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PCM编码器的仿真设计

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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.

摘 要

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

目 录

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 绪 论

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。

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pcm编译码实验报告

pcm编译码实验报告

pcm编译码实验报告

PCM编码实验报告

引言

在数字通信领域中，编码和解码是非常重要的环节。编码是将原始信号转换为数字信号的过程，而解码则是将数字信号还原为原始信号的过程。PCM编码（Pulse Code Modulation）是一种常用的数字信号编码方法，广泛应用于音频和视频传输等领域。本实验旨在通过实际操作，深入理解PCM编码的原理和实现过程。

实验目的

1. 了解PCM编码的基本原理和概念；

2. 掌握PCM编码的实验操作方法；

3. 分析PCM编码的优缺点及应用领域。

实验设备和材料

1. 信号发生器；

2. 示波器；

3. PCM编码器；

4. 解码器；

5. 音频播放器。

实验步骤

1. 连接信号发生器和示波器，调节信号发生器输出为正弦波信号；

2. 将信号发生器的输出连接到PCM编码器的输入端；

3. 设置PCM编码器的采样率和量化位数； 4. 将PCM编码器的输出连接到解码器的输入端；

5. 连接解码器的输出到音频播放器；

6. 调节示波器观察PCM编码器输出信号的波形；

7. 播放音频，观察解码器输出的音频效果。

实验原理

PCM编码是一种将连续模拟信号转换为离散数字信号的方法。其基本原理是将模拟信号进行采样和量化。采样是指在一定时间间隔内对模拟信号进行取样，将连续信号转换为离散信号。量化是指将采样得到的离散信号映射到离散的量化级别上，以便数字化表示。

在本实验中，信号发生器产生的正弦波信号作为输入信号，经过PCM编码器进行采样和量化处理后，输出为数字信号。解码器接收到数字信号后，通过解码过程将其还原为模拟信号，最终通过音频播放器播放出来。

PCM编码的优点是可以准确地还原原始信号，保持良好的信号质量。同时，由于PCM编码是一种线性编码方式，具有较好的抗噪声能力。然而，PCM编码的缺点是需要较大的存储空间和传输带宽，不适用于对存储和传输资源要求较高的场景。

实验结果与分析

通过实验观察，可以发现PCM编码器输出的信号波形与输入信号相似，但存在一定的误差。这是由于采样和量化过程中引入的误差所致。随着采样率和量化位数的增加，PCM编码的精度会提高，但同时也会增加存储和传输的成本。

实验四 PCM编、解码实验

实验四 PCM编、解码实验

18 实验四 PCM编、解码实验

一、实验目的

1. 了解PCM编译码的基本工作原理及实现过程。

2. 了解语音信号数字化技术的主要技术指标，学习并掌握相应的测试方法。

二、实验内容

1. 信号源实验

1) 取样脉冲、定时时钟实验

2) 同步测试信号源实验

2. PCM单路编码实验

1) 极性码编码实验

2) 段内电平码编码实验

3) 段落码编码实验

3. PCM单路编、译码实验

三、基本原理

模拟信号数字化可以用数种方式实现。脉冲编码调制(PCM)技术在数字通信系统中得到了广泛的应用。脉冲编码调制系统的原理方框图如图1.1所示。模拟信号经滤波后频带受到了限制。限带信号被抽样后形成PAM信号。PAM信号在时间上是离散化的，但是幅度取值却是连续变化的。编码器将PAM信号规定为有限种取值，然后把每个取值用二进制码组表示并传送出去。接收端收到二进制编码信号后经译码还原为PAM信号，再经滤波器恢复为模拟信号。经理论分析可知，人的语音信号的幅度概率密度为拉普拉斯分布。（这是一种负指数分布，小幅度时概率密度大，而大幅度时概率密度小。）因此，语言编码必须设法提高小信号时的信噪比。如果既要考虑到语音信号的幅度变化范围约有40一5OdB，又要考虑到在小信号时有足够好的通话质量，则至少需要11位至12位的线性编码。通常，一路信号的抽样频率为8kHz。这样，当采用线性编码时传输一路PCM符号约需1OOkbit/s的传信率。但是非线性编码却可以用7位至8位的编码使通话质量令人满意，而相应的一路PCM信号的传信率为64kbit/s。因此实用的PCM编译码器都是非线性的。

