simulink關(guān)于pcm、dpcm的通信原理課設(shè).doc

通信原理課程設(shè)計(jì)目錄前言11 模擬信號數(shù)字化傳輸原理21.1 模擬信號的數(shù)字化傳輸21.2 模擬信號的抽樣原理21.3 抽樣信號的量化原理31.4 脈沖編碼調(diào)制原理61.5 差分脈沖編碼調(diào)制原理72 Simulink組件使用介紹93 模擬信號抽樣的設(shè)計(jì)與仿真分析113.1模擬抽樣信號的設(shè)計(jì)114模擬信號量化的設(shè)計(jì)與仿真分析154.1 模擬信號量化的設(shè)計(jì)154.2模擬量化信號仿真結(jié)果175 PCM編譯碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析195.1 PCM編譯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)195.2 PCM編譯系統(tǒng)的仿真與結(jié)果226 DPCM編譯碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真246.1 DPCM編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)246.2 DPCM編譯碼系統(tǒng)仿真與結(jié)果26總結(jié)27參考文獻(xiàn)28前言1837年，莫爾斯完成了電報(bào)系統(tǒng)，此系統(tǒng)于1844年在華盛頓和巴爾迪摩爾之間試運(yùn)營，這可認(rèn)為是電信或者遠(yuǎn)程通信，也就是數(shù)字通信的開始。數(shù)字化可從脈沖編碼調(diào)制開始說起。1937年里夫提出用脈沖編碼調(diào)制對語聲信號編碼，這種方法優(yōu)點(diǎn)很多。例如易于加密，不像模擬傳輸那樣有噪聲積累等。但在當(dāng)代代價太大，無法實(shí)用化；在第二次世界大戰(zhàn)期間，美軍曾開發(fā)并使用24路PCM系統(tǒng)，取得優(yōu)良的保密效果。但在商業(yè)上應(yīng)用還要等到20世紀(jì)70年代。才能取代當(dāng)時普遍采用的載波系統(tǒng)。我國70代初期決定采用30路的一次群標(biāo)準(zhǔn)，80年代初步引入商用，并開始了通信數(shù)字化的方向。數(shù)字化的另一個動向是計(jì)算機(jī)通信的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)能力的強(qiáng)大，并日益被利用，計(jì)算機(jī)之間的信息共享成為進(jìn)一步擴(kuò)大其效能的必需。60年代對此進(jìn)行了很多研究，其結(jié)果表現(xiàn)在1972年投入使用的阿巴網(wǎng)。由此可見，通信系統(tǒng)中的信息傳輸已經(jīng)基本數(shù)字化。在廣播系統(tǒng)中，當(dāng)前還是以模擬方式為主，但數(shù)字化的趨向也已經(jīng)明顯，為了改進(jìn)質(zhì)量，數(shù)字聲頻廣播和數(shù)字電視廣播已經(jīng)提前到日程上來，21世紀(jì)已經(jīng)逐步取代模擬系統(tǒng)。尤為甚者，設(shè)備的數(shù)字化，更是日新月異。近年來提出的軟件無線電技術(shù)，試圖在射頻進(jìn)行模數(shù)，把調(diào)制解調(diào)和鎖相等模擬運(yùn)算全部數(shù)字化，這使設(shè)備超小型化并具有多種功能，所以數(shù)字化進(jìn)程還在發(fā)展?；贛ATLAB的SIMULINK仿真模型，能夠反映模擬通信系統(tǒng)的動態(tài)工作過程，其可視化界面具有很好的演示效果，為通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究提供強(qiáng)有力的工具，也為學(xué)習(xí)通信系統(tǒng)理論提供了一條非常好的途徑。當(dāng)然理論與實(shí)際還會有很大的出入，在設(shè)計(jì)時還要考慮各種干擾和噪聲等因素的影響。 1 模擬信號數(shù)字化傳輸原理1.1 模擬信號的數(shù)字化傳輸模擬信號的數(shù)字傳輸是指把模擬信號先變換為數(shù)字信號后，再進(jìn)行傳輸。由于與模擬傳輸相比，數(shù)字傳輸有著抗干擾能力強(qiáng)、差錯可控等眾多優(yōu)點(diǎn)，因而此技術(shù)越來越受到重視。模/數(shù)變換是把模擬基帶信號變換為數(shù)字基帶信號，盡管后者的帶寬會比前者大得很多，但本質(zhì)上仍屬于基帶信號。這種傳輸可直接采用基帶傳輸，或經(jīng)過數(shù)字調(diào)制后再做頻帶傳輸。 