话音编译码器

Turbo 码在3G 通信中的应用1. Turbo 码的研究现状对于Turbo 码的研究最初集中于对其译码算法、性能界和独特编码结构的研究上，经过十多年来的发展历程，已经取得了很大的成果，在各方面也都走向使用阶段。

Turbo 码由于很好地应用了香农信道编码定理中的随机性编译码条件而获得了接近香农理论极限的译码性能。

它不仅在信噪比较低的高噪声环境下性能优越，而且具有很强的抗衰落、抗干扰能力。

目前，Turbo 码的研究主要集中在以下几个方面：(1)编译码技术。

编码方面主要包括对并行级联编码与串行级联编码的分析，以及对混合级联方式的研究；译码方面主要包括迭代译码、译码算法（最大后验概率算法MAP 、修正的MAP 算法Max-Log-MAP 、软输出Viterbi 算法SOVA 等）的研究。

(2)Turbo 码的设计和分析。

主要包括交织器的设计、码的级联方式、译码算法、Turbo 码的性能分析等。

在性能分析中，主要对码重分布及距离谱进行分析，但由于没有相应的理论支持，这种分析只能是近似的，且仅局限于短码长、小码重的情况。

(3) Turbo 码在直扩(CDMA) 系统中的研究及应用。

Turbo 码不仅在信道信噪比很低的高噪声环境下性能优越，而且还具有很强的抗衰落、抗干扰能力，因此它在信道条件差的移动通信系统中有很大的应用潜力，在3G 系统(IMT-2000)中己经将Turbo 码作为其传输高速数据的信道编码标准。

3G 系统(IMT-2000)的特点是多媒体和智能化，要能提供多元传输速率、高性能、高质量的服务，支持大数据量的多媒体业务。

由于无线信道传输媒质的不稳定性及噪声的不确定性，一般的纠错码很难达到较高要求的译码性能(一般要求比特误码率小于e)，而Turbo 码优异的译码性能，可以纠正高速率数据传输时发生的误码。

另外，由于在直扩(CDMA) 系统中采用Turbo 码技术可以进一步提高系统的容量，所以有关Turbo 码在直扩(CDMA) 系统中的应用，也就受到了各国学者的重视。

科 技 论 文
Ｉ ＭＡ Ａ －Ｆ系统 中的 Ｎ ＲＳ Ｔ－ Ｔ ｒｏ码技术及软件实现 ｕｂ
陈发 新 刘 可仁
摘要：本文首先介绍了Ｉ ＭＡ Ｓ Ｔ— Ｎ Ｒ Ａ Ｆ系统及其业务，重点介绍 了Ｉ ＭＡ Ｓ Ｔ— Ｎ ＲＡ Ｆ 系统中的高速数据业务中采用的Ｔ ｒｏ ｕｂ 码编译码器的组成。 本文还介绍 了 于Ｓ Ｖ 基 ＯＡ 算法 的 Ｔ ｒｏ码译 码技 术 。最后 结合 Ｓ Ｖ 的改进 算法 用 高级 语 言实现 了 ｕ ｂ ＯＡ
Ｉ ＭＡＲ Ａ Ｆ 系统 的 Ｔ ｒｏ码译码 。 Ｎ Ｓ Ｔ— ｕｂ
关键词 ：Ｉ ＮＭＡＲ Ａ 高速 数据 ＳＴ １ ＮＭＡＲＳ Ｔ—Ｆ系统 介绍 Ｉ Ａ
Ｔ ｒｏ ｕｂ 码
ＳＶ Ｏ Ａ译 码
ＩＭＡＲ Ａ ＿Ｆ系统结合 了移 动卫星通 信与 多媒体 数据技 术 ，可在任 何场合 、任何 Ｎ ｓＴ
时间为用户提供高质量的话音和多媒体通信服务。Ｉ ＭＡ ｓ Ｔ Ｎ Ｒ Ａ ＿Ｆ系统是在 Ｍｉ— 和 ｎｍ ｉ Ｍ４系统基 础 上发展起来 的 ，它 的低 速业务 主要与 Ｍｉｉ 系统一样 ，提供低 速话 音和数 ｎ－ ｍ 据服 务 ； 的高速数据 业务 （ Ｄ） Ｍ４系统一样 ， 它 ＨＳ 与 提供 ６ Ｋ的数据 业务 ， 送 Ｉｔ ｔ ４ 传 ｎｅ ｍｅ
—
Ｆ系统和 ＭＡ Ａ ＲＳ Ｔ—Ｂ Ａ 系统 中 ，就把 １Ｑ Ｇ Ｎ ６ ＡＭ 调制与 Ｔ ｒｏ码技 术相结 合作为 ｕｂ 假设 ，信 道接 入方式 ：Ｓ Ｐ ／ＤＭＡ；调 制方 式 ：１Ｑ Ｍ ；数据 速率 ：６Ｋｂ ；符 Ｃ ＣＦ ６Ａ ４ ／ ｓ
核 心技术 。下面 以 ＨＳ Ｄ业务 为主进行 介绍 。
一 一
＝
，
一
１ ∑ Ｊ 。 ，０ ，＝１ 。 ， ＋ 三 ， ＋ ｌ （ Ｖ ， 上 ） ２

