PCM_编译码器设计及应用课程设计.doc

1 一、摘要脉冲编码调制( 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。运用 Matla b 软件仿真来实现 PCM 编解码芯片的部分功能,从而完成整个电路设计上的编解码,设计简单,灵活方便。本文介绍用 Matlab 的Simulink 来仿真实现 PCM 编解码器的方法和过程,采用 Matlab 通信仿真软件对应用于无线信道中的数字通信方式和主要通信过程的实际情况进行计算机模拟仿真。主要通信过程为采样、量化、编码、调制解调等,为建立实际通信系统提供了实验仿真。二、关键字:PCM 、编译码、动态仿真三、引言随着电子技术和计算机技术的发展,仿真技术得到了广泛的应用。基于信号的用于通信系统的动态仿真软件 simulink 具有强大的功能,可以满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用,形成多层系统,使系统设计更加简洁明了,便于完成复杂系统的设计。 simulink 具有良好的交互界面,通过分析窗口和示波器模拟等方法,提供了一个可视的仿真过程,不仅在工程上得到应用,在教学领域也得到认可,尤其在信号分析、通信系统等领域。其可以实现复杂的模拟、数字及数模混合电路及各种速率系统。本文主要阐述了如何利用 simulink 实现脉冲编码调制( PCM ) 。系统的实现通过模块分层实现,模块主要由 PCM 编码模块、 PCM 译码模块、及逻辑时钟控制信号构成。通过仿真设计电路,分析电路仿真结果,为最终硬件实现提供理论依据。四、系统介绍 1、 PCM 简介现在的数字传输系统都是采用脉码调制( Pulse Code Modulation )体制。 2 PCM 最初并非传输计算机数据用的,而是使交换机之间有一条中继线不是只传送一条电话信号。随着大规模集成电路的飞速发展,话路滤波器和 PCM 编码器已可集成在同一芯片上, 这使 PCM 在光纤通信, 数字微波通信, 卫星通信等数字通信领域中获得了更广泛的应用。然而在某些需要 PCM 编码器的实际应用中, 如数字交换机中的信号音的产生和实现, 单靠 PCM 编解码芯片来完成整个编解码功能, 在电路设计和实现上都显得烦琐和笨拙, 相反如果运用软件方法来实现 PCM 编解码芯片的部分功能并与 PCM 编解码芯片相结合来共同完成整个电路设计上的编解码, 不仅设计简单, 灵活方便, 而且往往可以达到事半功倍的结果。在现代通信系统中以 PCM 为代表的编码调制技术被广泛应用于模拟信号的数字传输。PCM 的主要优点是:抗干扰能力强; 失真小;传输特性稳定, 尤其是远距离信号再生中继时噪声不累积,而且可以采用压缩编码、纠错编码和保密编码等来提高系统的有效性、可靠性和保密性。另外, PCM 还可以在一个信道上将多路信号进行时分复用传输。所以,在未来的很长一段时间内,PCM 在通信系统中都会起着很大的作用。 2 、脉冲编码调制( PCM )原理 PCM 即脉冲编码调制,在通信系统中完成将语音信号数字化功能。PCM 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。ITT 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 编码示意图如下图示。 PCM 信号 3 模拟信号输出输入冲激脉冲干扰模拟信号输出 PCM 信号输入 3、 PCM 中抽样、量化、编码原理 、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。 、量化量化从数学上来看,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。如图下图所示,量化器 Q 输出 L 个量化值 y k,k=1 ,2,3,…,L。y k 常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度 x落在 x k与 x k+1之间时,量化器输出电平为 y k。这个量化过程可以表达为: y= Q(x)=Q {x k<x≤x k+1} =y k,( k=1,2, 3, …., L) 这里 x k称为分层电平或判决阈值。通常 kkkxx????1称为量化间隔。)( kT m )( kT m q 抽样保持低通滤波量化器信道译码器低通滤波编码器量化器 4 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 m(t)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