s(t)mq(kT) m(kT)m(t)抽樣量化編碼樣圖1-1 模擬信號數(shù)字化流程圖數(shù)字化包括抽樣、量化、編碼三個步驟，如圖1-1所示：抽樣完成時間離散量化過程，所得抽樣值m(kT)為PAM信號；量化完成復(fù)制離散化過程，所得量化信號值mq(kT)為多電平PAM信號；編碼完成多進(jìn)制到二進(jìn)制的變化過程，所得s(t)是二進(jìn)制編碼信號。1.2 模擬信號的抽樣原理模擬信號通常是時間上連續(xù)的信號。在一系列離散點(diǎn)上，對這種信號抽取樣值稱為抽樣，如圖1-2所示。圖中m(t)是一個模擬信號，在等時間間隔T上，對它抽取樣值。在理論上，抽樣過程可以看作使用周期性單位沖激脈沖（impulse）和此模擬信號相乘。抽樣結(jié)果得到的是一系列周期性的沖激脈沖，其面積和模擬信號的取值成正比。沖激脈沖在圖1-2中用一些箭頭表示，實(shí)際上，是用周期性窄脈沖代替沖激脈沖與模擬信號相乘。抽樣定理指出：設(shè)一個連續(xù)模擬信號m(t)中的最高頻率fH，則以間隔時間為T2H（即fs2fH），那么各相鄰頻移后的頻譜不會發(fā)生重疊。圖1-2抽樣過程中的信號波形與頻譜取樣信號ms(t)中恢復(fù)原信號m(t)，如圖1-3所示。當(dāng)抽樣頻率小于奈奎斯特頻率時，即s2H，則抽樣信號的頻譜在相鄰的周期內(nèi)發(fā)生混疊，如圖1-3所示：當(dāng)抽樣頻率大于或等于奈奎斯特頻率時，接收端回復(fù)與原信號基本一致。為了不發(fā)生混疊現(xiàn)象，必須滿足s2H。圖1-3 模擬信號的恢復(fù)1.3 抽樣信號的量化原理量化就是把經(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。從數(shù)學(xué)上來看，量化就是把一個連續(xù)幅度值的無限數(shù)集合映像成一個離散幅度值的有限數(shù)集合。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。如公式1-2所示，量化器輸出L個量化值yk，k=1，2，3，L。yk常稱為重建電平或量化電平。當(dāng)量化器輸入信號幅度x落在xk與xk+1之間時，量化器輸出電平為yk。這個量化過程可以表達(dá)為：（1-2）模擬入量化器量化值圖1-4 量化器這里xk稱為分層電平或判決閾值。通常k=xk+1-xk稱為量化間隔。模擬信號的量化分為均勻量化和非均勻量化。均勻量化：采用相等的量化間隔對采樣得到的信號作量化，那么這種量化稱為均勻量化。均勻量化就是采用相同的“等分尺”來度量采樣得到的幅度，也稱為線性量化。量化后的樣本值Y和原始值X的差E=Y-X稱為量化誤差或量化噪聲。均勻量化示意圖，如圖1-5所示：圖1-5 均勻量化示意圖用這種方法量化輸入信號時，無論對大的輸入信號還是小的輸入信號一律都采用相同的量化間隔。為了適應(yīng)幅度大的輸入信號，同時又要滿足精度要求，就需要增加樣本的位數(shù)。但是，對話音信號來說，大信號出現(xiàn)的機(jī)會并不多，增加的樣本位數(shù)就沒有充分利用。為了克服這個不足，就出現(xiàn)了非均勻量化的方法。非均勻量化：非均勻量化是根據(jù)信號的不同區(qū)間來確定量化間隔的。對于信號取值小的區(qū)間，其量化間隔v也小；反之，量化間隔就大。它與均勻量化相比，有兩個突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，當(dāng)輸入量化器的信號具有非均勻分布的概率密度（實(shí)際中常常是這樣）時，非均勻量化器的輸出端可以得到較高的平均信號量化噪聲功率比；其次，非均勻量化時，量化噪聲功率的均方根值基本上與信號抽樣值成比例。因此量化噪聲對大、小信號的影響大致相同，即改善了小信號時的量化信噪比。實(shí)際中，非均勻量化的實(shí)際方法通常是將抽樣值通過壓縮再進(jìn)行均勻量化。通常使用的壓縮器中，大多采用對數(shù)式壓縮。廣泛采用的兩種對數(shù)壓縮律是壓縮律和A壓縮律。美國采用壓縮律，我國和歐洲各國均采用A壓縮律，所謂A壓縮律也就是壓縮器具有如下特性的壓縮律：（1-3）由于A律壓縮實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，常使用13折線法編碼，壓擴(kuò)特性圖如下圖所示：圖1-6 A律函數(shù)13折線壓擴(kuò)特性圖這樣，它基本上保持了連續(xù)壓擴(kuò)特性曲線的優(yōu)點(diǎn)，又便于用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)中所用到的PCM編碼正是采用這種壓擴(kuò)特性來進(jìn)行編碼的。