通信专业的毕业设计

1、目 录 摘 要.1 abstract.2 第一章 绪论.1 第二章 pcm 脉冲编码.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 .3 2.1.3 采样信号的频谱分析 .4 2.2 量化 .4 2.2.1 量化的定义 .4 2.2.2 量化的分类 .5 2.2.3 a 律 13 折线量化特性曲线.11 2.3 pcm 编码 .12 2.3.1 编码的定义 .12 2.3.2 码型的选择 .13 2.3.3 m 脉冲编码的原理.13 第三章 m 调制.14 3.1 增量调制原理 .14 3.2 m 的性能 .16 3.3 增量调制的实现.17

2、第四章 pcm 与 m 的 matlab 实现.18 4.1 pcm 抽样的 matlab 实现 .18 4.2 pcm 量化的 matlab 实现 .20 4.2.1 pcm 均匀量化的 matlab 实现.20 4.2.2 pcm a 律非均匀量化的 matlab 实现.21 4.3 pcm a 律 13 折线编码的 matlab 实现 .22 4.4m 的 matlab 实现.22 第五章 总结.25 参考文献.26 致 谢.27 附 录 .28 1 摘摘 要要 脉冲编码调制是将模拟信号变换成二进制信号的常用方法。于 20 世纪 40 年代，在 通信技术中就已经实现了这种编码技术。增量调

3、制可以看成是一种最简单的 dpcm，当 dpcm 系统中量化器的量化电平数取为 2 时，此 dpcm 系统就成为增量调制系统。增量调制 （m）是一个微分脉冲码调制的简化形式，它具有结构简单，高效率的编码，误码性能 特点。 本论文结合 pcm 与 m 的抽样、量化、编码原理，利用 matlab 软件编程和绘图功 能，完成了对脉冲编码调制（pcm）系统与增量调制系统（m）的建模与仿真分析。论 文中主要讲述了对脉冲编码调制（pcm）与增量调制（m）系统原理进行建模与仿真分 析，分别为采样、量化和编码原理的建模仿真。同时仿真分析了采样与欠采样的波形差 异、均匀量化与 a 律 13 折线非均匀量化的量化

4、性能及其差异。通过对脉冲编码调制 （pcm）与增量调制系统（m）系统原理的仿真分析，对 pcm 原理与 m 原理及性能有 了更深刻的认识，验证了数字传输技术的优越性。 关键词关键词：脉冲编码调制 增量调制 均匀量化 非均匀量化 matlab 仿真 2 abstract pulse code modulation converting analogue signal into a binary signal method. in the 1940s, in communications have realized this coding technique. delta modulation c

5、an be regarded as one of the most simple dpcm, when dpcm system quantizer quantizing level to 2, the dpcm system become delta modulation system. delta modulation (m) is a differential pulse code modulation of a simplified form, it has a simple structure, high efficiency coding, error resilient perfo

6、rmance characteristics. in this design, combination the simulink emulatation function and the s- functions spread function of matlab software, have completed the systematic emulatation and modeling for pulse code modulation( pcm)and delta modulation. in this design，divide into 3 parts mainly, emulat

7、e to build mould and emulate analysis for the principle of pulse code modulation( pcm) and delta modulation systematic. they are modeling and emulatation of sampling, quantizing and encoding. at the same time, emulate to analyse the waveform of sampling and owe sampling , the quantizing error of uni

8、form quantizing and nonuniform quantizing. through this design, the designer has a more profound understanding of pcm and m principles and performance , and validation of digital transmission technology superority. keywords: pulse coding modulation ( pcm); uniform quantitative; non-uniform quantitat

9、ive; matlab simulation delta modulation. 1 第一章第一章 绪论绪论 数字通信作为一种新型的通信手段，早在 20 世纪 30 年代就已经提出。在 1937 年，英国人里费（a.h.reeves）提出了脉冲编码调制（pcm）方式。从此 揭开了近代数字传输的序幕。 增量调制简称 m 或增量脉码调制方式（dm） ，它是继 pcm 后出现的又一 种模拟信号数字化的方法。1946 年由法国工程师 de loraine 提出，目的在于 简化模拟信号的数字化方法。主要在军事通信和卫星通信中广泛使用，有时也 作为高速大规模集成电路中的 a/d 转换器使用。脉冲编码调制（

