脉冲编码调制pcm系统设计与仿真

脉冲编码调制p c m系统

设计与仿真

Last updated at 10:00 am on 25th December 2020

脉冲编码调制(P C M)系统设计与仿真摘要 : 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。通过仿真展示了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 编译码

1、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SystemView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，并且提供了嵌入式的模块分析方法，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。

SystemView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，并提供了内容丰富的基本库和专业库。本文主要阐述了如何利用SystemView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。

2、系统介绍

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。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 编码示意图见图1。

下面将介绍PCM 编码中抽样、量化及编码的原理：

(a) 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。

(b) 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2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1+k 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：{}1(),1,2,3,,k k k y Q x Q x x x y k L +==<≤==

这里k x 称为分层电平或判决阈值。通常k k k x x -=?+1称为量化间隔。

图2 模拟信号的量化

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，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。通

常，把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，可见，均匀量化时的信号动

态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中，往往采用非均匀量化。

非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量

化间隔v ?也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的优点。首先，

当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器

的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率

的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即

改善了小信号时的量化信噪比。

实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使用

的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是μ压缩律和A 压缩律。

美国采用μ压缩律，我国和欧洲各国均采用A 压缩律，因此，PCM 编码方式采用的也是

A 压缩律。

所谓A压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律：

A律压扩特性是连续曲线，A值不同压扩特性亦不同，在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。实际中，往往都采用近似于A律函数规律的13折线（A=）的压扩特性。

这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路实现，本设计中所用到的PCM编码正是采用这种压扩特性来进行编码的。图3示出了这种压扩特性。

图3 13折线

表1列出了13折线时的x值与计算x值的比较。

表 1

表1中第二行的x值是根据6.87

=

A时计算得到的，第三行的x值是13折线分段时的值。可见，13折线各段落的分界点与6.87

A曲线十分逼近，同时x按2的幂次分割有利

=

于数字化。

(c) 编码

所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。

在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。下面结合13折线的量化来加以说明。

表2 段落码表3 段内码

在13折线法中，无论输入信号是正是负，均按8段折线（8个段落）进行编码。若用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值，其中用第一位表示量化值的极性，其余七位（第二位至第八位）则表示抽样量化值的绝对大小。具体的做法是：用第二至第四位表示段落码，它的8种可能状态来分别代表8个段落的起点电平。其它四位表示段内码，它的16种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。这样处理的结果，8个段落被划分成27＝128个量化级。段落码和8个段落之间的关系如表2所示；段内码与16个量化级之间的关系见表3。

PCM编译码器的实现可以借鉴单片PCM编码器集成芯片，如：TP3067A、CD22357等。单芯片工作时只需给出外围的时序电路即可实现，考虑到实现细节，仿真时将PCM 编译码器分为编码器和译码器模块分别实现。

、信号源子系统的组成：由三个幅度相同、频率不同的正弦信号（图符7、8、9）合成，如下图4所示:

图4

、PCM编码器模块

PCM编码器模块主要由信号源（图符7）、低通滤波器（图符15）、瞬时压缩器（图符16）、A/D转换器（图符8）、并/串转换器（图符10）、输出端子构成（图符9），实现模型如下图5所示:

图5

信源信号经过 PCM 编码器低通滤波器（图符15）完成信号频带过滤，由于PCM量化采用非均匀量化，还要使用瞬时压缩器实现A律压缩后再进行均匀量化，A/D转换器（图符8）完成采样及量化，由于A/D转换器的输出是并行数据，必须通过数据选择器（图符10）完成并/串转换成串行数据，最后通过图符（9）输出PCM编码信号。

2.2.1 PCM编码器组件功能实现

（1）低通滤波器：为实现信号的语音频率特性，考虑到滤波器在通带和阻带之间的过渡，采用了低通滤波器，而没有设计带通滤波器。为实现信号在 300Hz－3400Hz的语音频带内，在这里采用了一个阶数为3阶的切比雪夫滤波器，其具有在通带内等波纹、阻带内单调的特性。

（2）瞬时压缩器：瞬时压缩器（图符16）使用了我国现采用A律压缩，注意在译码时扩张器也应采用A律解压。对比压缩前后时域信号（见图6, 图7），明显看到对数压缩时小信号明显放大，而大信号被压缩，从而提高了小信号的信噪比，这样可以使用较少位数的量化满足语音传输的需要。

