現(xiàn)代通信原理課程設(shè)計報告設(shè)計題目： PCM編碼及譯碼 專業(yè)班級：學(xué)號： 姓名: 任課教師： 設(shè)計時間： PCM編碼及譯碼一、設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)輸入信號為 x(t)二Asin2kt ,對x(t)信號進行抽樣、量化c和A律PCM編碼，經(jīng)過傳輸后，接收端進行PCM譯碼。畫出經(jīng)過PCM編碼、譯碼后的波形與未編碼波形；設(shè)信道沒有誤碼，畫出不同幅度Ac情況下，PCM譯碼后的量化信噪比；二、設(shè)計任務(wù)分析基本模型：采用MATLAB仿真，基本框型圖如下：抽樣：對模擬信號進行周期性掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號。該模擬信號經(jīng)過抽樣后包含原信號所有信息，也就能夠無失真的回復(fù)模擬信號。在某些選定的時刻抽取連續(xù)時間信號在各該時刻的值。數(shù)字計算機所處理的信號必須是離散時間信號。在涉及連續(xù)時間信號時，就必須先以適當?shù)念l度從中抽取其在各時刻的數(shù)值，形成相應(yīng)的離散時間信號，然后進行處理。A律壓縮

用13段折線逼近A=87.6的A律壓縮特性x軸：0~1內(nèi)不均勻分成8段,每次以1/2對分（即按2的冪次分段）y軸：0~1內(nèi)等分成8段,每段間隔均為1/8x,y各交點連接構(gòu)成8段折線，斜率不同1Z86.8S8481Z86.8S848a.828\1111x丄842A=87.6斜率：1段162段163段84段45段26段1段1/2段1/4量化：用有限的電平來表示抽樣值的過程（從而可進一步編碼），且電平間隔大于噪聲，則可準確恢復(fù)樣值。把取值連續(xù)的信號變成取值離散的信號,引入失真，即量化誤差。在數(shù)字信號處理領(lǐng)域，量化指將信號的連續(xù)取值（或者大量可能的離散取值）近似為有限多個（或較少的）離散值的過程。量化主要應(yīng)用于從連續(xù)信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換中。連續(xù)信號經(jīng)過采樣成為離散信號，離散信號經(jīng)過量

化即成為數(shù)字信號。注意離散信號通常情況下并不需要經(jīng)過量化的過程，但可能在值域上并不離散，還是需要經(jīng)過量化的過程。信號的采樣和量化通常都是由ADC實現(xiàn)的。量化方法(段落非均勻量化，段內(nèi)均勻量化)8位量化共28=256量化級，正/負各128；每段再均勻劃分16個量化級；各段量化間隔不同。第8段最大1/32(2-5)；第1,2段最小1/2048(2-11)；為避免分數(shù)，令x,y的歸一化值為2048(211)量化單位，可寫出A律13折線的參數(shù)。將想x(t)作為輸入信號，進行抽樣量化，A律壓縮編碼，x(t)即坐標橫軸，可使用13折線方法，逼近A取87.6的A律壓縮曲線，y軸即為PCM壓縮編碼。量化信噪比：TOC\o"1-5"\h\z設(shè)壓縮曲線 =￡掃工 ⑴則* /(x}=— ⑵噪聲功率 .朋、靈二汕/⑴］耳X信號功率 S二2fXpr(x)dx ⑷量化信噪比 5-12-3A： (5)上式表明：壓縮特性為對數(shù)特性時，量化器的信噪比始終保持常數(shù)，勻輸入信號的幅度無關(guān)實現(xiàn)了最佳非均勻量化.國際上通用的兩種對數(shù)壓縮特性，妙和虛。本次設(shè)計采用的是直律13折線。PCM的概念:脈沖編碼調(diào)制就是把一個時間連續(xù)，取值連續(xù)的模擬信號變換成時間離散，取值離散的數(shù)字信號后在信道中傳輸。脈沖編碼調(diào)制就是對模擬信號先抽樣，再對樣值幅度量化，編碼的過程。抽樣，就是對模擬信號進行周期性掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號，抽樣必須遵循奈奎斯特抽樣定理。該模擬信號經(jīng)過抽樣后還應(yīng)當包含原信號中所有信息，也就是說能無失真的恢復(fù)原模擬信號。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。抽樣速率采用8KHZ。量化，就是把經(jīng)過抽樣得到的瞬時值將其幅度離散，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時抽樣值用最接近的電平值來表示,通常是用二進制表示。量化誤差：量化后的信號和抽樣信號的差值。量化誤差在接收端表現(xiàn)為噪聲，稱為量化噪聲。量化級數(shù)越多誤差越小，相應(yīng)的二進制碼位數(shù)越多，要求傳輸速率越高，頻帶越寬。