Ａ Ｅ ２ ０ 芯 片电路可以被视为 ２ ＭＢ 一 ００ 个独立 的部分 ， 即编码 器和译码器。编码器接收采样 率为８ ｓｓ ｋｐ 的话音数据流 ， 以较 并 高 的速率输 出数据 流到传 输通道上。相反 ， 码器接收从传输 译 通道上传送的数据流合成出 ８ ｓｓ ｋｐ 话音数据流。Ａ Ｂ 一 ０ ０ Ｍ Ｅ ２ ０ 基 本工作 原理如图 １ 所示 。
音数据送入信道 ， 发送给接收端 ， 接收端收到的语音数据必须加
上数据帧头后才能送给译码 器进行译码。
在 本 系统 中 ， Ａ Ｅ ２０ 设 置 为 主 动帧 模 式 。在 整 个 系 将 ＭＢ 一 ０ ０
统工作 之前 ， 要对 Ａ Ｅ ２０ 进行复位 ， ＭＢ 一 ０ ０ 复位时间不少 于５ ， ０８ 在复位信号 出现上升沿 ９ ｍ 后 ， ５ ｓ 电路才开始处理 Ｔ Ｖ ２ Ａ Ｃ ０ Ｌ ３ ０ Ｉ １ 芯片的语音信号。在本系统中， 采用高性能和低噪声的 ３６ ８ 放大 器， 通过可调电位器 ， 调整输出语音信号的增益。 在系统工作时 ， 首先将模拟话音信号经放 大器放 大后送入 到 Ａ／ Ｄ芯 片 中 ， 行 Ａ／ 进 Ｄ变 换 ， 到 较 高 的 信 噪 比 。 得 Ｔ Ｖ ２Ａ Ｃ ０ Ｌ ３ ０ Ｉ １ 芯片输 出的是 ８ ｓｓ ｋｐ 的语音采集信号 ， 通过硬件管 脚 Ｒ Ｔ ＿ Ｅ 可以选择 Ａ Ｅ ２０ 的信息速率 ， ＭＢ 一 ０ ０ ＡＥＳＬ ＭＢ 一 ０ ０ 将Ａ Ｅ ２０
接下来 的 １ 帧数据 删除 ， 即第 ４ 帧数据不再传输 。因此 总的数 ９ 据 量就没有增 加 ， 这样就可 以以 １ ０ ｂ ｓ ０ ｐ 的速率传 输数据了。 ２
３接收端系统原理 。天线接 收到的是 １ ０ ｂ ｓ ． ０ ｐ 的语音数据 ２ 信 息和 同步位信息 的总 和。每 帧语音 数据后 有 ｌｉ的同步数 ｂｔ

脉冲编码调制简述脉冲编码调制（PulseCodeModulation），简称PCM。

脉冲编码调制就是把一个时间，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。

脉冲编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。

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。

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。

PCM有两个标准（表现形式）：E1和T1。

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。

它是一种直接、简单地把语音经抽样、A/D转换得到的数字均匀量化后进行编码的方法，是其他编码算法的基础。

1.功能介绍PCM复用设备是采用了最新的大规模数字集成电路和厚薄膜工艺技术而推出的新一代高集成度单板PCM基群复接设备，它可以在标准的PCM30基群即2M传输通道上直接提供30路终端业务接口。