图6压缩前

图7压缩后

（3）A/D 转换器：完成经过瞬时压缩后信号时间及幅度的离散，通常认为语音的频带在300Hz－3400Hz，根据低通采样定理，采样频率应大于信号最高频率两倍以上，在这里

A/D的采样频率为8Hz即可满足，均匀量化电平数为256级量化，编码用8bit表示，其中第一位为极性表示，这样产生了64kbit/s的语音压缩编码。

（4）数据选择器：图符10为带使能端的8路数据选择器，与74151功能相同，在这里完成A/D转换后的数据的并/串转换，图符11、12、13为选择控制端，在这里控制轮流输出并行数据为串行数据。通过数据选择器还可以实现码速转换功能。

、 PCM译码器模块

PCM译码器是实现PCM编码的逆系统。 PCM译码器模块主要由ADC出来的PCM数据输出端、D/A转换器、瞬时扩张器、低通滤波器构成。实现模型如下图8所示：图8

2.3.1 PCM译码器组件功能实现

（1）D/A转换器(图符1)：用来实现与A/D转换相反的过程，实现数字量转化为模拟量，从而达到译码最基本的要求，也就是最起码要有步骤。

（1）瞬时扩张器（图符8）：实现与瞬时压缩器相反的功能，由于采用 A 律压缩，扩张也必须采用A律瞬时扩张器。

（2）低通滤波器（图符3）：由于采样脉冲不可能是理想冲激函数会引入孔径失真，量化时也会带来量化噪声，及信号再生时引入的定时抖动失真，需要对再生信号进行幅度及相位的补偿，同时滤除高频分量，在这里使用与编码模块中相同的低通滤波器。

3、系统仿真模型如下图9：

图9系统模型

子系统（图符12）如下图10：

图10 子系统

以上图9、图10各方块的有关参数如表4：

表4

4、仿真波形如下：

（1）信号源的波形

（2）信号源经压缩后的波形

（3）PCM编码的波形

（4）PCM译码时经过D/A转化并用A律扩张后的输出波形

（5）译码后恢复源信号的输出波形

由以上数据波形可以看出在PCM编码的过程中，译码输出的波形具有一定的延迟现象，其波形基本上不失真的在接收端得到恢复，传输的过程中实现了数字化的传输过程。

5、参考文献

[1] 吴伟陵,续大我,庞沁华．通信原理．北京邮电大学出版社，2005

[2] 青松，程岱松，武建华．数字通信系统的SystemView仿真与分析．北京航空航天大学出版社，2001

[3] . 现代通信原理．，1992

[4] 苗长云等主编.现代通信原理及应用．电子工业出版社，2005

[5] 罗卫兵/孙桦/张捷．SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计．西安电子科技大学出版社，

2001

6、设计过程中需解决的问题

(1)首先，必须根据实际情况合理的设计采样频率和抽样脉冲的参数，以防波形的失真，由

于在刚开始的时候,没有合理设置采样频率的参数,出现了在译码时恢复波形的失真,最后根

据采样频率fs大于等于2fH条件,通过不断调试,最终可以合理地恢复源信号波形。但由于

在信道传输过程中由于各种原因而引起译码波形有一定的延时现象。

(2)在调试带使能端的8路数据选择器在实现PCM编码输出的并行数据转换为串行数据输

出时，起初由于没有合理应用选择控制端，而导致数据输出毫无规律，即八路数据当中随

机地从哪一路输出，最后通过设置频率不同的三路脉冲方波作用于选择控制端，去控制每

一路的数据输出，然后经过调试完成了PCM编码的正确输出。

(3)在设计滤波器时,首先要看系统信号源输出信号频率到底是处于在哪个频率范围,再根据其他参考参数和系统各项技术要求,决定是要设计哪种类型的滤波器,是低通型还是带通型滤波器。