10、pcm）与增量调 制（m）是现代语音通信中数字化的重要编码方式。脉冲编码调制是将模拟信 号变换成二进制信号的常用方法。于 20 世纪 40 年代，在通信技术中就已经实 现了这种编码技术。由于当时是从信号调制的观点研究这种技术的，所以称为 脉码调制。目前，它不仅用于通信领域，还广泛应用于计算机、遥控遥测、数 字仪表、广播电视等领域。 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

11、为 a 律和 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。 pcm 系统的优点是：抗干扰性强；失真小；传输特性稳定，远距离再生中 继时噪声不累积，而且可以采用有效编码、纠错编码和保密编码来提高通信系 统的有效性、可靠性和保密性。另外，由于 pcm 可以把各种消息（声音、图像、 数据等等）都变换成数字信号进行传输，因此可以实现传输和交换一体化的综 合通信方式，而且还可以实现数据传输与数据处理一体化的综合信息处理。故 它能较好地适应信息化社会对通信的要求。m 即增量调制，可以看成是一种 最简单的 dpcm。当 dpcm 系统中量

12、化器的量化电平数取为 2 时，此 dpcm 系统就 称为增量调制系统。 pcm 的缺点是传输带宽宽、系统较复杂。但是，随着数字技术的飞跃发展 这些缺点也不重要。因此，pcm 是一种极有发展前途的通信方式。 增量调制的基本原理是于 1946 年提出的，它是一种最简单的差值脉冲编码。 早期的语言增量调制编码器是由分立元件组成的。随着模拟集成电路技术的发 展，70 年代末出现了音节压扩增量调制集成单片，80 年代出现了瞬时压扩集成 单片，单片内包括了开关电容滤波器与开关电容积分器，集成度不断提高，使 增量调制的编码器的体积减小，功耗降低。对模拟信号采样，并用每个样值与 它的预测值的差值对周期脉冲序列

13、进行调制，简称墹 m 或 dm。已调脉冲序列以 2 脉冲的有、无来表征差值的正负号，也就是差值只编成一位二进制码。 m 增量调制技术是在脉码调制技术接近成熟的基础上，作为模拟信号数 字化的另一种调制方式而提出来的。这种调制方式为模拟信号变成二进制数码， 提供一种简单的编译码技术。m 增量调制是模拟信号数字化的一种方式，目 前性能比较好又比较容易实现的一种形式是数字检测音节压扩总和增量调制， 在数字通信系统中已开始采用。 增量调制尽管有前面所述的不少优点，但它也有两个不足：一个是一般量 化噪声问题；另一个是过载噪声问题。两者可统一称为量化噪声。 本论文为实现基于脉冲编码调制（pcm）与增量调制（

14、m）的波形编码仿 真，下文为具体介绍。 第二章第二章 pcm 脉冲编码脉冲编码 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编码表示。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，有两种方式，分别为 a 律和 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。下文为具体介绍。 2.1 模拟信号的抽样及频谱分析 2.1.1 信号的采样 离散时间信号通常是由连续时间信号经周期采样得到的。完成采样功能的 器件称为采样器，图 2-1 所示为采样器的示意

15、图。图中表示模拟信号，)(txa 表示采样信号，t 为采样周期，n=0，1，2，。一般可以把采样器视)(ntxa 为一个每隔 t 秒闭合一次的电子开关 s。在理想情况下，开关闭合时间 满足 t。实际采样过程可视为脉冲调幅过程，为调制信号，被调脉冲载波)(txa 是周期为 t、脉宽为 的周期脉冲串。当 0 时的理想采样情况是实际)(tp 采样的一种科学的、本质的抽象，同时可使数学推导得到简化。下面主要讨论 理想采样。 3 图 2-1 采样器示意图及波形图 2.1.2 抽样定理 抽样也称取样、采样，是把时间连续的模拟信号变换为时间离散信号的过 程。抽样定理是指：一个频带限制在（0，）内的时间连续信

