实验二：PCM系统仿真
基于Matlab的脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真
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；（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，ΔM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）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6）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 (I)Abstract............................................................................................................................................................... I I1 绪论 (1)2 PCM脉冲编码原理 (2)2.1 模拟信号的抽样及频谱分析 (2)2.1.1 信号的采样 (2)2.1.2 抽样定理 (2)2.1.3 采样信号的频谱分析 (3)2.2 量化 (3)2.2.1 量化的定义 (3)2.2.2 量化的分类 (4)2.2.3 MATLAB的A律13折线量化 (10)2.3 PCM编码 (10)2.3.1 编码的定义 (10)2.3.2 码型的选择 (11)2.3.3 ＰＣM脉冲编码的原理 (11)3 PCM的MA TLAB实现 (13)3.1 PCM抽样的MATLAB实现 (13)3.2 PCM量化的MATLAB实现 (16)3.2.1 PCM均匀量化的MATLAB实现 (16)3.2.2 PCM A律非均匀量化的MATLAB实现 (18)3.3 PCM A律13折线编码的MATLAB实现 (20)4结果分析及总结 (23)参考文献 (24)。
PCM通信系统的仿真与实现
课程设计报告课程名称：专业综合课程设计学生姓名：学号：专业班级：指导教师：完成时间：报告成绩：摘要本课题是PCM通信系统的仿真与实现，根据原理框图设计出了电路图，实现了对PCM编译码电路的设计，采用SystemView 软件对其进行仿真，得到了所需要的仿真结果，并达到了预期的仿真效果，得出了相关波形。
SystemView 仿真软件可以实现多层次的通信系统仿真。
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。
利用SystemView 实现脉冲编码调制(PCM)仿真，可以为硬件电路实现提供理论依据。
本次课程设计将通过仿真展示PCM编码实现的设计思路及具体过程，并加以进行分析。
关键词: PCM ；通信系统； SystemViewAbstractThis topic is PCM communication system simulation and implementation, according to the principle diagram to design the circuit diagram, implementation of PCM encoding decoding circuit design, use SystemView software carries on the simulation, the need of the simulation results, and achieved the desired effect of the simulation, the relevant waveform is obtained.SystemView simulation software can realize the multi-level communication system simulation. Pulse code modulation (PCM) is a modern important encoding digital voice communication. Use SystemView realize simulation of pulse code modulation (PCM) can provide theoretical basis for the hardware circuit implementation. This course design will show through the simulation design ideas and