7、心得体会

本次课程设计在刚开始的过程中无从下手，手忙脚乱，时间又紧，最终决定用软件仿真来实现PCM的编码过程。通过这次设计，掌握了PCM编码的工作原理及PCM系统的工作过程，学会了使用仿真软件 SystemView（通信系统的动态仿真软件），并学会通过应用软件仿真来实现各种通信系统的设计，对以后的学习和工作都起到了一定的作用，加强了动手能力和学业技能。总体来说，这次实习我受益匪浅。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。

基于Matlab的脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真课程设计任务书

课程设计任务书 题目: 脉冲编码调制（PCM）的实现 初始条件： 1、MATLAB软件； 2、脉冲编码调制相关知识。 要求完成的主要任务: 1、任务 实现脉冲编码调制（PCM）技术的三个过程：采样、量化与编码。 2、要求 用仿真软件对其进行验证，使其满足以下要求： （1）模拟信号的最高频率限制在4KHZ以内； （2）分别实现64级电平的均匀量化和A压缩率的非均匀量化； （3）按照13折线A律特性编成8位码。 时间安排： 第1，2天：分析题目，方案设计； 第3，4，5天：软件设计； 第6，7天：系统仿真； 第8天：答辩，完成设计说明书。 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

目录 摘要....................................................................... I Abstract................................................................... II 1 绪论 (1) 2 MATLAB简介 (2) 2.1 MATLAB软件简介 (2) 2.2 MATLAB程序设计方法 (2) 3 PCM脉冲编码原理 (4) 3.1 模拟信号的抽样及频谱分析 (4) 3.1.1 信号的采样 (4) 3.1.2 抽样定理 (4) 3.1.3 采样信号的频谱分析 (5) 3.2 量化 (5) 3.2.1 量化的定义 (5) 3.2.2 量化的分类 (6) 3.2.3 MATLAB的A律13折线量化 (12) 3.3 PCM编码 (13) 3.3.1 编码的定义 (13) 3.3.2 码型的选择 (13) 3.3.3 PCM脉冲编码的原理 (13) 4 PCM的MATLAB实现 (15) 4.1 PCM抽样的MATLAB实现 (15) 4.2 PCM量化的MATLAB实现 (18) 4.2.1 PCM均匀量化的MATLAB实现 (18) 4.2.2 PCM A律非均匀量化的MATLAB实现 (20) 4.3 PCM A律13折线编码的MATLAB实现 (22) 5 结果分析及总结 (25) 参考文献 (26)

脉冲编码调制CM系统设计与仿真

脉冲编码调制C M系统 设计与仿真 Company number【1089WT-1898YT-1W8CB-9UUT-92108】

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基于-Matlab的脉冲编码调制(PCM)系统设计和仿真

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)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、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》人民邮电第1版 .2010.11.1 （2）静.《基于MATLAB的通信系统仿真》航空航天大学

基于 MATLAB 的PCM系统仿真设计与实现

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。

脉冲编码调制(PCM)系统设计方案

数字通信原理与技术设计报告书 脉冲编码调制

脉冲编码调制仿真，可以为硬件电路实现提供理论依据。通过仿真展示了PCM编码实现的设计思路及具体过程，并加以进行分析。 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。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 编码示意图见图 1。 下面将介绍 PCM 编码中抽样、量化及编码的原理： (a> 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。 (b> 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 2所示，量化器 Q 输出 L 个量化值 yk ， k=1，2， 3，?， L 。 yk 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xk 与 xk 1 之间时，量化器输出电平为 yk 。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xk 称为分层电平或判决阈值。通常 k xk 1 xk 称为量化间隔。 x 模拟入 图 3.2 模拟信号的量化 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，对于弱信号时的 量化器 量化值 图 3.1 PCM 原理框

通信系统PCM系统设计与仿真

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通信原理课程设计报告PCM系统设计与仿真报告

通信原理课程设计 题目：脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真 院（系）：计算机与通信工程系 班级：通信0803班 姓名：游金涛 学号：4 指导教师：黄堂森 脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真 摘要：以MATLAB的Simulink 为软件平台，充分利用其提供的通信工具箱和信号处理工具箱