用户接口类型多样（包括语音、数据、图象），均以小型模块化部件方式装配到母板上，各种用户模块可以混合装配。

支持来电显示，可提供反极信令用于实时计费，具有集中监控功能，方便用户维护管理。

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。

实验五 PCM编译码实验一、实验目的1、了解帧的结构、帧组成过程2、学习并掌握声音的双光纤传输技术以及单光纤传输技术。

3、进一步掌握WDM的使用方法。

二、实验内容与要求1、学习时分复用通信系统中一次群系统帧的组成结构2、测量一次群系统帧传输格式3、用波分复用器实现声音信号单光纤同时传输。

三、实验仪器1、J H5002A+型光纤通信实验系统一台2、20MHz双踪示波器3、音频信号源（电话）4、F C-FC波分复用器（1310nm/1550nm）两个一台四、基本原理在数字传输系统中，几乎所有业务均以一定的格式出现（例PCM以8比特一组出现）。

因而在信道上对各种业务传输之前要对业务的数据进行包装。

信道上对业务数据包装的过程称之为帧组装。

不同的系统、信道设备帧组装的格式、过程不一样。

TDM制的数字通信系统，在国际上已逐步建立起标准并广泛使用。

TDM的主要特点是在同一个信道上利用不同的时隙来传递各路（语音、数据或图象）不同信号。

各路信号之间的传输是相互独立的，互不干扰。

32路TDM（一次群）系统帧组成结构示意见图2-1。

32路时隙，256bitT 0 T1T2T3……T15T16T17……T30T311～15话路时隙17～31话路时隙帧定位时隙信令时隙X X X 1 1 X 1 1 X X X X X X X X图2-1 32路TDM帧组成结构示意图在一个帧中共划分为32段时隙（T0～T31），其中30个时隙用于30路话音业务。

