2022年A律PCM编码系统研究设计与仿真通信原理课程研究设计报告.docx

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1、精品学习资源封面欢迎下载精品学习资源作者： PanHongliang仅供个人学习通信原理课程设计报告题 目： A 律 PCM 编码系统设计与仿真姓 名：欢迎下载精品学习资源学 院：专 业： 指导老师：完成日期：2021 年 1 月 7 日专业课程设计任务书指导单位：自动化工程学院指导老师：专业和班级：同学姓名：设计题目： A律 PCM编码系统设计与仿真主要技术指标 ：1. 输入信号： st=Asin2ft+ ；2. 输入信号幅值： A=-700dB；3. 输入信号频率： f=4Hz；4. 抽样频率： fs=100Hz；要求完成工程：1. 明白 A 律 13 折线近似与 PCM编解码原理；2.

2、画出信号原始波形和 PCM编码、译码后的波形；3. 画出不同幅度 A 下， PCM译码后的量化信噪比；4. 与均匀量化的线性编码比较分析；要求完成时间 ：2021 年 1 月 9 日目 录目录 3摘要 4第一章基本原理 41.1 脉冲编码调制（ PCM ）： 41.2 A 律 PCM 编码规章： 5欢迎下载精品学习资源1.2.1 A 律压缩律原理： 51.2.2 13 折线近似的原理 51.2.3 PCM 编码规章 5其次章系统设计 62.1. 试验意义 62.2. 课程设计要求 62.3 总体系统设计框图6第三章程序块流程设计与检验7 3.1A 律 PCM 编码模块 73.1.1 A 律 P

3、CM 编码规章： 73.1.2 PCM 编码流程 73.2.A 律 PCM 译码模块 7 3.3.均匀量化编码模块8第四章程序测试 94.1 连接全程序 94.2 图形显示和噪声性能比较9第五章总结 105.1 心得体会 105.2 看法和建议 10附录： 10参考文献 10摘 要数字脉冲编码调制（ PCM）是目前模拟信号数字化的基本方法，将时间离散的抽样值序列经量化、编码变换为二进制数字序列；量化是对抽样值的取值 离散，依据量化间隔的不同选取分为均匀量化和非均匀量化，非均匀量化可以有效地改善信号的量化信噪比；语音信号的量化常接受ITU 建议的对数特性的A 律（中国和欧洲）和 律（北美和日本）

4、压缩的非均匀量化，为了便于接受数字电路实现量化，通常接受 13 折线和 15 折线近似代替 A 律和律；第一章 基本原理1.1 脉冲编码调制（ PCM ）：脉冲编码调制（ PulseCodeModulation ），是对信号进行抽样和量化时，将所得的量化值序列进行编码，变换为数字信号的调制过程；它主要经过3 个过程：抽样、量化和编码；抽样过程将连续时间模拟信号变为离散时间、连续幅欢迎下载精品学习资源度的抽样信号，量化过程将抽样信号变为离散时间、离散幅度的数字信号，编码过程将量化后的信号编码成为一个二进制码组输出；1.2 A 律 PCM 编码规章：1.2.1 A 律压缩律原理：理想对数压缩：需对

5、的小信号段进行修正图 1.对数压缩特性曲线A律修正思想：(1). 过原点做的切线，切点 b；(2). 切线 ob 段+曲线 bc A 律压缩曲线；A压缩律是指符合下式的对数压缩规律：式中， x 为压缩器归一化输入电压； y 为压缩器归一化输出电压； A 为常数，准备压缩程度； A 压缩律中的常数 A 不同，就压缩曲线的形状也不同，它将特殊影响小电压时的信号量噪比的大小，在有用中，选择A 等于 87.6 ；1.2.2 13 折线近似的原理A 律压缩表示式是一条连续的平滑曲线，用电子线路很难精确的实现；现在由于数字电路技术的进展，这种特性很简洁用数字电路来近似实现，13 折线特性就是近似于 A 压

6、缩律的特性，其曲线见图 2.图 2. 13 折线压缩特性曲线图中横坐标 x 在 01 区间中分为不均匀的8 段；1 间的线段称为第 8 段；间的线段称为第 7 段； 间的线段称为第 6 段；依此类推，直到 0间的线段称为第 1 段；图中纵坐标 y 就均匀的划分为 8 段；将这 8 段相应的坐标点（ x,y ） 相连，就得到了一条折线；1.2.3 PCM 编码规章输入信号 x 进行 A 律压缩，取 A=87.6. 接受 13 折线近似，在第一象限，输出 x 端点对应： x=（），图形表示如图 1.在 13 折线法中接受的折叠码有 8 位；其中第一位 C1 表示量化值的极性正欢迎下载精品学习资源负