中的模块，充分发挥了SIMULINK功能强大，建模简单，参数易于调整的特点。对脉冲编码调制(PCM)系统进行了模型构建、系统设计、仿真演示以及结果分析。 关键词：MATLAB 脉冲编码调制PCM 仿真 引言 数字通信系统己成为当今通信的发展方向，然而自然界的许多信息通过传感器转换后，绝大部分是模拟量，脉冲编码调制(PCM)是把模拟信号变换为数字信号的一种调制方式，主要用于语音传输，在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中得到广泛的应用，借助于MATLAB软件，可以直观、方便地进行计算和仿真。因此可以通过运行结果，分析系统特性。 MATLAB是美国Math Works公司开发的一套面向理论分析研究和工程设计处理的系统仿真软件，Simulink是MATLAB提供的实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它让用户把精力从编程转向模型的构造，为用户省去了许多重复的代码编写工作；Simulink 的每个模块对用户而言都是透明的，用户只须知道模块的输入、输出以及模块的功能，而不必管模块内部是怎么实现的，于是留给用户的事情就是如何利用这些模块来建立模型以完成自己的仿真任务；至于Simulink 的各个模块在运行时是如何执行，时间是如何采样，事件是如何驱动等细节性问题，用户可以不去关心，正是由于Simulink 具有这些特点，所以它被广泛的应用在通信仿真中，通过仿真展示了PCM编码实现的设计思路及具体过程，并加以进行分析。 基于MATLAB的SIMULINK仿真模型，能够反映模拟通信系统的动态工作过程，其可视化界面具有很好的演示效果，为通信系统的设计和研究提供强有力的工具，也为学习通信系统理论提供了一条非常好的途径。当然理论与实际还会有很大的出入，在设计时还要考虑各种干扰和噪声等因素的影响。 系统介绍 1、脉冲编码调制

基于Matlab的脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真

课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 脉冲编码调制（PCM）的实现 初始条件： 1、MATLAB软件； 2、脉冲编码调制相关知识。 要求完成的主要任务: 1、任务 实现脉冲编码调制（PCM）技术的三个过程：采样、量化与编码。 2、要求 用仿真软件对其进行验证，使其满足以下要求： （1）模拟信号的最高频率限制在4KHZ以内； （2）分别实现64级电平的均匀量化和A压缩率的非均匀量化； （3）按照13折线A律特性编成8位码。 时间安排： 第1，2天：分析题目，方案设计； 第3，4，5天：软件设计； 第6，7天：系统仿真； 第8天：答辩，完成设计说明书。 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

目录 摘要..................................................................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................................................................ I I 1 绪论 (1) 2 MA TLAB简介 (2) 2.1 MA TLAB软件简介 (2) 2.2 MA TLAB程序设计方法 (2) 3 PCM脉冲编码原理 (4) 3.1 模拟信号的抽样及频谱分析 (4) 3.1.1 信号的采样 (4) 3.1.2 抽样定理 (4) 3.1.3 采样信号的频谱分析 (5) 3.2 量化 (5) 3.2.1 量化的定义 (5) 3.2.2 量化的分类 (6) 3.2.3 MATLAB的A律13折线量化 (12) 3.3 PCM编码 (12) 3.3.1 编码的定义 (12) 3.3.2 码型的选择 (13) 3.3.3 PCM脉冲编码的原理 (13) 4 PCM的MA TLAB实现 (15) 4.1 PCM抽样的MA TLAB实现 (15) 4.2 PCM量化的MA TLAB实现 (18) 4.2.1 PCM均匀量化的MA TLAB实现 (18) 4.2.2 PCM A律非均匀量化的MA TLAB实现 (20) 4.3 PCM A律13折线编码的MA TLAB实现 (22) 5 结果分析及总结 (25) 参考文献 (26)

模拟信号数字化传输系统的设计与仿真分析

唐山学院 通信原理课程设计 题目模拟信号数字化传输系统的设计与仿真分析系 (部) 班级 姓名 学号 指导教师 2017 年 6 月 26 日至2017 年7月 8 日共 2 周

通信原理课程设计任务书

课程设计成绩评定表

目录 前言................................................................. 1模拟信号抽样过程原理............................................... 抽样原理......................................................... 低通型连续信号的抽样.......................................... 带通信号的抽样定理........................................... 量化原理........................................................ 均匀量化...................................................... 非均匀量化................................................... A律压缩律................................................... 13折线...................................................... 脉冲编码调制（PCM）.............................................. 差分脉冲编码调制（DPCM）........................................ 2 Matlab/Simulink的简介............................................. 3 基于Simulink的模拟信号数字化传输的设计与仿真分析.................. 抽样过程的设计与仿真分析......................................... 量化过程的设计与仿真分析......................................... PCM编译码系统设计与仿真分析..................................... PCM编码器设计............................................... PCM解码器设计............................................... 有干扰信号的PCM编码与解码.................................... DPCM编译码系统的设计与仿真分析.................................. 4 总结............................................................... 5参考文献...........................................................