T0为帧定位时隙（亦称报头），用于接收设备做帧同步用。

在帧信号码流中除有帧定位信号外，随机变化的数字码流中也将会以一定概率出现与帧定位码型一致的假定位信号，它将影响接收端帧定位的捕捉过程。

在搜索帧定位码时是连续的对接收码流搜索，因此帧定位码要具有良好的自相关特性。

时隙T1～T15用于话音业务，分别对应第1路到第15路话音PCM码字。

时隙T16用于信令信号传输，完成信令的接续。

时隙T17～T31用于话音业务，分别对应第16路到第30路话音PCM码字。

实验四脉冲编码调制(pcm)实验一、实验目的通过本实验,学生应达到以下要求: 1,了解语音信号pcm编译码的工作原理及实现过程. 2,验证pcm编译码原理. 3,初步了解pcm专用大规模集成电路的工作原理和应用. 4,了解语音信号数字化技术的主要指标,学习并掌握相应的测试方法.二、实验内容本实验可完成以下实验内容：? 观察测量pcm调制解调的各种时隙信号 ? 观察编译码波形? 测试动态范围、信噪比和系统频率特性 ? 对系统性能指标进行测试和分析? 系统输出信噪比特性测量? 编码动态范围和系统动态范围测量 ? 系统幅频特性测量 ? 空载噪声测量三、基本原理脉冲编码(pcm)技术已经在数字通信系统中得到了广泛的应用.十多年来,由于超大规模集成技术的发展,pcm通信设备在缩小体积,减轻重量,降低功耗,简化调试以及方便维护等方面都有了显著的改进.目前,数字电话终端机的关键部件,如编译码器(codec)和话路滤波器等都实现了集成化.本实验是以这些产品编排的 pcm 编译码系统实验,以期让实验者了解通信专用大规模集成电路在通信系统中应用的新技术. pcm 数字电话终端机的构成原理如图 4.1 所示.实验只包括虚线框内的部分,故名 pcm编译码实验.发滤波器voice编码器合路发混合装置收滤波器译码器分路收图4.1 pcm数字电话终端机的结构示意图1、实验原理和电路说明pcm编译码系统由定时部分和pcm编译码器构成,电路原理图附于本章后. ? pcm编译码原理为适应语音信号的动态范围,实用的pcm编译码必须是非线性的.目前,国际上采用的均是折线近似的对数压扩特性.itu-t 的建议规定以 13 段折线近似的 a 律(a=87.56)和 15段折线近似的μ律(μ=255)作为国际标准.a 律和μ律的量化特性初始段如图 4.2 和图 4.3所示.a律和μ律的编译码表分别列于表1和表2.(附本章后) 这种折线近似压扩特性的特点是:各段落间量阶关系都是 2 的幂次,在段落内为均匀分层量化,即等间隔16个分层,这些对于用数字电路实现非线性编码与译码是极为方便的. ? pcm编译码器简介鉴于我国国内采用的是a律量化特性,因此本实验采用tp3067专用大规模集成电路,它是cmos工艺制造的单片pcma律编译器,并且片内带输入输出话路滤波器. tp3067的管脚如图4.4所示,内部组成框图如图4.5所示. tp3067的管脚定义简述如下:(1)vpo+ 收端功率放大器的同相输出端.(2)gnda 模拟地.所有信号都以此管脚为参考. (3)vpo- 收端功放的反相输出端.(4)vpi 收端功放的反相输入端.(5)vfro 接收部分滤波器模拟输出端. (6)vcc +5v电压输入.(7)fsr接收部分帧同步时隙信号,是一个8khz脉冲序列. (8)dr接收部分pcm码流解码输入端.(9)bclkr/clksel位时钟(bitclock),它使pcm码流随着fsr上升沿逐位移入dr端,位时钟可以为从 64khz 到 2048mhz 的任意频率.或者作为一个逻辑输入选择 1536mhz,1544mhz或2048mhz,用作同步模式的主时钟.(10)mclkr/pdn接收部分主时钟,它的频率必须为1536mhz,1544mhz或2048mhz.可以和mcklx异步,但是同步工作时可达到最佳状态.当 mclkx 接低电平,mclkr被选择为内部时钟,当 mclkx接高电平,该芯片进入低功耗状态.(11)mclkx发送部分主时钟,必须为1536mhz,1544mhz或2048mhz.可以和mclkr异步,但是同步工作时可达到最佳状态.(12)bclkx发送部分时钟,使pcm码流逐位移入dr端.可以为从64khz到2048mhz的任意频率,但必须和mclkx同步.(13)dx发送部分pcm码流编码输出端.(14)fsx发送部分帧同步时隙信号,为一个8khz的脉冲序列. (15)tsx漏极开路输出端,它在编码时隙输出低电平.(16)anlb 模拟反馈输入端.在正常工作状态下必须置成逻辑0.当置成逻辑1时,发送部分滤波器的输入端并不与发送部分的前置滤波器相连,而是和接收部分功放的vpo+相连.(17)gsx发送部分输入放大器的模拟基础,用于在外部同轴增益. （18）vfxi发送部分输入放大器的反相输入端。

说明。

表4-2 段落码表4-3 段内码段落序号段落码量化级段内码 8说明。

段落序号段落码量化级段内码15 1111 8 111 14 111013 1101 7 110 12 110011 1011 6 101 10 10109 1001 5 100 8 10007 0111 4 011 6 01105 0101 3 010 4 01003 0011 2 001 2 00101 0001 1 000 0 0000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4-2所示；段内码与16个量化级之间的关系见表4-3。

可见，上述编码方法是把压缩、量化和编码合为一体的方法。

本实验采用大规模集成电路TP3067对语音信号进行PCM编、解码。

TP3067在一个芯片内部集成了编码电路和译码电路，是一个单路编译码器。

其编码速率为2.048MHz，每一帧数据为8位，帧同步信号为8KHz。

模拟信号在编码电路中，经过抽样、量化、编码，最后得到PCM编码信号。

在单路编译码器中，经变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去的，在其他的时隙中编译码器是没有输出的，即对一个单路编译码器来说，它在一个PCM帧（32个时隙）里，只在一个特定的时隙中发送编码信号。

