宽问题得到解决。
脉冲编码调制(PCM)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。
图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) 量化低通滤波 瞬时压缩抽 样 量 化 编 码低通滤波瞬时扩张解 调 解 码 信 道再 生话音输入 话音输出从数学上来看，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 X A Ax y 10,ln 1≤<+=11,ln 1ln 1<≤++=X A A Ax y模拟入yx量化器量化值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=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 1y0 81 82 83 84 85 86 87 1 x0 1281 6.601 6.301 4.151 79.71 93.31 98.11 1 按折线 分段时的x 0 1281 641 321 161 81 41 21 1 段落 1 23 4 5 6 78斜率1616842121 41 未压缩（1）（2）（3） （4）（5） （6） （7）（8）1618141 21 1y 187868584838281321 641 1281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 段内码段落序号段落码量化级 段内码 8 111 15 1111 14 1110 7 110 13 1101 12 1100 6 101 11 1011 10 1010 5 100 91001 8 1000 4 011 7 0111 6 0110 3 010 5 0101 4 0100 2 001 3 0011 2 0010 10001 0001 00000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。
2.1、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42.2、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。
2.3、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4符号名称参数设置12 子系统7 Sinusoid Amp = 1 v ， Freq = 1e+3 Hz ， Phase = 0 deg，Output 0 = Sine t4 ，Output 1 = Cosine8 Sinusoid Amp = 1 v，Freq = 1.5e+3 Hz， Phase = 0 deg，Output 0 = Sine t4 ，Output 1 = Cosine9 Sinusoid Amp = 1 v，Freq = 500 Hz， Phase = 0 deg，Output 0 = Sine t4 ，Output 1 = Cosine10 Adder Inputs from 7 8 9，Outputs to 1111 Meta Out Input from10 Output to 3 203 4 5 14 19 Analysis13 Logic: ADC Two's Complement，Gate Delay = 0 sec，Threshold = 500e-3 v，True Output = 1 v，False Output = 0 v，No. Bits = 8 ，MinInput = -2.5 v，Max Input = 2.5 v，Rise Time = 0 sec，Analog= t21 Output 0， Clock = t1 Output 00 Logic: DAC Two's Complement，Gate Delay = 0 sec，Threshold = 500e-3 No.Bits = 8 ，Min Output = -2.5 v，Max Output = 2.5 v，D-0 = t13 Output 0，D-1 = t13 Output 1，D-2 = t13 Output2， D-3 = t13 Output 3，D-4 = t13 Output 42 20 Operator:LinearSys ButterworthLowpass IIR 3 Poles， Fc = 1.8e+3 Hz，Quant Bits = None Init Cndtn = Transient，DSP Mode Disabled1 18 Source: PulseTrain Amp = 1 v，Freq = 10e+3 HzPulseW = 20.e-6 sec，Offset = 0 v，Phase = 0 deg21 Comm: DeCompand A-Law，Max Input = ±2.5 6 Comm: Compander A-Law，Max Input = ±2.516 Source: PulseTrain Amp = 1 v，Freq = 30e+3 Hz，PulseW = 20.e-6 sec Offset = 0 v，Phase = 0 deg17 Source: PulseTrain Amp = 1 v，Freq = 20e+3 Hz，PulseW = 20.e-6 sec Offset = 0 v，Phase = 0 deg15 Logic:Mux-D-8 Gate Delay = 0 sec，Threshold = 500.e-3 v True Output = 1 v，False Output = 04、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。
