基于matlab的pcm调制系统仿真new

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郑州轻工业学院MATLAB课程设计郑州轻工业学院课程设计说明书题目：基于MATLAB的PCM系统仿真姓名：杨坤兴院系：电气信息工程学院专业班级：学号：指导教师：成绩：时间：2012年6月18日至2012年6月22日1 郑州轻工业学院MATLAB课程设计郑州轻工业学院课程设计任务书题目基于MATLAB的PCM系统仿真专业班级电子信息工程09级1班学号姓名杨坤兴主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容：产生一零均值、方差为1的高斯随机变量序列，序列长度为500。绘出量化级数为64、128时，采用A律（A=87.6）和µ律（µ=255）非线性化准则情况下量化误差和输入输出关系曲线。基本要求：1.通过本课程设计，巩固通信原理PCM编码的有关知识；2.熟悉A律和µ律非均匀量化编码原理；3.确定PCM编码量化误差；4.学会用MATLAB来进行通信系统仿真。主要参考资料：参见参考文献完成期限：2012.6.18-2012.6.22指导教师签名：课程负责人签名：2012年6月16日2 郑州轻工业学院MATLAB课程设计基于MATLAB的PCM系统设计电子信息工程09级1班指导老师：赵红梅摘要：脉冲编码调制(pulsecodemodule，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，但也是数据量最大的编码系统。运用Matlab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。关键字：PCM；Matlab；Simulink.3 郑州轻工业学院MATLAB课程设计目录第一章PCM原理简介..............................................................................................................5第二章PCM系统仿真...........................................................................................................6一PCM仿真模块设计.................................................................................................6（一）系统的组成框图.................................................................................................6（二）A律PCM系统模块参数......................................................................................7（三）U律PCM系统模块参数....................................................................................12二仿真结果.................................................................................................................12A律：..............................................................................................................................12U律：..............................................................................................................................13第三章设计总结...................................................................................................................16参考文献.................................................................................................................................174 郑州轻工业学院MATLAB课程设计第一章PCM原理简介脉冲编码调制（PCM）是一种模拟信号的数字化方法。PCM系统将信号按照其强度依照同样的间距分成数段，然后每段用独特的数码（通常是二进制）来量化。PCM常被用于数字电信系统上，也是计算机和CD红皮书中的标准形式。在数字视频通信系统中，它也是标准。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。PCM调制主要经过3个过程：抽样、量化和编码。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。抽样速率采用信号最大频率分量的频率的3倍到5倍。量化，也叫分层，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。一个模拟信号经过抽样量化后，得到已量化的脉冲幅度调制（PAM）信号，它仅为有限个数值。量化后的信号和抽样信号的差值称为量化误差。量化误差在接收端表现为噪声，称为量化噪声。量化级数越多误差越小，相应的二进制码位数越多，要求传输速率越高，频带越宽。为使量化噪声尽可能小而所需码位数又不太多，通常采用非均匀量化的方法进行量化。非均匀量化根据幅度的不同区间来确定量化间隔，幅度小的区间量化间隔取得小，幅度大的区间量化间隔取得大。编码，由于量化电平的数目是有限的，所以对于每一个量化电平可以用一定位数的二进制或者多进制码元来表示。一般情况下，如果一个信号n被量化成N个电平，则必须使用一个n位u进制的编码使得u≥N。然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。5 郑州轻工业学院MATLAB课程设计此外，在PCM通信系统中，除了以上几个部分外，还必须有同步设备。这不仅是由于时分复用的需要，而且即使单路通信业需要同步码组。因为对于一个二进制码来说，码字中的每一位码，当她在码字中所处的位置不同时，它所代表的量化电平值是不同的。所以在接收端收到PCM信号后，必须能区分每一组码字及每一位码在码字中的位置，这样才能正确译码，这是同步设备所需要完成的任务。此外，在进行多路传输时，还需要利用同步设备来区分“帧”和“路”，所以，同步也是时分多路复用不可缺少的一环。PCM解调时进行与调制相反操作即可。PCM系统框图如下：第二章PCM系统仿真一PCM仿真模块设计（一）系统的组成框图6 郑州轻工业学院MATLAB课程设计系统主要有抽样、量化、编码三部分组成，为了提高输出信噪比，在量化之前要对抽样后信号进行压缩，为了比较量化误差，在量化之后还要对量化后的信号进行扩展。同Simulink搭建的框图如下：A律PCMU律PCMA律PCM与U律PCM只是压扩器不同，其余各部分均相同。（二）A律PCM系统模块参数1.RandomNumber:随机数。用以产生随机正态分布，参数设置如图：7 郑州轻工业学院MATLAB课程设计其中，Mean是其均值，Variance是其方差，根据题目要求应将Mean设置为0，Variance设置为1，其余可保持默认值。随机数发生器产生的信号如图所示：2.A-LawCompressor：A律压缩器。将信号按照A律进行压缩。其参数设置如图：8 郑州轻工业学院MATLAB课程设计根据要求A的值应该设置为87.6，信号峰值的绝对值根据产生的信号的情况设置。信号经过A律之后得到的压缩后的信号为：3.Quantizer:量化器。将输入信号进行均匀量化。参数如图：9 郑州轻工业学院MATLAB课程设计压缩之后的信号，进入量化器进行均匀量化。通过设置Quantizationinterval项来设置量化间隔，并根据信号电平来确定量化级数。量化后的信号如图所示：4.A-LawExpander：A律扩展器。对量化后的信号进行与压缩相反地操作，使得大信号还是大信号小信号还是小信号。A律扩展器的参数与A律压缩器的参数设置一样。量化后的信号经过A律扩展器后如图;10 郑州轻工业学院MATLAB课程设计5.Substract:减法器。用来计算量化误差，将原信号与扩展后的信号进行比较，得出差值，没有参数需要设置。将信号按照正负接好，通过示波器观察到的波形如图：6.XYGraph:XY曲线图。用来显示两个信号的关系。64级量化A律的输出输入关系如图：11 郑州轻工业学院MATLAB课程设计（三）U律PCM系统模块参数与A律基本一致，除了压扩器。U律的压扩器参数设置于A律一致，按照要求U的值应该设置为255。二仿真结果A律：64级量化时：量化误差为：输出输入关系：12 郑州轻工业学院MATLAB课程设计128级量化时量化误差为：输出输入关系为：U律：64级量化时：13 郑州轻工业学院MATLAB课程设计量化误差：输出输入关系：128级量化时：量化误差：14 郑州轻工业学院MATLAB课程设计输出输入关系：以上各图即是A律和U律下，分别进行64级和128级量化时，各自的量化误差以及输出输入关系。15 郑州轻工业学院MATLAB课程设计第三章设计总结通过本课程设计的学习，复习所学的专业知识，使课堂学习的理论知识应用于实践，通过本课程设计的实践使自己具有一定的实践操作能力；又掌握Matlab中Simulink的使用方法，并能熟练运用该软件设计并仿真通信系统；通过信息处理实践的课程设计的实践，掌握设计信息处理系统的思维方法和基本开发过程。通过Simulink仿真对PCM调制系统的采样、量化、编码的仿真与计算，使得分析PCM调制系统变得直观简单。通过本课程设计加深了对PCM和DPCM系统原理的理解，同时能够熟练的建立PCM和DPCM系统原理框图。16 郑州轻工业学院MATLAB课程设计参考文献[1].王秉钧冯玉珉田宝玉.通信原理.2005.北京：清华大学出版社[2].席再芳.基于Simulink的现代通信系统仿真分析[3].百度百科[4].Matlab帮助文档17