specific process of PCM encoding implementation, and analysis.Keywords: PCM ；communication system；SystemView目录第一章绪论 (1)1.1 课程设计任务与目的 (1)1.1.1 任务： (1)1.1.2 目的： (1)1.1.3 课程设计要求 (1)1.2 设计方案 (1)第二章理论基础 (3)2.1 PCM系统结构 (3)2.2 PCM调制原理 (3)2.2.1 抽样 (3)2.2.2 量化 (3)2.2.3 编码 (5)第三章硬件设计 (8)3.1晶振-分频器1 (8)3.2分频器2 (9)3.3 帧同步信号产生器 (9)3.4 PCM编译码器 (10)第四章软件设计 (11)4.1 SystemView的简介 (11)4.2仿真电路模块 (11)4.2.1 信号源子系统 (12)4.2.2 编码器模块 (12)4.2.3 译码器模块 (13)4.3 仿真结果 (14)结论 (16)参考文献 (17)致谢 (18)附录 PCM编码器的电路图 (19)第一章绪论1.1 课程设计任务与目的1.1.1 任务：PCM是现代语言通信中数字化的重要编码方式。
PCM系统仿真实验报告
PCM编解码及语音传输系统的仿真一、概述基带通信概述图2-1 基带传输系统的基本结构脉冲编码调制脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM)是概念上最简单、理论上最完善的编码系统，是最早研制成功、使用最为广泛的编码系统，但也是数据量最大的编码系统。
PCM 的编码原理比较直观和简单，下图为 PCM 系统的原理框图：图中，输入的模拟信号 m(t)经抽样、量化、编码后变成了数字信号(PCM 信号)，经信道传输到达接收端，由译码器恢复出抽样值序列，再由低通滤波器滤出模拟基带信号 m(t)。
通常，将量化与编码的组合称为模/数变换器（A/D 变换器)；而译码与低通滤波的组合称为数/模变换器(D/A 变换器)。
前者完成由模拟信号到数字信号的变换，后者则相反，即完成数字信号到模拟信号的变换。
PCM 在通信系统中完成将语音信号数字化功能，它的实现主要包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。
分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。
根据 CCITT 的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为 A 律和μ律方式，我国采用了 A 律方式，由于 A 律压缩实现复杂，常使用 13 折线法编码,采用非均匀量化 PCM 编码。
二、PCM的基本原理①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。
②量化量化，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。
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。
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。
如下图所示，量化器输出L个量化值 Yk ，k=1，2，3，…，L。
PCM编码与解码仿真实验报告
实验六：PCM编码与解码仿真一、实验目的1.掌握PCM的编码原理和Matlab Simulink仿真方法2.掌握PCM的解码原理和Matlab Simulink仿真方法二、实验原理1.PCM编码和解码原理详细见教材介绍三、实验内容和步骤1. PCM编码器电路设计13折线近似的PCM编码器测试模型和仿真结果1.仿真框图中各部分的简介以Constant作为数字信号源，产生一个恒定的数字脉冲信号；Gain1作为一个线性变换器将输入的绝对值不大于2048的数据变换为{-1,1}的区间之内，保证输入的信号满足A律压缩器的要求；以Saturation作为限幅器，将输入信号幅度值限制在PCM编码的定义范围内，以A-Law Compressor作压缩器，Relay模块的门限值设置为0，其输出即可作为PCM编码输出的最高位——极性码。
样值取绝对值后，用增益模块将样值放大到0-127，然后用间隔为1的Quantizer进行四舍五入取整，最后将整数编码为7位二进制序列，作为PCM编码的低7位。
可以将上图中Constant和Display（不含）之间的模块封装一个PCM编码子系统备用。