表1-1 13折線時的值與計(jì)算值的比較y01/82/83/84/85/86/87/81A律的x值01/1281/60.61/30.61/15.41/7.791/3.931/1.98113折線法的x01/1281/641/321/161/81/41/21折線段號12345678折線斜率161684211/21/4表1-1中第二行的x值是根據(jù)A=87.6時計(jì)算得到的，第三行的x值是13折線分段時的值?？梢姡?3折線各段落的分界點(diǎn)與A律曲線十分逼近，同時A律按2的冪次分割有利于數(shù)字化。1.4 脈沖編碼調(diào)制原理把量化的電平值表示成二進(jìn)制碼組的過程稱為編碼。將模擬信號的經(jīng)過抽樣、量化、編碼變換為數(shù)字信號，然后再傳輸，這種方式稱為脈沖編碼調(diào)制(PCM)。PCM原理方框圖如圖1-7所示：PCM信號抽樣量化編碼信道譯碼低通濾波模擬信號沖激脈沖干擾模擬信號輸出圖1-7 PCM原理方框圖在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來分，大致可分為兩大類：低速編碼和高速編碼。通信中一般都采用第二類。編碼器的種類大體上可以歸結(jié)為三類：逐次比較型、折疊級聯(lián)型、混合型。在逐次比較型編碼方式中，無論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的順序排列。下面結(jié)合13折線的量化來加以說明。在13折線法中，無論輸入信號是正是負(fù)，均按8段折線（8個段落）進(jìn)行編碼。若用8位折疊二進(jìn)制碼來表示輸入信號的抽樣量化值，其中用第一位表示量化值的極性，其余七位（第二位至第八位）則表示抽樣量化值的絕對大小。具體的做法是：用第二至第四位表示段落碼，它的8種可能狀態(tài)來分別代表8個段落的起點(diǎn)電平，如表1-2所示。其它四位表示段內(nèi)碼，它的16種可能狀態(tài)來分別代表每一段落的16個均勻劃分的量化級，如表1-3所示。這樣處理的結(jié)果，8個段落被劃分成27128個量化級。表1-2 段落碼段落序號段落碼段落序號段落碼81114011711030106101200151001000表1-3 段內(nèi)碼量化級段內(nèi)碼量化級段內(nèi)碼151111701111411106011013110150101121100401001110113001110101020010910011000181000000001.5 差分脈沖編碼調(diào)制原理預(yù)測編碼（Prediction Coding）：是指利用前面的一個或多個信號對下一個信號進(jìn)行預(yù)測，然后對實(shí)際值和預(yù)測值的差進(jìn)行編碼。預(yù)測編碼主要是減少了數(shù)據(jù)在時間和空間上的相關(guān)性，因而對于時間序列數(shù)據(jù)有著廣泛的應(yīng)用價值。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，例如語音的分析與合成，圖像的編碼與解碼，預(yù)測編碼已得到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用。兩種典型的預(yù)測編碼：差分脈碼調(diào)制（DPCM）、自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制（ADPCM）。預(yù)測編碼方法分線性預(yù)測和非線性預(yù)測編碼方法。線性預(yù)測編碼方法，也稱差值脈沖編碼調(diào)制法，簡稱DPCM（differentialPulseCodeModulation）。DPCM編碼，簡稱差值編碼，是對模擬信號幅度抽樣的差值進(jìn)行量化編碼的調(diào)制方式。這種方式是用已經(jīng)過去的抽樣值來預(yù)測當(dāng)前的抽樣值，對它們的差值進(jìn)行編碼。差值編碼可以提高編碼頻率，這種技術(shù)已應(yīng)用于模擬信號的數(shù)字通信之中。舉例說明DPCM編碼原理：設(shè)DPCM系統(tǒng)預(yù)測器的預(yù)測值為前一個樣值，假設(shè)輸入信號已經(jīng)量化，差值不再進(jìn)行量化。若系統(tǒng)的輸入為0 1 2 1 1 2 3 3 4 4 ，則預(yù)測值為0 0 1 2 1 1 2 3 3 4 ，差值為0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 ，差值的范圍比輸入樣值的范圍有所減小，可以用較少的位數(shù)進(jìn)行編碼。差分脈沖編碼調(diào)制方式的主要特點(diǎn)是把增量值分為多個等級，然后把多個不同等級的增量值編為位二進(jìn)制代碼m(t)再送到信道傳輸，因此，它兼有增量調(diào)制和PCM的各自特點(diǎn)。