基于 MATLAB 的 PCM 仿真
【摘 要】本文的主要内容是对脉冲编码调制系统用 MATLAB 软件进行计
算机仿真。通过编程,对含有脉冲编码系统的 PCM 通信系统进行了建模,并以
此为基础,进行线性 PCM 与对数 PCM 的性能比较。
【关键词】脉冲编码调制; 均匀量化;非均匀量化; 线性;非线性;MATLAB
0.引言
20 世纪 70 年代后期,超大规模集成电路的脉冲编码调制( PCM)编、解码
器的出现,使 PCM 在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中得到越来越广泛的
应用。因此, PCM 已经成为数字通信中一门十分重要的技术。 PCM 也是通信工
程专业学生必修的部分。 学生可以通过该系统的实验, 加深线性编码和非线性编
码等概念的理解,进一步掌握有关数字通信系统性能的分析方法和基本研究方
法。
1.Matlab 简介
MATLAB 是矩阵实验室( Matrix Laboratory)的简称,是美国 MathWorks
公司出品的商业数学软件, 用于算法开发、 数据可视化、 数据分析以及数值计算
的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括 MATLAB 和 Simulink 两大部分,
它将数值分析、 矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等
诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中, 为科学研究、 工程设计以及必
须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案, 并在很大程度
上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如 C、Fortran)的编辑模式,代表了当今
国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB 和 Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。它在数学类科技应
用软件中在数值计算方面首屈一指。 MATLAB 可以进行矩阵运算、绘制函数和
数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程
计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析
等领域。
2.脉冲编码调制( PCM)基本原理
脉冲编码调制 (PCM)概念是 1937 年由法国工程师 Alec Reeres最早提出来
的。 1946 年美国 Bell 实验室实现了第一台 PCM 数字电话终端机。 1962 年后,
晶体管 PCM 终端机大量应用于市话网中局间中继线,使市话电缆传输电话路数
扩大 24-30 倍。70 年代后期,超大规模集成电路的 PCM 编、解码器的出现,使
PCM 在光纤通信、 数字微波通信、 卫星通信中获得了更广泛的应用。 因此,PCM
已经成为数字通信中一个十分基本的问题。
脉冲编码调制简称脉码调制, 它是一种将模拟语音信号变化成数字信号的编
码方式。脉码调制的过程如图 2 所示。
PCM 主要包括抽样、量化与编码三个过程。抽样是把连续时间模拟信号转
换成离散时间连续幅度的抽样信号; 量化是把离散时间连续幅度的抽样信号转换
成离散时间离散幅度的数字信号; 编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码
组输出。国际标准化的 PCM 码组(电话语音)是八位码组代表一个抽样值。从
通信中的调制概念来看,可以认为 PCM 编码过程是模拟信号调制一个二进制脉
冲序列,载波是脉冲序列,调制改变脉冲序列的有无或 “1”、“0”,所以 PCM 成
为脉冲编码调制。