基于-MATLAB-的PCM系统仿真设计与实现

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。

通信系统pcm系统设计与仿真模板

通信系统pcm系统设计与仿真

脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真 摘要: SystemView 仿真软件能够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, 能够为硬件电路实现提供理论依据。经过仿真展示了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 编译码 1、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SystemView具有强大的功能, 能够满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用, 而且提供了嵌入式的模块分析方法, 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。 SystemView具有良好的交互界面, 经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, 不但在工程上得到应用, 在教学领域也得到认可, 特别在信号分析、通信系统等领域。其能够实现复杂的模拟、数字及数模混合电路及各种速率系统, 并提供了内容丰富的基本库和专业库。本文主要阐述了如何利用SystemView实现脉冲编码调制( PCM) 。系统的实现经过模块分层实现, 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。经过仿真设计电路, 分析电路仿真结果, 为最终硬件实现提供理论依据。 2、系统介绍 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。根据CCITT的建议, 为改进小信号量化性能, 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, 中国采用了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编码示意图见图1。 图1 PCM原理框图 下面将介绍PCM编码中抽样、量化及编码的原理: (a) 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。

PCM系统仿真设计 定稿

论文题目：PCM系统仿真设计 专业：通信技术 学生：庆朋签名: 指导老师：张鸣签名: 摘要 当信源为模拟信号时，在发端需要进行模/数变换，即经抽样、量化、编码，对其幅度和时间离散化处理，使之变成数字信号后再进行传输；在收端将收到的数字信号进行数/模变换，使之还原成模拟信号再送至信宿。 本文主要研究了本文主要研究了PCM系统基于Matlab和Simulink仿真设计,通过使用Matlab和Simulink PCM编码和解码系统的建模和仿真,结果与理论分析是一致的。【关键词】PCM;MA TLAB/Simulink;仿真；编码；解码 【论文类型】设计型

Title: The design of PCM system Major: Communications Technique Name:Meng Qingpeng Signature: Supervisor: Zhang Ming Signature: Abstract When the source is an analog signal, the originator need for analog / digital conversion, which is a sampling, quantization, coding, its amplitude and time discretization, and then make it into a digital signal for transmission; at the receiving end will receive the digital signal for digital / analog conversion, so that the analog signal and then restore to the sink. This paper mainly studies the this article main research the PCM system based on Matlab and Simulink simulation design, by using Matlab and Simulink for PCM coding and decoding system of model building and simulation, the result is consistent with theoretical analysis。 【Key words】PCM；MATLAB/Simulink；the simulation；coded；encoded 【Type of Thesis】Design

脉冲编码调制PCM系统设计与仿真

脉冲编码调制(P C M)系统设计与仿真摘要 : 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。通过仿真展示了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 编译码 1、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SystemView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，并且提供了嵌入式的模块分析方法，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。 SystemView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，并提供了内容丰富的基本库和专业库。本文主要阐述了如何利用SystemView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。 2、系统介绍

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。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 编码示意图见图1。 下面将介绍PCM 编码中抽样、量化及编码的原理： (a) 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。 (b) 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2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1+k 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：{}1(),1,2,3,,k k k y Q x Q x x x y k L +==<≤==L

脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真

数字通信原理与技术设计报告书 课题名称 脉冲编码调制（PCM ）系统设计与仿真 姓 名 胡静 学 号 0712402-38 院 系 物理与电信工程系 专 业 通信工程 指导教师 曾专武 2010年 1 月15日 ※※※※※※※※※ ※※ ※※ ※ ※ ※※ ※※※※※※※ 2007 级学生数字通信 原理课程设计