其中各部分参数设置：Constant：Gain1：Saturation：Abs：A-Law Compressor：Gain：Quantizer：Interger toBit Converter Display：Relay：问题1.1：对Constant输入值进行测试，试输入：0、-1、12、1070、2048、5000、-5000，检测输出结果，验证此编码模型是否正确？并说明原因。
（2）将该系统进行封装：封装之后的PCM编码子系统2. PCM解码器电路设计PCM解码器中首先分离并行数据中的最高位（极性码）和7位数据，然后将7位数据转换为整数值，再进行归一化，扩张后与双极性的极性码相乘得出解码值。
可以将该模型中In1Out1右端和Display左端的部分封装为一个PCM解码子系统备用。
pcm编码与解码仿真实验报告
pcm编码与解码仿真实验报告1. 了解PCM编码与解码的原理和方法；2. 能够用MATLAB仿真实现PCM编码与解码；3. 通过实验，验证PCM编码与解码的正确性和有效性。
实验仪器：计算机、MATLAB软件实验原理：PCM（Pulse Code Modulation）是一种常用的数字音频编码方法，将模拟音频信号转换为数字化的离散信号。
PCM编码过程包括采样（Sampling）、量化（Quantization）、编码（Coding）三个步骤。
PCM解码过程包括解码（Decoding）、重构（Reconstruction）两个步骤。
1. 采样：根据采样定理，将模拟音频信号在时间上等间隔地采样，得到一系列采样值。
2. 量化：将采样值按一定的量化步长进行近似，将连续的采样值转换成离散的量化值，从而减小数据量。
3. 编码：将量化值通过编码方式表示成二进制码字，用于数字信号传输和存储。
解码过程与编码过程相反：1. 解码：将编码后的二进制码字还原成量化值；2. 重构：通过量化值重构出原始的模拟音频信号。
实验步骤：1. 准备音频信号文件，利用MATLAB读取音频数据。
2. 对音频数据进行采样、量化、编码处理，得到PCM编码结果，保存为文件。
3. 对PCM编码结果进行解码、重构处理，得到还原的音频信号，保存为文件。
4. 播放原始音频文件和还原的音频文件，对比音质差异。
实验结果与讨论：经过实验，得到了PCM编码与解码的结果。
对比原始音频信号和还原的音频信号，可以发现在一定误差范围内，还原的音频信号与原始音频信号基本一致。
这说明PCM编码与解码是可行的，能够有效地压缩音频数据，并能够进行可靠的还原。
实验结论：PCM编码与解码是一种常用的数字音频处理方法，在实验中取得了有效的编码和解码结果。
实验验证了PCM编码与解码的正确性和可行性，为音频信号的数字化处理提供了理论基础和实际应用支持。
PCM编码及解码的仿真
PCM 编码及解码的仿真1. 仿真原理及思路在PCM 中，对模拟信号进行抽样、量化，将量化的信号电平值转化为对应的二进制码组的过程称为编码，其逆过程称为译码或解码。
从理论上看，任何一个可逆的二进制码组均可用于PCM 。
但是目前最常见的二进制码有三类：二进制自然码（NBC ）、折叠二进制码组（FBC ）、格雷二进制码（RBC ）。
在PCM 中实际采用的是折叠二进制码。
图1 A 律13折线由表1可见，如果把16个量化级分成两部分：0～7的8个量化级对于于负极性样值脉冲，8～15的8个量化级对应于正极性样值脉冲。
自然二进制码就是一般的十进制正整数的二进制表示，在16个量化级中：4216=，采用4位码元表示为：312b =、222b =、132b =、042b =的有无组合来构成。
比如第11个量化级可表示为3101120228021=+++=+++其对应的码组可表示为：1011，其余依次类推。
本程序中采用自然码的编码方式。
样值脉冲极性 量化级自然二进制码 b 1 b 2 b 3 b 4 折叠二进制码 b 1 b 2 b 3 b 4 格雷码b 1 b 2 b 3 b 4正极性部分15 14 13 12 11 10 9 8 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 11 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0CCITT 建议的PCM 编码规则,电话语音信号的频带为300～3400Hz ，抽样速率为8s f kHz =，对每个抽样值进行A 律或者μ律对数压缩非均匀量化及非线性编码，每个样值用八位二进制代码表示，这样，每路标准话路的比特率为64kbps 。
基于MATLAB的PCM系统仿真设计
PCM系统Simulink框图的设计
PCM系统抽样、量化、编码的仿真框图设计一、系统的框图
图1 系统的总体框图
二、抽样
抽样仿真框图及波形
图2 PCM系统抽样仿真框图
图3 PCM系统抽样系统波形三、量化
量化仿真框图及波形
图4 PCM系统量化及A律压缩框图
图5 PCM系统量化及A律压缩波形四、编码
PCM系统编码框图及波形