同样，译码电路也只是在一个特定的时隙（此时隙应与发送时隙相同，否则接收不到PCM编码信号）里才从外部接收PCM编码信号，然后进行译码，经过带通滤波器、放大器后输出。

具体电路图如图4-5所示。

• 对此，综合参量编码和波形编码各自的长点，即 保持参量编码的低速率和波形编码的高质量的优 点，又提出了混合编码方法。
2019/6/7
13
4.1.1 概述
• 混合编码基于参量编码和波形编码发展的一类新的 编码技术。在混合编码的信号中，既含有若干语音 特征参量又含有部分波形编码信息。其编码速率一 般在4～16kbit/s。当编码速率在8～16kbit/s范围时， 其语音质量可达到商用语音通信标准的要求。
• 考虑到中、低比特率的编译码器将尽量利用语音 中的一些特征，将语音以及语音频段内的数据一 起协调的编码算法必将降低语音的质量。因此， 在设计语音编码器时，应首先考虑语音的质量， 而对于语音频段内的数据信号，则通过特殊的终 端适配器来实现。
2019/6/7
34
4.1.6 GSM系统语音编码器
（5）传输时延 造成传输时延的主要原因有以下两方面。 ① 语音编码的时延。 ② 无线分系统中的时延。
• 目前较成功的混合编码方案有两种，多脉冲激励 线性预测编码（MPLPC)和码激励线性预测编码 （CELPC),前者使用一个数目有限且幅度和位置 要调整的脉冲序列作为激励源。后者使用一个波 形矢量作为激励源。图4-3给出三种不同激励序列 及其产生语音方法。
2019/6/7
图4-3 三种不同激励的语言合成模型
• 三种编码技术同时存在通信系统中，波形编码以 其高质量用于长途传输和宽带语音；声码器以高效 压缩性用于保密通信；混合编码以其独有特性用于 各种通信系统。
2019/6/7
27
4.1.5 移动通信中语音编码器的选择
在低比特率语音编码中，有4个参数是很重要的， 即比特率、质量、复杂度和处理时延。 1．语音质量评估 • 当前世界上流行的语音质量评估方法是采用原

PCM 编解码和DPCM 编解码的实现和性能比较一．设计目的该课程设计的目的是让我们进一步学习PCM编译码和DPCM编解码原理；在通信系统仿真软件MATLAB平台上，采用M文件设计A律PCM码译码和差分PCM即DPCM编解码。

对设计项目进行调试；对译码器进行仿真；对仿真结果结合编译码理论进行分析；对两种编码进行比较等。

二．设计内容及要求2.1 要求：设计译码器前，首先以理论作指导，构思设计方案。

再用MATLAB 语言编写程序，在MATLAB软件平台上运行，得到正确程序，并且进行调试、仿真和分析。

然后对结果进行处理，输出结果和分析结论应该一致，而且应符合理论。

2.2原理2.2.1 PCM原理脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation)在通信系统中完成将语音信号数字化功能。

是一种对模拟信号数字化的取样技术，将模拟信号变换为数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。

PCM对信号每秒钟取样 8000 次；每次取样为 8 个位，总共 64 kbps。

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。

2.2.2DPCM原理DPCM编码,简称差值编码，是对模拟信号幅度抽样的差值进行量化编码的调制方式(抽样差值的含义请参见“增量调制”)。

这种方式是用已经过去的抽样值来预测当前的抽样值，对它们的差值进行编码。

差值编码可以提高编码频率，这种技术已应用于模拟信号的数字通信之中。

对于有些信号(例如图像信号)由于信号的瞬时斜率比较大，很容易引起过载，因此，不能用简单增量调制进行编码，除此之外，这类信号也没有像话音信号那种音节特性，因而也不能采用像音节压扩那样的方法，只能采用瞬时压扩的方法。

