脉冲编码调制PCM系统设计方案.docx

个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 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 学 号 院 系 专 业 指导教师 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 2018 年 1 月 15 日 脉冲编码调制 <PCM）系统设计与仿真 < 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。 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。 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。 2 / 16 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 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。 话音输入 低通滤波 瞬时压缩 抽 样 量 化 编 码 信 道 话音输出 低通滤波 瞬时扩张 解 调 解 码 再 生 3.1 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。 (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 y k ，k=1，2，3，?， L。 y k 常称为重建电平或量化电平。当 3 / 16 m(t ) 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 量化器输入信号幅度 x 落在 xk 与 x k 1 之间时，量化器输出电平为 y k 。 这个量化过程可以表达为： y Q(x) Q xk x xk 1 yk ,k 1,2,3, , L 这里 xk 称为分层电平或判决阈值。通常 kxk 1 xk 称为量化间隔。 x y 量化器 模拟入 量化值 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 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 4 / 16 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 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 压缩律和 A压缩律。美国采用 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： y Ax 1 1 ,0 X ln A A y 1 ln Ax , 1 X 1 1 ln A A 5 / 16 个人收集整理资料， 仅供交流学习， 勿作商业用途 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