移动通信实训报告

课程设计（大作业）报告

课程名称：移动通信

设计题目：语音通信中的PCM编码、解码及其QPSK调制与解调院系：自动控制与机械控制学院

班级：2015级通信工程班

设计者：余雪慧、张海莹、施雁灵

学号：150419410036、150419410037、150419410029

指导教师：余文婕

设计时间：2018年1月

昆明学院课程设计（大作业）任务书

摘要

本报告包含了PCM 编码与解码、QPSK调制与解调两个部分，其中PCM 编码与解码用Matlab和Simulink两种方式仿真，QPSK调制与解调用Simulink仿真。详细的描述了仿真的方法、Simulink各模块的参数设置、示波器的显示波形。

关键词:PCM 编码与解码、QPSK调制与解调、Matlab、Simulink。

课题一PCM 编码与解码

一.课程设计的目的

通过本次课程设计的学习我们不仅要能够加深对在课堂中的理论知识的理解并且巩固理论课上所学的有关PCM编码和译码的基本的概念、理论和方法。利用Matlab 软件平台运行，对模块进行调试、仿真和分析。通过这些过程不但可以能锻炼我们发现问题、分析问题和解决问题的能力，而且还能够通过实验学习和掌握到书本中不能学习到的实践知识和经验。并且能够通过实验验证一些基本的简单的理论，为以后自己学习工作积累充分的实践知识和经验。

二.课程设计的内容

在本次课程设计中利用Matlab软件集成环境下的Simulink仿真平台和Matlab平台，通过理论分析，设计一个 PCM编译码系统.用示波器观察编码与译码前后的结果，即在示波器上信号波形，结合理论分析验证结果的正确性。

三.基本原理

（一）、PCM原理

数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM （Pulse-code modulation），即脉冲编码调制。PCM是实现语音信号数字化的一种方法，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。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。PCM系统的原理框图简要介绍。原理框图如图1-1所示

m (t)

A/D 转换 D/A 转换

图1-1

图1-1中，输入的模拟信号经抽样、量化、编码后变换成数字信号，经信道

传送到接收端的译码器，由译码器还原出抽样值，再经低通滤波器滤出模拟信号。其中，量化与编码的组合通常称为A/D 变换器; 而译码与低通滤波的组合称为D/A 变换。

PCM 的工作包括：抽样，量化，编码。下面分别对它们进行介绍一下： 1、抽样：把连续信号变为时间轴上离散的信号过程称为抽样抽样必须遵守奈奎斯特抽样定理。离散信号才可以完全代替连续信号。

2、量化：量化是把幅度连续变化的模拟量变成用有限为二进制数字量的过程。量化分为均匀量化和非均匀量化由于均匀量化的缺点所以实际中往往用非均匀量化。在实际中使用的是两种对数形式的压缩特性：A 律和U 律， U 律PCM 用于北美和日本，A 律PCM 用于欧洲和我国，由于A 律压缩实现复杂，常使用13折线法编码。

3、编码：编码就是把两户后的信号变换成代码，其反过程就 成为译码。在现有的编码方法中，若安编码的速度来分，分为：低速编码和高速编码。

四、总体设计和仿真结果分析

在PCM 编解码的仿真中，可以用Matlab 软件集成环境下的Simulink 仿真平台和Matlab 平台来实现、下面将分两部分来说明。

（一） 基于Matlab 平台的实现

1.A 律PCM 编码器的实现

A 律13 折线PCM 编码器的算法是:

将取样值在[-1，+1]内的取样值x 编码为8 位 2 进制码y1,y2,y3,y4,y5,y6,y7,y8.其中，y1为极性码，y2，y3,y4 为段落码，y5，y6,y7,y8 为段内码。

(1)判断样值x 值是正还是负，从而决定极性y1的取值。若x< 0 则y1=0,否则y1= 1。

(2) 对x 取绝对值，并将区间[0,1]划分为8 段，从小到大这8 段的起始点分别是: 0,1/128,164,132,1/16,1/8,1/4，1/ 2,1。例如，第0 段的起始点是0,终止点是1/128,第4段是起始1/16.终1点是1/8.如果|x| 落某段区间内，在该段区间的段编号就形成段落码y2 y3 y4。

(3) 将各段分别均匀地划分为16份，对应各份序号编为4位二进制码，映射为段内码，4y 5v6y7.若x|落在某段中的第n 份中，则数n 的4 似二进制表示就形成段内码y4 y5 y6 y7。

例如:将样值x=-0.426314 编为PCM 13 段折线码。

PCM 13 折线编的种Matlab实现

function y=pcmcoding(x)