非线性编码器具有特定的压缩特性，这种特性是为了使编码结果与信号幅度相匹配，以最大限度地减小量化噪声功率。目前得到广泛使用的是两种对数形式的压缩特性，即A 和μ律对数线近似。这两种体制均己成为国际建议。实验选用的集成化PCM编译码器CC2914片具有13折线逼近的对数压缩特性。编码器与译码器的压缩特性如图1.2和图1.3所示。图1.2中，每一个折线段各自被划分为16个分层电平。二相邻段落的分层按步阶1/2递减分段，而每个段落内的分层都是均匀的。

PCM

PCM

目 录

一、设计总体思路及方案确定 „„„„„„„„„„„„„1

1、设计总体思路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

2、方案确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1

二、时分复用原理 „„„„„„„„„„„„„„„„„„3

三、模块设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

1、帧同步模块„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

2、时钟电路模块„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

3、分频电路模块„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

4、抽样信号产生电路模块„„„„„„„„„„„„„„„6

5、PCM编译码单元电路模块„„„„„„„„„„„„„„7

四、电路调试、系统仿真„„„„„„„„„„„„„„„„9

1、电路调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

2、系统仿真 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10

五、附录(总电路原理图)„„„„„„„„„„„„„„„15

六、心得体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16

七、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17

1 一、设计总体思路及方案确定

1、设计总体思路

本次课题设计一时分复用通信系统，采用30/32路PCM时分复用系统实现帧码及两路模拟正弦信号的复接数字系统。

PCM时分复用数字基带传输，是各路信号在同一信道上占有不同的时间间隙进行通信。它把模拟信号通过抽样、量化、编码转变为数字信号，然后在位同步和帧同步信号的控制下通过复接器实现复接，复接后的信号通过信道传输，分接器在同步信号的作用下把接收到的信号进行分路，分路后的信号通过PCM译码、低通滤波器还原出输入的模拟语音信号。

先将模拟正弦信号进行数字化，因为数字信号有着模拟信号所不可比拟的优点：结构简单，抗干扰性强，易整形、再生和占用带宽较宽等属性，特别是基于二进制的系统更是具有设备简单，抗干扰性好，噪声不累积，复用方式先进和灵活多样，易加密，安全可靠等先天性优点。

pcm编码实验报告

pcm编码实验报告

pcm编码实验报告

PCM编码实验报告

一、引言

在数字通信领域，PCM（脉冲编码调制）是一种常用的信号编码技术。本实验旨在通过对PCM编码的实际操作，深入了解PCM编码的原理、特点以及应用。

二、实验目的

1. 理解PCM编码的基本原理；

2. 掌握PCM编码的实验操作方法；

3. 分析PCM编码的优缺点及其在通信领域的应用。

三、实验设备和原理

1. 实验设备：计算机、PCM编码器、PCM解码器、示波器等；

2. PCM编码原理：PCM编码是通过对模拟信号进行采样和量化，然后将量化结果转换为二进制码流的过程。采样率越高，量化精度越高，PCM编码的质量越好。

四、实验过程

1. 连接实验设备：将模拟信号输入PCM编码器，再将PCM编码器的输出连接到PCM解码器，最后将解码器的输出连接到示波器；

2. 设置采样率和量化精度：根据实验要求，设置合适的采样率和量化精度；

3. 进行PCM编码：通过PCM编码器对输入信号进行采样和量化，得到二进制码流；

4. 进行PCM解码：将PCM编码器的输出连接到PCM解码器，解码器将二进制码流转换为模拟信号； 5. 观察示波器显示：将PCM解码器的输出连接到示波器，观察解码后的信号波形。

五、实验结果与分析

1. 通过示波器观察，可以看到PCM编码器输出的二进制码流经过解码后，波形与输入信号基本一致，证明PCM编码解码过程的准确性；

2. 随着采样率的增加，PCM编码的质量提高，但同时也会增加数据传输量；

3. 在实际应用中，PCM编码常用于音频信号的数字化处理，如CD、MP3等。

六、实验总结

通过本次实验，我们深入了解了PCM编码的原理和实验操作方法。PCM编码作为一种常用的信号编码技术，在数字通信领域有着广泛的应用。通过对模拟信号的采样和量化，PCM编码可以将信号转换为二进制码流，实现信号的数字化处理。实验结果表明，PCM编码解码过程准确可靠，能够保持原始信号的质量。同时，我们也意识到采样率和量化精度对PCM编码的影响，需要在实际应用中进行合理的选择。