如图3-16所示，TDMA系统的帧结构主要包括同步分帧（也称为基准分帧）（RB）和数据（业务）分帧（DB）。
图3-16 TDMA系统帧结构
（1）同步分帧
同步分帧中包括载波、位定时恢复（CR和BTR）、独特码（UW）、站址识别码（SIC）和指令信号（CW）。
（2）数据分帧
一个数据分帧包含了若干个业务分帧，并且每个业务分帧由分帧报头和多个PCM数据信道构成。
图3-11 SPADE终端设备组成图
公共信令信道的信令格式
03
为了实现按需分配，各地球站是按TDMA方式工作的，即按时分多址方式工作的。
04
按需分配方式下的信息传递过程
01
如图3-11所示，各地球站设置有按TDMA方式（在后面将详细介绍）工作的公用信令信道和话音传输信道。
02
公共信道工作特性
由上面的分析可知，SPADE系统可为48个地球站提供397条双向通路（如图4-10所示），这就是说，每个地球站可以每隔50ms向信道申请一次。
按需分配方式下的通信过程 在SPADE系统中，当某用户通过长途台将呼叫通信请求送至SPADE终端时，SPADE终端为其从397条卫星线路中选择任意一条空闲信道，并进行连通，同时通过此信道将呼叫请求帧送到对方用户所在的地球站，并由该站与对方局连通。
02
要求采用突发解调器（系统中各站在规定的时隙内以突发的形式发射其已调信号）。
03
模拟信号需转换成数字信号才能在网络中传输。
初期的投资较大，系统实现复杂。
05
3.3.2 TDMA地球站设备
01.
如图3-15所示为一个TDMA地球站设备组成示意图。
02.
图3-15 TDMA地球站设备
2
1

4、GSM系统中的
GSM系统把20ms语音编码后的数据作为一帧，共260bit，分成50个最重要比特、132个次重要比特和78个不 重要比特。
在GSM系统中，对话音编码后的数据既进行检错编码又进行纠错编码。如图5所示。
图5 GSM系统中对语音业务的信道编码
首先对50个最重要比特进行循环冗余编码(CRC)，编码后为53bit；再将该53bit与次重要的132bit一起进 行约束长度为K=5，编码效率为R=1/2的卷积编码，编码后为2(53+132+4)=378bit；最后再加上最不重要的78bit， 形成信道编码后的一帧共456bit。
②构造性的编码方法以及这些方法能达到的性能界限。
发展简史
发展简史
人类在信道编码上的第一次突破发生在1949年。R.Hamming和M.Golay提出了第一个实用的差错控制编码方 案——汉明码。
汉明码每4个比特编码就需要3个比特的冗余校验比特，编码效率比较低，且在一个码组中只能纠正单个的比 特错误。
信道编码之所以能够检出和校正接收比特流中的差错，是因为加入一些冗余比特，把几个比特上携带的信息 扩散到更多的比特上。为此付出的代价是必须传送比该信息所需要的更多的比特。
2、发展
编码定理的证明，从离散信道发展到连续信道，从无记忆信道到有记忆信道，从单用户信道到多用户信道， 从证明差错概率可接近于零到以指数规律逼近于零，正在不断完善。编码方法，在离散信道中一般用代数码形式， 其类型有较大发展，各种界限也不断有人提出，但尚未达到编码定理所启示的限度，尤其是关于多用户信道，更 显得不足。在连续信道中常采用正交函数系来代表消息，这在极限情况下可达到编码定理的限度。不是所有信道 的编码定理都已被证明。只有无记忆单用户信道和多用户信道中的特殊情况的编码定理已有严格的证明；其他信 道也有一些结果，但尚不完善。