為使量化噪聲盡可能小而所需碼位數(shù)又不太多，通常采用非均勻量化的方法進行量化。非均勻量化根據(jù)幅度的不同區(qū)間來確定量化間隔，幅度小的區(qū)間量化間隔取得小，幅度大的區(qū)間量化間隔取得大。一個模擬信號經(jīng)過抽樣量化后，得到已量化的脈沖幅度調(diào)制信號，它僅為有限個數(shù)值。編碼，就是用一組二進制碼組來表示每一個有固定電平的量化值。然而，實際上量化是在編碼過程中同時完成的，故編碼過程也稱為模/數(shù)變換，可記作A/D。話音信號先經(jīng)防混疊低通濾波器，進行脈沖抽樣，變成8KHz重復(fù)頻率的抽樣信號（即離散的脈沖調(diào)幅PAM信號），然后將幅度連續(xù)的PAM信號用“四舍五入”辦法量化為有限個幅度取值的信號，再經(jīng)編碼后轉(zhuǎn)換成二進制碼。對于電話，CCITT規(guī)定抽樣率為8KHz，每抽樣值編8位碼，即共有2^8=256個量化值，因而每話路PCM編碼后的標準數(shù)碼率是64kb/s。為解決均勻量化時小信號量化誤差大，音質(zhì)差的問題，在實際中采用不均勻選取量化間隔的非線性量化方法，即量化特性在小信號時分層密，量化間隔小，而在大信號時分層疏，量化間隔大。

三、設(shè)計結(jié)果和分析在MATLAB上進行仿真后，所得的結(jié)果如下未編碼的信號與經(jīng)過PCM編碼波形對比：

未編碼的正弦信號經(jīng)A律PCM編譯碼后的量化信噪比：總結(jié)分析：在仿真的過程中，多次觀察實驗結(jié)果，得出結(jié)論，通過MATLAB所設(shè)計的程序，成功的實現(xiàn)了將不同幅度的模擬正弦信號，進行采樣、量化、A律PCM編碼、譯碼，最后得到譯碼的信號，計算量化信噪比，繪制量化信噪比曲線，并比較未編碼與經(jīng)過A律PCM編譯碼后得到的信號，發(fā)現(xiàn)兩個波形大致相同且得到的量化噪聲比曲線與理論上的曲線也大致一致。在實驗過程中，多次因為最初數(shù)據(jù)選擇的原因，造成了反復(fù)修改程序的情況出現(xiàn)，這使得在小組實驗過程中，連帶的出現(xiàn)了其他問題，小組成員經(jīng)過討論和調(diào)試，最終確定了需要采用的數(shù)據(jù)以及方法，最終的出了差強人意的實驗成果。資料搜索和整合過程，也是十分繁復(fù)的，在不同的資料中，找到實驗設(shè)計所需要的相關(guān)部分，我們采用了多方面調(diào)查的方法，包括網(wǎng)絡(luò)和書籍等，通過調(diào)查檢索，得到了所需要的信息。設(shè)計要求中的各個環(huán)節(jié)，也做了相應(yīng)的分析。從程序調(diào)試的結(jié)果也發(fā)現(xiàn)程序存在一點不足，所得到的量化信噪比曲線存在一定的缺陷，在以后的學(xué)習(xí)生活中，將對這一方面進行更深層次的探索和學(xué)習(xí)。心得與體會：在此次實驗仿真的過程中，小組成員，分工合理，在程序調(diào)試和代碼檢測上，下了很大的功夫，這也說明了，我們在平時的學(xué)習(xí)生活中，對這方面的學(xué)習(xí)探究工作，做的不夠，做的不好。這次設(shè)計課程中，我們也了解了專業(yè)知識的冰山一角，在繁瑣的實驗進程中，多次遇到了各方面，各層次困難。尤其是在代碼調(diào)試和檢查程序錯誤以及題目分析的過程中。不僅僅是完成一門課程，還能給我們能力一定的提升，它不僅包括動手能力，還包括學(xué)習(xí)能力、判斷能力、搜集資料的能力、交流能力、心理素質(zhì)等。在大一、大二已經(jīng)做過很多課程設(shè)計，總結(jié)以前課程設(shè)計的經(jīng)驗和教訓(xùn)，花了我很多時間，付出了少心血，不過并沒有得到我想要的回報。不過我還是比較滿意我自己的表現(xiàn)，雖然也還有些不足。從設(shè)計中獲得的知識，得到的經(jīng)驗對我以后的學(xué)習(xí)、工作都是有幫助的。在這次課程設(shè)計中，不僅對于以前的上理論課中一些不清楚的地方有了新的認識，對于一個簡單的數(shù)字通信系統(tǒng)有了一定的了解，而且對于如何將理論轉(zhuǎn)化成程序有了些更深刻的體會，編程中處理問題的能力也有所增強。雖然是一個簡單的課程設(shè)計，我對做事態(tài)度方面有了不同的理解，事情無論大小，我們都應(yīng)該認真面對，盡自己的能力去做，不能因為事情小就不盡心。課本和給出的實驗原理，學(xué)習(xí)了一下相關(guān)理論知識。由于之前學(xué)過相關(guān)的內(nèi)容，再次溫習(xí)花的時間也不會太多。