一、设计任务及要求： 设计任务： 本课程设计利用SystemView设计一个脉冲编码调制系统，运用脉冲编码调制原理设计系统结构图，将其仿真并观察仿真波形。 设计要求： 1、绘制系统框图及仿真程序流程图各一份 2、叙述整个系统的工作原理 3、详细记录实施中所遇到的问题及问题产生的原因并制定解决方案 指导教师签名：________ 2010年01月15日 二、指导教师评语： 指导教师签名：__________ 2010年01月15日三、成绩 验收盖章：__________ 2010年01月15日

脉冲编码调制（PCM）系统设计与仿真 0712402-38胡静 （湖南城市学院物理与电信工程系通信工程专业,益阳,413000） 1 设计目的 加深对所学的通信原理知识理解，培养专业素质；掌握通信电路的设计方法，能够进行设计简单的通信电路系统；掌握通信系统安装的基本知识和技能，培养学生对通信电路系统的整机调试和检测的能力；通过专业课程设计掌握通信中常用的信号处理方法，能够分析简单通信系统的性能。 2 设计要求 画出系统结构框图，根据系统的工作原理，利用SystemView的模块画出系统的结构图并进行仿真，观察仿真波形。 3 设计原理 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。通过仿真展示了PCM 编码实现的设计思路及具体过程，并加以进行分析。 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。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编码示意图见图1。

PCM编码器的仿真设计解读

南华大学电气工程学院 《通信原理课程设计》 设计题目： PCM编码器的仿真设计 专业：通信工程 学生姓名: 学号: 起迄日期: 2013年12月20日——2014年月4日指导教师: 系主任：

《通信原理课程设计》任务书 1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： （1）技术要求 1）用matlab编程实现15折线 率PCM编码器； 2）采用逐次比较法编码。 （2）工作要求： ①查阅参考文献，利用通信原理基本理论，分析系统工作原理，设计系统方框图； ②掌握计算机辅助设计方法，利用Matlab/Simulink、Systemview、Multisim、MaxPlusIII、QuartusII等软件进行仿真设计，具备独立设计能力； ③熟悉通信系统的调试和测量方法； ④掌握电子电路安装调试技术，选择合适的元器件搭接实际电路，掌握电路的测试和故障排除方法，提高分析问题和解决问题的能力。 ⑤不能直接从网上或其他资料下载拷贝，一旦发现雷同35%以上，则相关雷同设计的成绩都为不及格。 ⑥按时完成设计报告；提交的电子稿必须在附录中含有全套仿真源文件、或设计原图（电子稿是以“学生学号姓名”为命名的压缩文件）；并提交纸质设计报告书。 ⑦随机抽查，并进行最后答辩。

2．对课程设计成果的要求〔包括图表（或实物）等硬件要求〕：用Matlab等编程语言实现时，写出详细的注释，并画出各种信号的时域频域波形。设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书,语言流畅简洁，文字3500~5000字。仿真设计类要求有仿真流程图、调试时的电脑屏幕截图；实物设计类要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB),器件的选择要有计算依据。 3．主要参考文献： 1]樊昌信.通信原理（第6版）[M].北京：电子工业出版社,2012,12. [2]樊昌信,曹丽娜.通信原理教程(第3版)[M].北京：国防工业出版社,2006,9. [3]刘学勇.详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真[M].北京：电子工业出版 社,2011,11. [4]张水英,徐伟强.通信原理及MATLAB/Simulink仿真[M].北京：人民邮电出版 社,2012,9. [5]赵鸿图,茅艳.通信原理MATLAB仿真教程[M].北京：人民邮电出版社,2010,11. [6]赵静,张瑾.基于MATLAB的通信系统仿真[M].北京：北京航空航天大学出版 社,2010,1. [7]黄智伟.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析(修订版)[M].北京：电子工业出版社,2011, 6.

脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真

脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真

脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真 摘要: 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。通过仿真展示了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 编译码 1、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SystemView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，并且提供了嵌入式的模块分析方法，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。 SystemView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，并提供了内容丰富的基本库和专业库。本文主要阐述了如何利用SystemView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。 2、系统介绍 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。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编码示意图见图1。