7、；后面的 7 位分为段落码和段内码两部分，用于表示量化值的确定值；其中第 24 位（ C2C4）是段落码，共计 3 位，可以表示 8 种斜率的段落；其他 4 位（ C5C8）为段内码，可以表示每一段落内的16 种量化电平；段内码代表的16个量化电平是均匀划分的；所以，这7 位码总共能表示 128 种量化值；图 3. A律曲线与 13 折线近似其次章 系统设计2.1. 试验意义本课程设计试图通过亲自完成均匀量化和非均匀量化的编码、译码的整体设计，加深对 PCM编码的原理的懂得，提高系统编程、系统测试以及系统分析的才能；2.2. 课程设计要求1.依据技术指标，懂得 PCM 脉冲编码的原理； 2.依

8、据技术指标，实现各模块的程序代码；3.连接各模块，运行出系统中的抽样信号和量化信号； 4.测试分析均匀量化和非均匀量化的噪声性能；5.对测试结果进行分析争辩；2.3 总体系统设计框图图 4. A 律 PCM编解码的系统框图欢迎下载精品学习资源第三章 程序块流程设计与检验3.1 A 律 PCM 编码模块3.1.1 A 律 PCM 编码规章：在 13 折线法中接受的折叠码有 8 位；其中第一位 C1 表示量化值的极性正负；后面的 7 位分为段落码和段内码两部分，用于表示量化值的确定值；其中第 24 位（ C2C4）是段落码，共计 3 位，可以表示 8 种斜率的段落；其他 4 位（ C5C8）为段内

9、码，可以表示每一段落内的16 种量化电平；段内码代表的16个量化电平是均匀划分的；所以，这7 位码总共能表示 128 种量化值；输入信号 x 后，极性码 C1 的判定方法是： x0,C1=1；段落码C2、C3、C4 的判定方法是：；段内码C5、C6、C7、C8 的判定方法是：，要留意 x 各段量化间隔不等；图 5. 段落码和段内码的编码规章3.1.2 PCM 编码流程输入信号 x 后，先判定 x 的符号， x0 时 C1=1，x0 时 C1=0；判定完符号后将信号进行归一化和量化，再进行段落判定以及段内判定，最终将C1C8输出；流程图如下输入信号 S判定符号归一化、量化3.2.A 律 PCM

10、译码模块段落判定对已经编码的信号进行译码时段，内判先断输入已经编码的码组，依据极性码的规章提取符号，判定符号位，接着再判定段落位置和段内位置，最终将译码后的结果输出，其译码流程图如下：输出输入码组 code提取符号欢迎下载精品学习资源3.3. 均匀量化编码模块在均匀量化时，设模拟抽样信号的取值范畴为ab，量化电平数是 M，就在均匀量化时的量化间隔是：；在编程时第一将抽样信号归一化： amax=maxabsa ；a_quan=a/amax；b_quan=a_quan；然后对归一化的输入信号序列进行量化：for i=1:nindex=findqi-d/2=a_quan&a_quan=qi+d/2；

11、a_quanindex=qi.*ones1,lengthindex；b_quanfinda_quan=qi=i-1.*ones1,lengthfinda_quan=qi enda_quan=a_quan*amax；nu=ceillog2n；code=zeroslengtha,nu；for i=1:lengthafor j=nu:-1:0 iffixb_quani/2j=1codei,nu-j=1；b_quani=b_quani-2j；end endend最终仍要运算出均匀量化信噪比： sqnr=20*log10norma./norma- a_quan ；欢迎下载精品学习资源第四章 程序测试4.

12、1 连接全程序5. 第一对输入的信号进行参数设定：抽样频率fs=40,dt=1/fs,t=0:dt:2,输入的正弦信号幅度不同， vm1=-70:5:0 ，这是以分贝为单位的，要将他转换为以伏特为单位的 vm=10.vm1/20 ；6. 开头画图调用各个模块的函数： PCM均匀量化编码sqnrM,zxx,zz=upcmx,M,PCM编码 y=pcm_encodesxx,PCM解码yy=pcm_decodey,v ；7. 仍要运算噪声平均功率与信号平均功率来得到信号的量化信噪比： nqm=sumx-yy.*x-yy/lengthx；sqm=meanyy.2；snrm=sqm/nqm；8. 最终将

13、原始信号波形， PCM译码后的波形，不同幅度下 PCM编码后的量化信噪比以及均匀量化的量化信噪比画出来；4.2 图形显示和噪声性能比较在 matlab 上运行主函数 pcm_e_decode.m，可得到原始信号波形， PCM译码后的波形，不同幅度下PCM编码后的量化信噪比以及均匀量化的量化信噪比的 波形图 6. 原始抽样信号（上）和PCM译码后的重建信号（下）原始抽样信号与 PCM译码后的信号都是正弦波，可以看出经过PCM译码后的重建信号与原始信号相比没有失真，译码正确；图 7. A 律 PCM 编码与均匀量化编码的量化信噪比的比较从上图可以看出：（1） 对均匀编码和非均匀编码，量化信噪比随着