16、号，如果 h f)(tm 以 t1/2秒的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全 h f)(tm 确定。这意味着，若的频谱在某一角频率上为零，则中的全部信)(tm h )(tm 息完全包含在其间隔不大于 1/2秒的均匀抽样序列里。换句话说，在信号最 h f 高频率分量的每一个周期内起码应抽样两次。根据抽样脉冲的特性，抽样分为 理想抽样、自然抽样（亦称曲顶取样）、瞬时抽样（亦称平顶抽样）；根据被 抽样信号的性质，抽样又分为低通抽样和带通抽样。虽然抽样种类很多，但是 抽样是模拟信号数字化及时分多路的理论基础。 我们考察一个频带限制在(0, )赫的信号。假定将信号和周期 h f)(tm)(

17、tm 性冲击函数相乘，如图 2-2 所示，乘积函数便是均匀间隔为 t 秒的冲激序)(t 列，这些冲激的强度等于相应瞬时上的值，它表示对函数的抽样。我)(tm)(tm 们用表示此已抽样的函数，即有)(tms )()()(ttmtms 上述关系如图 2-2 所示。 4 图 2-2 抽样示意图 2.1.3 采样信号的频谱分析 频谱分析使用快速傅里叶变换 fft，对应的命令即 fft ，简单使用方法为： ，其中 b 即是采样数据，n 为 fft 数据采样个数。一般不指定 n 时，),(nbffty n 默认为 512，即简化为。y 即为 fft 变换后得到的结果，与 b 的元)(bffty 素数相等，

18、为复数。以频率为横坐标，y 数组每个元素的幅值为纵坐标，画图 即得数据 b 的幅频特性；以频率为横坐标，y 数组每个元素的角度为纵坐标， 画图即得数据 b 的相频特性。 对于现实中的情况，采样频率一般都是由采样仪器决定的，即为一个 s f s f 给定的常数；另一方面，为了获得一定精度的频谱，对频率分辨率 f 有一个人 为的规定，一般要求 f100 秒；由采样时间和采样频 s t s t 率即可决定采样数据量，即采样总点数。这就从理论上对采样时 s f ss tfn* 间和采样总点数 n 提出了要求，以保证频谱分析的精准度。 s t 2.2 量化 2.2.1 量化的定义 模拟信号进行抽样以后，

19、其抽样值还是随信号幅度连续变化的，即抽样值 可以取无穷多个可能值，如果用 n 个二进制数值信号来代表该样值的大)(ktm 小，以便利用数字传输系统来传输该样值的信息，那么 n 个二进制信号只能同 个电平样值相对应，而不能同无穷多个电平值相对应。这样一来，抽nm 2 样值必须被划分成 m 个离散电平，此电平被称作量化电平。或者说，采用量化 抽样值的方法才能够利用数字传输系统来实现抽样值信息的传输。 5 利用预先规定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程称为量化。抽样是把 一个时间连续信号变换成时间离散的信号，而量化则是将取值连续的抽样变换 成取值离散的抽样。 通常，量化器的输入是随机模拟信号。可以用

20、适当速率对此随机信号 m(t) 进行抽样，并按照预先规定，将抽样值变换成 m 个电平，)(ktm 1 q 2 q 之一，可以得到： m q ，若-10 时，脉冲调制)(te)(te 器输出一个正脉冲，即“1”码；当v,h(i)=v;end if f(i)=-v,h(i)=-v;end flag=0; for j=2:l/2+1 if(flag=0) if(f(i)p(j) h(i)=p(j-1); flag=1; end; end; end; for j=l/2+2:l+1 if(flag=0) if(f(i)=0 if(x(i)=-t) 30 y(i)=-(a*-x(i)/(1+log(a); else y(i)=-(1+log(a*-x(i