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基于MATLAB的PCM系统仿真设计与实现.pdf
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通信系统仿真设计实训报告
1.
课题名称:
基于 MATLAB 的 PCM 系统仿真设计与实现
学生学号:
学生姓名:
所在班级:
任课教师:
2016 年 10 月 25 日
目录
1.PCM技术的产生和发展 ,,,,,,,,,,,,,, (3)
2 课题设计内容 ,,,,,,,,,,,,,,,,,, (4)
3 PCM 基本原理 ,,,,,,,,,,,,,,,,,, (4)
3.1 抽样 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,, (4)
3.2 量化 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,, (4)
3.3 编码 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,, (7)
3.4 时分多路复用 ,,,,,,,,,,,,,,, (9)
4 PCM 系统仿真电路设计
,,,,,,,,,,,, (10)
4.1 总体设计思想 ,,,,,,,,,,,,,,, (10)
4.2 各模块的设计和仿真图形分析 ,,,,,,,,, (10)
4.2.1 PCM 编码模块设计 ,,,,,,,,,,,, (10)
4.2.2 PCM 解码模块设计 ,,,,,,,,,,,, (14)
4.2.3 PCM 系统总体模块 ,,,,,,,,,,,, (15)
5 结 论 ,,
,,,,,,,,,,,,,,,,,,, (17)
6 参 考 文 献 ,,,,,,,,,,,,,,,,,, (18)
1.PCM技术的产生和发展
脉冲编码调制,由 A. 里弗斯于 1937 年提出的,这一概念为数字通信奠定了基础,
60 年代它开始应用于市内电话网以扩充容量, 使已有音频电缆的大部分芯线的传输容量
扩大 24~48 倍。到 70 年代中、末期,各国相继把脉码调制成功地应用于同轴电缆通信、
微波接力通信、卫星通信和光纤通信等中、大容量传输系统。 80 年代初,脉码调制已用
于市话中继传输和大容量干线传输以及数字程控交换机,并在用户话机中采用。
在光纤通信系统中,光纤中传输的是二进制光脉冲“ 0 码”和“ 1 码”,它由二进
制数字信号对光源进行通断调制而产生。而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。这种
电的数字信号称为数字基地信号,由 PCM电端机产生,现在的数字传输系统都是采用脉
冲编码调制( pulse code modulation )体制。 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。 PCM有两种标准(表现形式)即
T1 和 E1。中国采用的是欧洲的 E1 标准。 T1的速率是 1.544Mbit/s ,E1 的速率是
2.048Mbit/s 。脉冲编码调制可以向用户提供多种业务,既可以提供从 2M到 155M
速率的数字数据专线业务,也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。
特别适用于对数据传输速率要求较高,需要更高带宽的用户使用。
脉冲编码调制是 70 年代末法杖起来的,记录媒体之一的 CD,80 年代初由飞利浦和
索尼公司共同推出。脉冲编码调制的音频格式也是被 DVD-A所采用,它支持立体声和 5.1
环绕声, 1999 年由 DVD讨论会发布和推出的。脉冲编码调制的比特率,从 14-bit 发展
到 16-bit 、18-bit 、20-bit 直到 24-bit ;采样频率从 44.1kHz 发展到 192kHz。PCM脉
冲编码调制这项技术可以改善和提高的方面则越来越小。 只是简单的增加 PCM脉冲编码
调制比特率和采样率,不能根本的改变它的根本问题。其原因是 PCM的主要问题在于:
(1) 任何脉冲编码调制数字音频系统需要在其输入端设置急剧升降的滤波器,仅让
20Hz-22.05Hz 的频率通过(高端 22.05kHz 是由于 CD44.1kHz的一半频率而确
定)。
(2) 在录音时采用多级或者串联抽选的数字滤波器(减低采样频率),在重放时采
用多级的内插的数字滤波器(提高采样频率),为了控制小信号在编码时的失
真,两者又都需要加入重复定量噪声。这样就限制了 PCM技术在音频还原时的
保真度。
为了全面改善脉冲编码调制数字音频技术,获得更好的声音质量,就需要有
新的技术来替换。飞利浦和索尼公司再次联手,共同推出一种称为直接流数字编
码技术 DSD的格式,其记录媒体为超级音频 CD即 SACD,支持立体声和 5.1 环绕声。
DSD是 PCM脉冲编码调制的进化版。
2 课题设计内容
本设计研究的内容是利用 MATLAB集成环境下的 Simulink 仿真平台, 设计一个 PCM
通信系统。 PCM系统主要包括模拟信号的数字化、信道传输和数字信号还原模拟信号三
部分,最后用示波器观察输入信号和输出信号的波形,加上含有噪声的信道,最后运行
结果并通过波形来分析该系统的性能。
本设计的研究目的是在学习通信原理基本原理基础上, 学习 PCM调制解调方法; 掌
握脉冲编码调制技术特点;熟悉 MATLAB软件的相关知识;并能够运用 MATLAB软件工
具对 PCM系统进行辅助设计和仿真。
3 PCM 基本原理
3.1 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。在一个频带限制在( 0,f h)
内的时间连续信号 f (t ),如果以 1/2 f h 的时间间隔对它进行抽样,那么根据这些抽
样值就能完全恢复原信号。或者说,如果一个连续信号 f(t )的频谱中最高频率不超过
f h ,当抽样频率 f S ≥2 f h 时,抽样后的信号就包含原连续的全部信息。这就是抽样
定理。
3.2 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 3.1 所示量化器 Q输出 L 个量化值
k
y
,k=1,2,3,, , L。
k
y
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
k
x 与
1k
x 之间时,量化器输出电
平为
k
y
。这个量化过程可以表达为:
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jishuyh
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