1、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；
2、（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，M 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
3、）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I6）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
4、 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 .IAbstract .II1 绪论 .12 PCM 脉冲编码原理 .22.1 模拟信号的抽样及频谱分析 .22.1.1 信号的采样 .22.1.2 抽样定理 .22.1.3 采样信号的频谱分析 .32.2 量化 .3
5、2.2.1 量化的定义 .32.2.2 量化的分类 .42.2.3 MATLAB 的 A 律 13 折线量化 .102.3 PCM 编码 .102.3.1 编码的定义 .102.3.2 码型的选择 .112.3.3 M 脉冲编码的原理 .113 PCM 的 MATLAB 实现 .133.1 PCM 抽样的 MATLAB 实现 .133.2 PCM 量化的 MATLAB 实现 .163.2.1 PCM 均匀量化的 MATLAB 实现 .163.2.2 PCM A 律非均匀量化的 MATLAB 实现 .183.3 PCM A 律 13 折线编码的 MATLAB 实现 .204 结果分析及总结 .2
6、3参考文献 .24I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IIAbstract
7、In this design, combination the Simulink emulatation function and the S- functions 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 th
8、e 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
9、 designer has a more profound 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 simulation01 绪论数字通信作为一种新型的通信手段，早在 20 世纪 30 年代就已经提出。在 1937 年，英国人里费（A.H.Reeves ）提出了脉冲编码调制（
10、PCM）方式。从此揭开了近代数字传输的序幕。PCM 系统的优点是：抗干扰性强；失真小；传输特性稳定，远距离再生中继时噪声不累积，而且可以采用有效编码、纠错编码和保密编码来提高通信系统的有效性、可靠性和保密性。另外，由于 PCM 可以把各种消息（声音、图像、数据等等）都变换成数字信号进行传输，因此可以实现传输和交换一体化的综合通信方式，而且还可以实现数据传输与数据处理一体化的综合信息处理。故它能较好地适应信息化社会对通信的要求。PCM 的缺点是传输带宽宽、系统较复杂。但是，随着数字技术的飞跃发展这些缺点也不重要。因此，PCM 是一种极有发展前途的通信方式。12 PCM 脉冲编码原理2.1 模拟信
11、号的抽样及频谱分析2.1.1 信号的采样离散时间信号通常是有连续时间信号经周期采样得到的。完成采样功能的器件称为采样器，下图所示为采样器的示意图。图中 Xa(t)表示模拟信号，Xa(nt)表示采样信号，T为采样周期，n=0，1，2， 。一般可以把采样器视为一个每隔 T 秒闭合一次的电子开关S。在理想情况下，开关闭合时间 满足 100 秒；由采样时间 ts 和采样频率 fs 即可决定采样数据量，即采样总点数 N=fs*ts。这就从理论上对采样时间 ts 和采样总点数 N 提出了要求，以保证频谱分析的精准度。2.2 量化2.2.1 量化的定义模拟信号进行抽样以后，其抽样值还是随信号幅度连续变化的，
12、即抽样值 m(kT)可以取无穷多个可能值，如果用 N 个二进制数值信号来代表该样值的大小，以便利用数字传输系统来传输该样值的信息，那么 N 个二进制信号只能同 M=2N 个电平样值相对应，而不能同无穷多个电平值相对应。这样一来，抽样值必须被划分成 M 个离散电平，此电平被称作量化电平。或者说，采用量化抽样值的方法才能够利用数字传输系统来实现抽样值信息的传输。利用预先规定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程称为量化。抽样是把一个时间连续信号变换成时间离散的信号，而量化则是将取值连续的抽样变换成取值离散的抽样。3通常，量化器的输入是随机模拟信号。可以用适当速率对此随机信号 m(t)进行抽样，并按照预
13、先规定，将抽样值 m(kT)变换成 M 个电平 q1，q2，qM 之一,有mq(kTs)=qi，若 mi-1m(kTs)mi,量化器的输出是一个数字序列信号。2.2.2 量化的分类（1）按照量化级的划分方式分，有均匀量化和非均匀量化。均匀量化：把输入信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。在均匀量化中，每个量化区间的量化电平在各区间的中点。其量化间隔 v 取决于输入信号的变化范围和量化电平数。当信号的变化范围和量化电平数确定后，量化间隔也被确定。上述均匀量化的主要缺点是，无论抽样值的大小如何，量化噪声的均方根都固定不变。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
14、信号量噪比就很难达到给定的要求。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，均匀量化是的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这一个缺点，实际中往往采用非均匀量化。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信号量噪比。常见的非均匀量化有
15、 A 律和 率等，它们的区别在于量化曲线不同。 压缩律：所谓 压缩律就是压缩器的压缩特性具有如下关系的压缩律：式中 y 为归一化的压缩器输出电压，x 为归一化的压缩器输入电压， 为压扩参数，表示压缩的程度。由于上式表示的是一个近似对数关系，因此这种特性也称为近似对数压扩律，其压缩特性曲线如下图所示。由图可知，当 =0 时，压缩特性是通过原点的一条直线，故没有压缩效果；当 值增大时，压缩作用明显，对改善小信号的性能也有利。一般当=100 时，压缩器的效果就比较理想了。另外，需指出， 律压缩特性曲线是以原点奇对称的，图中只画出了正向部分。4图 3.3 压 缩 律 特 性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：其中，A 为压缩系数；y 为归一化的压缩器输出电压； x 为归一化的压缩器输入电压。图画出了 A 为某一取值的归一化压缩特性。A 律压缩特性是以原点奇对称的，为了简便，图中只给出了正半轴部分。图 3.4 A 压 缩 律 特 性上图中，x 和 y 都在-1 和+1 之间，取量化级数为 N(在 y 方向上从-1 到+1 被均匀划分为 N 个量化级) ，则量化间隔为当 N 很大时，在每一量化级中压缩特性曲线可看作是直线，因此有式中，xi 为第 i 个量化级间隔的中间值。因此(3.1)