14、输入信号幅度的变化而变化；（2） 在输入正弦信号幅度相同的情形下，经过A 律 13 折线近似的 PCM非均匀量化编码后的信号量化信噪比要比均匀量化编码后的信噪比小，因此，可以得出结论：非均匀量化可以有效地改善量化信噪比；欢迎下载精品学习资源第五章 总结5.1 心得体会做这个课程实际开头的时候，由于之前学的这部分内容不太记得了，有点无从下手的；重新看课本和给出的试验原理，学习了一下相关理论学问；由于之前学过相关的内 容，再次温习花的时间也不会太多；这个课程设计从开头做到完成，虽然总共花的时间并不算长，但是让我明白了无论是这次的通信原理课程设计仍是其他工程或是毕业设计，乃至今后的实习和工作中，都是

15、一个温故而知新的过程，技术的更新是特殊快速的，但是理论基础是根本，是必不行少的，只有学好基础学问才有可能谈其他创新和进展；另外在课程设计的过程中也会遇到很多困难；第一，此次设计用的设计软件是MATLAB ，由于软件编程始终是我的薄弱项，所以开头就有畏难的心情；但是通过仔细阅读老师给出的参考程序片段，上网搜寻已有的程序案例，读懂相关的程序功能，并依据实际需求作出适当修改，就能符合设计要求；其次，在程序运行的过程中也会由于子程序引用时的格式错误，使得不能编译通过，通过重新明白相关格式，仔细检查程序和向其他同学请教等方式，发觉程序中的错误；因此，很多事情不是因犯难以做到，我们才失去信 心；相反，是由

16、于我们失去信心，事情才显得困难，所以克服畏难心情，静下心来，通过努力，很多看起来困难的事情其实并不难；总体而言，这次课程设计使我受益匪浅，让我更加深化的明白了PCM 脉冲编码调制的原理，进一步学会MA TLAB 编程，对以后的学习和工作起到了确定的作用；5.2 看法和建议此次课程设计主要是学习A 律 PCM 编码的相关原理，通过MA TLAB 软件编程观看相关波形并进行分析比较，在条件答应的情形下仍可以再进行仿真，并与硬件结合，观看实际性能；这样更能综合软硬件学问，提高实际动手才能；附录：参考文献1 通信原理教程樊昌信等电子工业出版社 2021 年.2 熟知 Matlab6.5版张志涌等北京航

17、空航天高校出版社2005年.欢迎下载精品学习资源3 通信原理基于 Matlab的运算机仿真郭文彬等北京邮电高校出版社 2006年.4 通信系统建模与仿真韦岗等电子工业出版社 2007 年.附录完整程序代码：均匀量化编码： functionsqnr,a_quan,code=upcma,n amax=maxabsa ；a_quan=a/amax；%抽样值归一化b_quan=a_quan；d=2/n ；q=d.*0:n-1-n-1/2*d；%对归一化的输入信号序列进行量化for i=1:nindex=findqi-d/2=a_quan&a_quan0outi,1=1；elseouti,1=0 end

18、if absxi0 & absxi=32 & absxi=64 & absxi=128 & absxi=256 & absxi=512 & absxi=1024 & absxi=2048 & absxi=4096outi,2:8=1 1 1 1 1 1 1；elsetmp=floorabsxi-st/step；t=dec2bintmp,4-48； % 函数 dec2bin输出的是 ASCII 字符串， 48对应 0outi,5:8=t1:4；end endout=reshapeout,1,8*n；PCM译码： functionout=pcm_decodein,v%decode the inpu

19、t pcm code%in, input the pcm code 8bits sample%v, quantized level n=lengthin； in=reshape in,8,n/8；slot1=0；slot2=32；slot3=64；slot 4=128；slot5=256；slot6=512；slot7=1024；slot8=2048；step1=2 ；step2=2 ；step3=4 ；step4=8 ；step5=16 ；欢迎下载精品学习资源step6=32 ；step7=64 ；step8=128 ；for i=1:n/8ss=2*in1,i-1；tmp=in2,i*4+

20、in3,i*2+in4,i+1；st=slottmp；dt=in5,i*8+in6,i*4+in7,i*2+in8,i*steptmp+0.5*steptmp；outi=ss*st+dt/4096*v；end主程序中：figure1for k=1:lengthvm for m=1:2x=vmk*sin2*pi*4*t+2*pi*rand1；sqnrM,zxx,zz=upcmx,M；%PCM均匀量化编码srmm=sqnrM；v=vmk ；xx=x/v；%normalize sxx=floorxx*4096；y=pcm_encodesxx； %PCM 编码yy=pcm_decodey,v； %PC

21、M解码nqm=sumx-yy.*x-yy/lengthx； % 噪声平均功率sqm=meanyy.2；%信号平均功率snrm=sqm/nqm；%信号量化信噪比usnrqk=meansrm ；snrqk=10*log10meansnr；%量化信噪比end版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理；版权为潘宏亮个人全部This article includes some parts, including text,pictures, and design. Copyright is Pan Hongliangs personalownership.用户可将本文的内容或服务用于个

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