%pcm 13折线编码

%x为标量或行向量1行N列

%y输出为8行N列的列向量，为pcm编码输出

%初始化

y1(1,length(x))=0;y2(1,length(x))=0;

y3(1,length(x))=0;y4(1,length(x))=0;

y5(1,length(x))=0;y6(1,length(x))=0;

y7(1,length(x))=0;y8(1,length(x))=0;

y1=(x>=0);%极性码编码

x=abs(x);%样值求绝对值

x=x.*(x<1)+(x>=1).*0.9999;%限幅，避免样值的绝对值大于1的情况

y2=(x>=1/64);%段落码的首位

y3=(x>=1/64&x<1/16)|(x>=1/4);%段落码的第一位

y4=(x>=1/128&x<1/64)|(x>=1/32&x<1/16)|(x>=1/8&x<1/4)|(x>=1/2);%

段落码的第二位

duanhao=y2*4+y3*2+y4;%计算段号

duanstartpoint=1./(2.^(8-duanhao));%根据段号计算段落起始点duanendpoint=2*duanstartpoint;%以及段落终点

qishiduan=1-(duanstartpoint==1/256);

duanstartpoint=duanstartpoint.*qishiduan;%第0段的段落起始点为0 duanneijianju=(duanendpoint-duanstartpoint)/16;%计算段内间距x=(x-duanstartpoint)./duanneijianju;%段内编码

x=floor(x);%量化取整

y8=(floor(x./2)~=x./2);%将X变换为4位二进制码

x=floor(x);

y7=(floor(x./2)~=x./2);

x=floor(x);

y6=(floor(x./2)~=x./2);

x=floor(x);

y5=(floor(x./2)~=x./2);

y=[y1;y2;y3;y4;y5;y6;y7;y8];

仿真结果

（a）当输入x=-0.426314时输出结果如图1-2所示

图1-2

（b）当输入x=[0.1,0.3,0.0554,-0.25]时输出结果如图1-3所示：

图1-3

2.A 律PCM 解码器的实现

首先，x是负的，因此y1=0;

(1) x1=0.426314在区间[1/4,1/2]内，而[1/4,12]为第6段，6的进制码为110.

(2)因此段落马y2y3y 4= 110。将[1/4，1/2]分为16 份，每份长度为:

(3) 将[1/4，1/2]分为16 份，每份长度为:

L= (该段终止点-该段起始点) /16= (12-14) /16=1/64

因为|x|减去段起始点1/4 后，再除以每份长度L=I /64 就得到了x |

所在的份数位置，即:

(|x 1-1/4) 1/64=(0.426314-0.25)/1/64=11.2841

取整后，得到|x|所属份数为11,编为 4 位二进制码为1011.即段内马为

y5y6y7y8 1011.

(4)综合前三步，得到x=-0.426314 的PCM 段折线编码为:y1y2y3y4y5y6y7y8=01101011。

(5) 对编码结果y1y2y3y4y5y6y7y8=01101011进行解码，由y1=0 得到样值为负。有段落码y2y3y4=110 得到段落区间为[1/4,12]，段落16 份每份长度为L=164。段落起始点为1/4。

(6) 由段内码y5y6y7y8=1011得到样值属于(1011) 2=11份，于是解码值为: x1=-1* (1/4+1/64*11) =-0.4219

解码误差为: e= lx-x 1|=0.0044即为单样值的量化噪声。

function x=pcmcoding(y)

%pcm 13折线解码

%y输出为8行N列的列向量，为pcm编码输出

%返回x为-1到1之间的序列1行N列

y1=y(1,:);y2=y(2,:);y3=y(3,:);y4=y(4,:);

y5=y(5,:);y6=y(6,:);y7=y(7,:);y8=y(8,:);

clear y;%节约内存

duanhao=y2*4+y3*2+y4;%计算段号

duanstartpoint=1./(2.^(8-duanhao));%段落终点

duannedpoint=2*duanstartpoint;

qishiduan=1-(duanstartpoint==1/256);%第0段的起点为0

duanstartpoint=duanstartpoint.*qishiduan;

duanneijianju=(duannedpoint-duanstartpoint)/16;%计算段内间距duanneima=y5*8+y6*4+y7*2+y8;%计算段内码的十进制值

x=duanstartpoint+duanneima.*duanneijianju;%解码y1=2*y1-1;%变y1为双极性

x=x.*y1;%极性解码

仿真结果

图1-4

（二）、基于Simulink平台的实现

1.PCM编码

运用Simulink仿真A律13折线编码器如下图1-5所示

图1-5 PCM 编码

具体参数设置如下：

图1-6 Saturation 参数设置

图1-8 Quantizer参数设置

图1-7 A-Law Compressor 参数设置

图1-8 Quantizer参数设置

图1-8 Integer to bit converter 参数设置

1.PCM解码

运用Simulink仿真A律13折线解码器如下图1-9所示

图1-9 PCM解码

图1-9中子系统由PCM解码器封装而成，如图1-10所示：

图1-10 Subsystem

具体参数设置如下：

图1-11 Bit to Integer Converter 参数设置

图1-12 Gain 参数设置

课题二QPSK调制与解调

一、课程设计的目的

通过利用MATLAB 软件SUMLINK 实现QPSK 通信系统的仿真，完成了QPSK 通信系统的调制解调过程的仿真实现。

二、课程设计的内容

(1)研究QPSK 的调制原理和解调原理;

(2)分析QPSK 的调制解调过程;

(3) 利用SUMULINK 设计QPSK 调制和解调仿真模型。

三、基本原理