实验步骤
非集群实验接线方法： 非集群实验接线方法： 接线方法
左模拟信号源的输出-正弦波 编译码单元的A_IN 左模拟信号源的输出 正弦波 ——PCM编译码单元的 编译码单元的 右模拟信号源的输出-正弦波 编译码单元的B_IN 右模拟信号源的输出 正弦波 ——PCM编译码单元的 编译码单元的 PCM编译码单元 编译码单元A_TXD——PCM编译码单元 编译码单元B_RXD 编译码单元 编译码单元 PCM编译码单元 编译码单元A_RXD——PCM编译码单元 编译码单元B_TXD 编译码单元 编译码单元
集群通信实验接线方法 集群通信实验接线方法
编译码单元的A_IN 左模拟信号源的正弦波 ——PCM编译码单元的 编译码单元的 ——PCM编译码单元的 编译码单元的B_IN 右模拟信号源的输出 ——PCM编译码单元的B_IN PCM编译码单元 编译码单元A_TXD——PCM编译码单元 编译码单元TXD_A 编译码单元 编译码单元 PCM编译码单元 编译码单元A_RXD——PCM编译码单元 编译码单元RXD_A 编译码单元 编译码单元 PCM编译码单元 编译码单元B_TXD——PCM编译码单元 编译码单元TXD_B 编译码单元 编译码单元 PCM编译码单元 编译码单元B_RXD——PCM编译码单元 编译码单元RXD_B 编译码单元 编译码单元 PCM编译码单元 编译码单元PCM_OUT—PCM编译码单元 编译码单元PCM_IN 编译码单元 编译码单元
该模块上有以下测试点和输入点： 该模块上有以下测试点和输入点： A_IN ：输入到编码器 的信号测试点 输入到编码器A的信号测试点 A_OUT : 信号 译码输出信号测试点 信号A译码输出信号测试点 A_TXD ：信号 的PCM编码输出 测试点 信号A的 编码输出/测试点 编码输出 TXD_A : PCM集群 通道输入点 集群A通道输入点 集群 A_RXD : 信号 的PCM译码输入 测试点 信号A的 译码输入/测试点 译码输入 RXD_A : PCM集群分接 通道输出点 集群分接A通道输出点 集群分接 PCM-OUT:PCM集群信号复接端输出 测试 集群信号复接端输出/测试 集群信号复接端输出 点 • PCM_IN:PCM集群信号分接端输入 测试点 集群信号分接端输入/测试点 集群信号分接端输入 • • • • • • •

(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。
第1章
PCM是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。
1、抽样
把连续信号变为时间轴上离散的信号的过程称为抽样。抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理，离散信号才可以完全代替连续信号。低通连续信号抽样定理内容：一个频带限制在赫内的时间连续信号,若以的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。语音信号经过抽样变成一种脉冲幅度调制（PAM）信号。
(8)MCLKR/PDN接收部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。可以和MCLKX异步，但是同步工作时可达到最佳状态。当此端接低电平时，所有的内部定时信号都选择MCLKX信号，当此端接高电平时，器件处于省电状态。
(9)MCLKX发送部分主时钟信号输入端，此信号频率必须为1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。可以和MCLKR异步，但是同步工作时可达到最佳状态。
2、熟悉并说明PCM编译码芯片TP3057功能
3、熟悉构成电路的各元件功能
4、用硬件实现PCM编译码器(用实验板焊接电路)
5、画出电路各点波形图
（二）发挥与创新

...程控实验课程设计报告题目：PCM编码器与PCM解码器的MATLAB实现学生姓名： xxx学号： 0910406003系别：物理与信息工程系专业：通信工程指导教师： xxxx2012年 6月 2日目录摘要 (3)关键词 (3)前言 (4)一、课程设计的目的 (5)二、课程设计的内容 (5)三、课程设计的要求 (5)四、脉冲编码调制 (6)4.1 PCM原理 (6)五、模块设计和仿真图形分析 (8)5.1 PCM编码器电路设计 (8)5.2编码部分封装 (10)5.3 PCM解码器电路设计 (11)5.4解码部分封装 (12)5.5有干扰信号的PCM编码与解码 (13)5.6无干扰信号的PCM编码与解码 (16)六、心得体会与总结 (19)本设计结合PCM的抽样、量化、编码原理，利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,完成对脉冲编码调制系统的建模与仿真分析。

用示波器观察编码与解码前后的信号波形;加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率;最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。

通过本次课程设计，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MATLAB ；Simulink仿真平台；PCM编码器与解码器；MATLAB是用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。

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。

Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活可以满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用，形成多层系统，使系统设计更加简洁明了等优点。

基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

Matlab软件中的simulink具有良好的交互界面，通过分析窗口和示波器模拟等方法，提供一个可视的仿真过程，不仅在工程上得到应用，在数学领域也得到了公众的认可，尤其在信号分析、通信系统等领域得到了广泛的应用。