這個課程設(shè)計從開始做到完成，雖然總共花的時間并不算長，但是讓我明白了無論是這次的通信原理課程設(shè)計還是其他工程或是畢業(yè)設(shè)計，乃至今后的實習(xí)和工作中，都是一個溫故而知新的過程，技術(shù)的更新是非常迅速的，但是理論基礎(chǔ)是根本，是必不可少的，只有學(xué)好基礎(chǔ)知識才有可能談其他創(chuàng)新和發(fā)展。另外在課程設(shè)計的過程中也會遇到很多困難。首先，此次設(shè)計用的設(shè)計軟件是MATLAB,由于軟件編程一直是我的薄弱項，所以開始就有畏難的情緒。但是通過仔細閱讀老師給出的參考程序片段，上網(wǎng)搜索已有的程序案例，讀懂相關(guān)的程序功能，并根據(jù)實際需求作出適當修改，就能符合設(shè)計要求。其次，在程序運行的過程中也會由于子程序引用時的格式錯誤，使得不能編譯通過，通過重新了解相關(guān)格式，仔細檢查程序和向其他同學(xué)請教等方式，發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤。因此，很多事情不是因為難以做到，我們才失去信心；相反，是因為我們失去信心，事情才顯得困難，所以克服畏難情緒，靜下心來，通過努力，很多看起來困難的事情其實并不難?？傮w而言，這次課程設(shè)計使我受益匪淺，讓我更加深入的了解了PCM脈沖編碼調(diào)制的原理，進一步學(xué)會MATLAB編程，對以后的學(xué)習(xí)和工作起到了一定的作用。實驗代碼：t=0:0.01:10;m1=-60:1:0;%輸入的正弦信號幅度不同m=104(ml/20);figure(1)fori=1:length(m)forj=1:2x1=m(i)*sin(2*pi*t+2*pi*rand(1));v=1;x=x1/v;%normalizesxx=floor(x*4096);y=pcm_encode(sxx);y2=pcm_decode(y,v);nq(j)=sum((x1-y2).*(x1-y2))/length(x1);sq(j)=mean(y2.A2);snr(j)=(sq(j)/nq(j));drawnowsubplot(211)plot(t,x1);title('未編碼信號波形')；subplot(212)plot(t,y2)title('編譯碼后得到的信號波形')；endsnrq(i)=10*log10(mean(snr));endfigure(2)drawnowsubplot(211)plot(t,x1);axis([00.7-11]);title('未編碼信號波形')；subplot(212)plot(t,y2)axis([00.7-11]);title('編譯碼后得到的信號波形')；figure(3)plot(m1,snrq)；axis([-600060])；title('xulie的量化信噪比')grid；PCM編碼函數(shù)程序：function[out]=pcm_encode(x)%xencodetopcmcoden=length(x)；%-4096<x<4096fori=1:nifx(i)>0out(i,1)=1；elseout(i,1)=0；endifabs(x(i))>=0&abs(x(i))<32out(i,2)=0；out(i,3)=0；out(i,4)=0；step=2；st=0；elseif32<=abs(x(i))&abs(x(i))<64out(i,2)=0；out(i,3)=0；out(i,4)=1；step=2；st=32；elseif64<=abs(x(i))&abs(x(i))<128out(i,2)=0；out(i,3)=1；out(i,4)=0；step=4；st=64；elseif128<=abs(x(i))&abs(x(i))<256out(i,2)=0；out(i,3)=1；out(i,4)=1；step=8；st=128elseif256<=abs(x(i))&abs(x(i))<512out(i,2)=1；out(i,3)=0；out(i,4)=0；step=16；st=256；elseif512<=abs(x(i))&abs(x(i))<1024out(i,2)=1；out(i,3)=0；out(i,4)=1；step=32；st=512；elseif1024<=abs(x(i))&abs(x(i))<2048out(i,2)=1；out(i,3)=1；out(i,4)=0；step=64；st=1024；elseif2048<=abs(x(i))&abs(x(i))<4096out(i,2)=1；out(i,3)=1；out(i,4)=1；step=128；st=2048；elseout(i,2)=1；out(i,3)=1；out(i,4)=1；step=128；st=2048；endif(abs(x(i))>=4096)out(i,2:8)=[1111111]；elsetmp=floor((abs(x(i))-st)/step);t