图6 PCM系统编码框图
图7 PCM系统编码波形
五、总结
1.抽样到量化之间要对负半轴的波形变换到正半轴。
2.要对取绝对值的波形在量化阶段进行A律压缩。
3.对信号的量化及压缩过程根据需要进行信号的增益。
4.编码阶段的参数设置：有符号的为8位码、无符号的为7位码。
设计报告--002---PCM编解码器的SIMULINK建模仿真
PCM编解码器的SIMULINK建模仿真一．PCM编码设计一个13折线近似的PCM编码器模型，使它能够对取值在[-1,1]内的归一化信号样值进行编码。
测试模型和仿真结果如图2-1所示，示波器输出波形如图2-1所示。
其中Saturation作为限幅器，将输入信号幅度值限制在PCM编码的定义范围内，Relay 模块的门限设置为0，其输出即可作为PCM编码输出的最高位---极性码。
样值取绝对值后，以Look_Up Table模块进行13折线压缩，并用增益模块将样值范围放大到0～127，然后用间距为1的Quantizer进行四舍五入取整，最后将整数编码为7位二进制序列，作为PCM编码的低7位。
可以将该模型中虚线所围部分分装为一个PCM编码子系统备用。
分析：.PCM编码模块是利用13折线压缩进行的编码，运用增益模块和Quantizer 进行取整，最后将整数编码为7位二进制序列，作为PCM编码的低7位，而Relay的输出作为编码的高位，所以进行模块整合后，正好输出8位，constant 参数设置不同，编码结果就会不同。
图2-1 13折线近似的PCM编码器测试模型和仿真结果二．PCM解码设计并测试一个对应于以上编码器的PCM解码器。
测试模型和仿真结果如图2-2所示，其中PCM编码子系统就是图2-1中的部分，如图2-3所示。
PCM解码器中首先分离并进行数据中的最高位（极性码）和7位数据，然后将7位数据转换为整数值，再进行归一化、扩张后与双极性的极性码相乘得出解码值。
图2-2 13折线近似的PCM解码器测试模型和仿真结果图2-3 13段折线A律PCM编码器分析：PCM解码是编码的逆过程，所以在模块中要加入编码好的子模块，解码器首先分离最高位和7位数据，再将7位数据进行归一化、扩张等得出解码值。
三．P CM传输在以上两个结论的基础上，建立PCM串行传输模型，并在传输信道中加入指定错误概率的随机误码。
仿真模型如图2-4所示，其中PCM编码和解码子系统内部结构参见图2-5。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验二：PCM系统仿真
一、实验目的：
1、掌握脉冲编码调制原理；
2、理解量化级数、量化方法与量化信噪比的关系。
3、理解非均匀量化的优点。
二、实验内容：
1、对模拟信号进行抽样和均匀量化，改变量化级数和信号大小，根据MATLAB仿真获得量化误差和量化信噪比。
(必做)
2、对模拟信号进行抽样、A律压缩量化，改变量化级数和信号大小，根据MATLAB仿真获得量化误差和量化信噪比。
(选做)
3、对抽样值进行A律13折线编码。
(选做)
三、实验步骤
1、均匀量化(必做)
1) 产生一个周期的正弦波x(t) = cos (2 * pi *t )，以1000Hz频率进行采样，并进行8级均匀量化，用plot函数在同一张图上绘出原信号和量化后的信号。
(保存为图2-1)
2) 以32Hz的抽样频率对x(t)进行抽样，并进行8级均匀量化。
绘出正弦波波形(用plot函数)、样值图，量化后的样值图、量化误差图(后三个用stem函数)。
(保存为图2-2)
3) 以2000Hz对x(t)进行采样，改变量化级数，分别仿真得到编码位数为2～8位时的量化信噪比，绘出量化信噪比随编码位数变化的曲线。
另外绘出理论的量化信噪比曲线进行比较。
(保存为图2-3)
4)在编码位数为8和12时采用均匀量化，在输入信号衰减为0～50 dB时，以均匀间隔5 dB仿真得到均匀量化的量化信噪比，绘出量化信噪比随信号衰减变化的图形。
注意，输入信号减小时，量化范围不变；抽样频率为2000 Hz。
(保存为图2-3-2)
2) 在编码位数为8和12时均匀量化、编码位数为8时A律压扩量化，在输入信号衰减为0～50dB 时，以均匀间隔5dB仿真得到量化信噪比，绘出量化信噪比随信号衰减变化的图形。
另外绘出8和12位编码时采用均匀量化的理论量化信噪比曲线进行比较。
注意，输入信号减小时，量化范围不变；抽样频率为2000Hz。
(保存为图2-5)
二、实验思考题：
1、图2-3表明均匀量化信噪比与量化级数(或编码位数)的关系是怎样的？
答：量化信噪比随着量化级数的增加而提高，当量化级数较小是不能满足通信质量的要求
2、分析图2-5，A律压缩量化相比均匀量化的优势是什么？(选做)
答：量化信噪比随着量化级数的增加而提高，当量化级数较小是不能满足通信质量的要求源程序：。