第七章 习题已知一低通信号m(t)的频谱为：M(f)=⎪⎩⎪⎨⎧≤-f f f其他,0200,2001，假设以f s =300Hz 的速率对m(t)进行抽样，试画出一抽样信号m s (t)的频率草图。

解：M s (ω)=300∑∞-∞=⋅-n n M )600(πω1.已知一低通信号m(t)的频谱为：M(f)=⎪⎩⎪⎨⎧≤-f f f其他,0200,2001，假设以f s =400Hz 的速率对m(t)进行抽样，试画出一抽样信号m s (t)的频率草图。

解：M s (ω)=400∑∞-∞=⋅-n n M )800(πω2. 采用13折线A 率编码，设最小的量化级为1个单位，已知抽样脉冲值为+635单位。

试求此时编码器输出码组，并计算量化误差（段内码用自然二进制码） 解：I m =+635=512+36+27输出码组为：c1c2c3c4c5c6c7c8=11100011 量化误差为273. 采用13折线A 率编码，设最小的量化级为1个单位，已知抽样脉冲值为-95单位。

试求此时编码器输出码组，并计算量化误差（段内码用折叠二进制码） 解：-95= -（64+74⨯+3） c5c6c7c8=0000输出码组为：c1c2c3c4c5c6c7c8=00110000 量化误差为74. 采用13折线A 率编码器电路，设接收端收到的码组为“01010011”，最小量化单位为1个单位，并已知段内码为折叠二进码。

试问译码器输出为多少单位。

解：I 0= -(256+4.5⨯16)=-3285. 采用13折线A 率编码器电路，设接收端收到的码组为“01010011”，最小量化单位为1个单位，并已知段内码为自然二进码。

试问译码器输出为多少单位 解：I 0= -(256+3.5⨯16)=-3126. 单路话音信号的最高频率为4KHz ，抽样速率为8kHz ，将所得的脉冲由PAM 方式或PCM方式传输。

设传输信号的波形为矩形脉冲，其宽度为τ，且占空比为1。

目录第一章设计思路与框图 (1)1.1 设计思路 (1)1.2 设计框图 (3)第二章各模块电路设计与原理 (4)2.1 语音信号源模块 (4)2.2 PCM编码以及时分复用模块 (4)2.3 位同步模块 (9)2.4 帧同步模块 (10)2.5 时分解复用模块 (13)2.6 PCM译码模块 (13)第三章 System View系统仿真 (15)3.1 各模块仿真波形 (15)3.1.1 信号语音信号源模块 (15)3.1.2 PCM编码以及时分复用模块 (17)3.1.3 位同步模块 (21)3.1.4 帧同步模块 (22)3.1.5 时分解复用模块 (23)3.1.6 PCM译码模块 (26)3.2 系统总仿真图 (28)第四章总结与体会 (28)参考文献 (30)第一章设计思路与框图1.1 设计思路本课题将是一个两人通话的通信系统，两路语音中任何一方都能向对方发出信息或接受对方发过来的信息，完成全双工通信，采用PCM编码技术。

对于语音编译码部分将采用芯片TP3057，TP3057是A律PCM编译码集成电路。

为了提高通信系统信道的利用率，话音信号的传输往往采用多路复用通信的方式。

复用技术有多种工作方式，例如频分复用，时分复用以及码分复用等，在本次课题中运用的是两路的时分复用技术。

所以，整个电路也就是一个两路语音的全双工时分复用PCM通信系统。

要完成2路语音的PCM全双工通信，此次课题采用的是时分复用的方式。

时分复用的特点是，对任意特定的通话呼叫，为其分配一个固定速率的信道资源，且在整个通话区间专用。

TDM把若干个不同通道的数据按照固定位置分配时隙（TimeSlot：8Bit数据）合在一定速率的通路上，这个通路称为一个基群。

时分复用是建立在抽样定理基础上的。

抽样定理使连续（模拟）的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲所代替。

这样，当抽样脉冲占据短时间时，在抽样脉冲之间就留有时间空隙，利用这个时间空隙便可以传输其他信号的抽样值。