PCM系统设计与仿真

PCM系统设计与仿真

摘 要 : 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。学习通过利用计算机建立通信系统模型的基本方法和基本技能，学习会利用仿真的手段对通信系统的基本理论和基本算法进行验证。学习现有流行的通信系统仿真软件的基本使用方法，利用Matlab软件解决通信中存在的问题。 关键词: PCM，Matlab

目 录

1、设计要求............................................................................................... 1 2、设计内容............................................................................................... 1 2.1 脉冲编码 ...................................................................................... 1 2.1.1 脉冲编码基本原理 ............................................................ 1 2.1.2 抽样、量化、编码 ............................................................ 2 2.2 PCM系统的仿真 ........................................................................... 4 3.总结 ......................................................................................................... 8 4、参考文献............................................................................................... 9

1、设计要求

1、根据题目建立相应的通信系统模型。

2、选择合适的仿真软件，在该软件中搭建上述通信系统模型。 3、对上一步中搭建的系统模型中的各个模块的参数进行设置。 4、利用窗口对仿真的结果进行观察，并保存波形。

2、设计内容

2.1 脉冲编码

2.1.1 脉冲编码基本原理

脉冲编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。对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程。将模拟信号离散化，即对模拟信号按一定的时间间隔进行抽样；然后再将无限个可能的抽样值（不是指抽样点的个数，而是每个抽样点的可能取值）变成有限个可能取值，我们称之为量化；最后对量化后的抽样值用二进制（或多进制）码元进行编码，就可得到所需要的数字信号。所谓编码就是用一组符号（码组）取代或表示另外一组符号（码组或数字）的过程。这种将模拟信号经过抽样、量化、编码三个处理步骤变成数字信号的A/D转换方式称为脉冲编码调制(PCM,Pulse Code Modulation）。

PCM传输系统图如图1。

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图1 PCM传输系统

2.1.2 抽样、量化、编码

(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。

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

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

也小；反之，量化间隔就大。它与均

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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。

(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。

编码的实现是由编码器完成的。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。图 2 为逐次反馈型编码器。

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图2 编码器

2.2 PCM系统的仿真

①原始模拟信号

②采样波形

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③量化后的信号

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④编码后的信号

⑤数模转化

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3.总结

本次课程设计时间又紧，在刚开始的时候手忙脚乱，最终决定用Matlab软件仿真来实现PCM的编码过程。通过这次设计，掌握了PCM编码的工作原理及PCM系统的工作过程，进一步学会通过应用软件仿真来实现各种通信系统的设计，对以后的学习和工作起到了一定的作用，加强了动手能力和学业技能。总体来说，这次实习我受益匪浅。在摸索程序编程问题的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。

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4、参考文献

[1] 李宗豪．基本通信原理．北京邮电大学出版社，2006

[2] 余成波，杨如民等．数字信号系统及Matlab实现．清华大学出版社，2007 [3] 曹志刚，钱亚生. 现代通信原理．清华大学出版社，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] 沈振元、聂志泉、赵雪荷，通信系统原理[M].西安：西安电子科技大学出版社 2006.

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