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PCM编码器与PCM解码器的MATLAB实现及性能分析
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更新于2023-06-04
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1.1 课程设计目的 通过本课程的学习我们不仅能加深理解和巩固理论课上所学的有关 PCM编码和解码的基本概念、基本理论和基本方法,而且能锻炼我们分析问题和解决问题的能力;同时对我们进行良好的独立工作习惯和科学素质的培养,为今后参加科学工作打下良好的基础。 1.2 课程设计内容 利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,设计一个 PCM编码与解码系统.用示波器观察编码与解码前后的信号波形;加上各种噪声源,或含有噪声的信道,最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。 1.3 课程设计要求 1.熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台,熟悉PCM编码与解码原理,构建PCM编码与解码电路图. 2. 对模拟信号进行采样、量化、编码(PCM), 将编码后的信号输入信道再进行PCM解码,还原出原信号.建立仿真模型,分析仿真波形. 3. 在编码与解码电路间加上噪声源,或者加入含有噪声源的信道,并给出仿真波形。 4. 在老师的指导下,要求独立完成课程设计的全部内容,并按要求编写课程设计学年论文,能正确阐述和分析设计和实验结果。
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王春鹏 编码器与 解码器的 实现及性能分析共 页第 页
PCM 编码器与 PCM 解码器的
MATLAB 实现及性能分析
摘 要:利用 集成环境下的 仿真平台,设计一个 PCM 编码与解码
系统.用示波器观察编码与解码前后的信号波形;加上各种噪声源,用误码测试模块测量
误码率;最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。
关键词:; 仿真平台; 编码器与解码器;
1 引言
1.1 课程设计目的
通过本课程的学习我们不仅能加深理解和巩固理论课上所学的有关 编码和解
码的基本概念、基本理论和基本方法,而且能锻炼我们分析问题和解决问题的能力;
同时对我们进行良好的独立工作习惯和科学素质的培养,为今后参加科学工作打下良
好的基础。
1.2 课程设计内容
利用 集成环境下的 仿真平台,设计一个 编码与解码系统.
用示波器观察编码与解码前后的信号波形;加上各种噪声源,或含有噪声的信道,最后根
据运行结果和波形来分析该系统性能。
1.3 课程设计要求
1.熟悉 环境下的 仿真平台,熟悉 PCM 编码与解码原理,构建
王春鹏 编码器与 解码器的 实现及性能分析共 页第 页
PCM 编码与解码电路图.
2. 对模拟信号进行采样、量化、编码(), 将编码后的信号输入信道再进行
PCM 解码,还原出原信号.建立仿真模型,分析仿真波形.
3. 在编码与解码电路间加上噪声源,或者加入含有噪声源的信道,并给出仿真波
形。
4. 在老师的指导下,要求独立完成课程设计的全部内容,并按要求编写课程设计
学年论文,能正确阐述和分析设计和实验结果。
2 脉冲编码调制
2.1 简介
现在的数字传输系统都是采用脉码调制() 体制。 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 有两个标准即 和 。
我国采用的是欧洲的 标准。 的速率是 的速率是 !"。
:相变存储器#$%&$'() *是由 IBM 公司的研究机构所开发的
一种新型存储芯片,将有望来替代如今的闪存 Flash 和硬盘驱动器 HDD。
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 (+&),即脉冲编码调制。这种
电的数字信号称为数字基带信号,由 PCM 电端机产生。
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。
线路的特点:
• 线路可以提供很高的带宽,满足用户的大数据量的传输。
•支持从 开始的各种速率,最高可达 的速率。
•通过 ,- 设备进行网络传输,线路协议简单。
与传统的 ,,. 技术相比, 具有以下特点:
王春鹏 编码器与 解码器的 实现及性能分析共 页第 页
•线路使用费用相对便宜。
•能够提供较大的带宽。
•接口丰富便于用户连接内部网络。
•可以承载更多的数据传输业务。
(动力控制模块):
汽车电控部分,电控单元的动力控制模块,有存储器、输入、输出。
2.2 原理
//所谓脉冲编码调制,就是将模拟信号抽样量化,然后将已量化值变换成代码。下面
将用一个 PCM 系统的原理框图简要介绍。原理框图如图 2-1 所示。
图 2-1 PCM 原理方框图
在编码器中由冲激脉冲对模拟信号抽样,得到在抽样时刻上的信号抽样值。这个
抽样值仍是模拟量。在它量化之前,通常由保持电路($'&(&)将其作短暂保
存,以便电路有时间对其量化。在实际电路中,常把抽样和保持电路作在一起,称为
抽样保持电路。图中的量化器把模拟抽样信号变成离散的数字量,然后在编码器中进
行二进制编码。这样,每个二进制码组就代表一个量化后的信号抽样值。图中的译码
抽 样
保 持
量化器 编码器
信
道
译码器
低通
滤波器
模拟信号
输入
信 号
输出
干扰
信
号输入
模 拟 信 号
输出
冲激脉冲
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器的原理和编码过程相反。其中,量化与编码的组合称为模/数变换器(, 变换器);
译码与低通滤波的组合称为数/模变换器(, 变换器)。
抽样是对模拟信号进行周期性的扫描, 把时间上连续的信号变成时间上离散的信
号。我们要求经过抽样的信号应包含原信号的所有信息, 即能无失真地恢复出原模拟
信号, 抽样速率的下限由抽样定理确定。
量化是把经抽样得到的瞬时值进行幅度离散,即指定 Q 规定的电平,把抽样值用
最接近的电平表示。
编码是用二进制码组表示有固定电平的量化值。实际上量化是在编码过程中同时
完成的。图 1 是 PCM 单路抽样、量化、 编码波形图。
0 律与 律压缩特性
0 律:(美、日)
律: (我国、欧洲)
式中,1 为归一化输入,) 为归一化输出,、0 为压缩系数。
数字压扩技术:一种通过大量的数字电路形成若干段折线, 并用这些折线来近似
A 律或 μ 律压扩特性,从而达到压扩目的方法。即对数压扩特性的折线近似法。
折线压扩特性:既不同于均匀量化的直线,又不同于对数压扩特性的光滑曲线。
总的来说用折线作压扩特性是非均匀量化的, 但它既有非均匀量化(不同折线有不同斜
率), 又有均匀量化(在同一折线的小范围内)。
两种常用数字压扩技术:(1) 律 折线压扩—— 折线近似逼近 2"3 的
律压扩特性;(2) 0 律 折线压扩—— 折线近似逼近 02 的 0 律压扩特性。
采用折线压扩的特点:基本上保持了连续压扩特性曲线的优点,又便于数字电路
的实现
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实际中 律常采用 折线近似如图 2-2 所示
图 2-2 A 律 13 折线
其具体分法如下:
先将 X 轴的区间4!,5一分为二,其中点为 ,取区间4 5作为第八段;
区间4! 5再一分为二,其中点为 1/4,取区间4 5作为第七段;
区间4! 5再一分为二,其中点为 ",取区间4" 5作为第六段;
区间4! "5一分为二,中点为 3,取区间43 "5作为第五段;
区间4! 35一分为二,中点为 1/32,取区间[1/32,1/16]作为第四段;
区间4! 5一分为二,中点为 3,取区间43 5作为第三段;
区间4! 35一分为二,中点为 ",区间4" 35作为第二段;
区间4! "5作为第一段。
然后将 6 轴的4! 5区间均匀地分成八段,从第一段到第八段
分别为4! "5 #" "5 #" "5 #" "5 #" "5 #" 3"5
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