設(shè)這個誤差電壓經(jīng)過量化后變?yōu)閭€電平中的一個，電平間隔可以相等，也可以不等，這里認(rèn)為它是間隔相等的均勻量化。量化了的誤差電壓經(jīng)過脈沖調(diào)制器變?yōu)镻AM脈沖序列，這個PAM信號一方面經(jīng)過PAM編碼器編碼后得到DPCM信號發(fā)送出去。另一方面把它經(jīng)過積分器后變?yōu)榕c輸入信號x(t)進(jìn)行比較，通過相減器得到誤差電壓e(t)。實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過DPCM調(diào)制后的信號，其傳輸?shù)谋忍芈室萈CM的低，相應(yīng)要求的系統(tǒng)傳輸帶寬也大大地減小了。此外，在相同比特速率條件下，DPCM比PCM信噪比也有很大的改善。與增量脈沖編碼調(diào)制（M）相比，由于它增多了量化級，因此，在改善量化噪聲方面優(yōu)于M系統(tǒng)。DPCM的缺點(diǎn)是易受到傳輸線路上噪聲的干擾，在抑制信道噪聲方面不如M。DPCM編碼是廣泛運(yùn)用的預(yù)測編碼方法之一。在DPCM編碼中，每個抽樣值不是獨(dú)立的編碼，而是將前一個抽樣值當(dāng)做預(yù)測值，然后再取當(dāng)前抽樣值和預(yù)測值之差進(jìn)行編碼并傳輸。DPCM譯碼同樣是將前一個值當(dāng)做預(yù)測值，然后取當(dāng)前值與預(yù)測值之差進(jìn)行解碼，將一個個脈沖碼組轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的量化采樣值，最后經(jīng)過一個低通濾波器重建原模擬信號。DPCM系統(tǒng)原理方框圖如圖1-8所示：抽樣量化器編碼器信道譯碼器延遲Ts延遲Ts圖1-8 DPCM系統(tǒng)原理方框圖2 Simulink組件使用介紹美國Mathworks公司于1967年推出了矩陣實(shí)驗(yàn)室“Matrix Laboratory”（縮寫為Matlab）這就是Matlab最早的雛形。開發(fā)的最早的目的是幫助學(xué)校的老師和學(xué)生更好的授課和學(xué)習(xí)。從Matlab誕生開始，由于其高度的集成性及應(yīng)用的方便性，在高校中受到了極大的歡迎。由于它使用方便，能非?？斓膶?shí)現(xiàn)科研人員的設(shè)想，極大的節(jié)約了科研人員的時間，受到了大多數(shù)科研人員的支持，經(jīng)過一代代人的努力，目前已發(fā)展到了7.X版本。Matlab是一種解釋性執(zhí)行語言，具有強(qiáng)大的計(jì)算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡單，擴(kuò)充方便，尤其是世界上有成千上萬的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過程中擴(kuò)充Matlab的功能，使其成為了巨大的知識寶庫。目前的Matlab版本已經(jīng)可以方便的設(shè)計(jì)漂亮的界面，它可以像VB等語言一樣設(shè)計(jì)漂亮的用戶接口，同時因?yàn)橛凶钬S富的函數(shù)庫（工具箱），所以計(jì)算的功能實(shí)現(xiàn)也很簡單，進(jìn)一步受到了科研工作者的歡迎。另外，Matlab和其它高級語言也具有良好的接口，可以方便的實(shí)現(xiàn)與其它語言的混合編程，進(jìn)一步拓寬了Matlab的應(yīng)用潛力。可以說，Matlab已經(jīng)也很有必要成為大學(xué)生的必修課之一，掌握這門工具對學(xué)習(xí)各門學(xué)科有非常重要的推進(jìn)作用。Simulink是Matlab中的一種可視化仿真工具，也是目前在動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等方面應(yīng)用最廣泛的工具之一。確切的說，Simulink是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持線性和非線性系統(tǒng)，連續(xù)、離散時間模型，或者是兩者的混合。系統(tǒng)還可以使多種采樣頻率的系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進(jìn)程的。Simulink工作環(huán)境經(jīng)過幾年的發(fā)展，已經(jīng)成為學(xué)術(shù)和工業(yè)界用來建模和仿真的主流工具包。在Simulink環(huán)境中，它為用戶提供了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型圖就如同用手在紙上畫模型一樣自如、方便，故用戶只需進(jìn)行簡單的點(diǎn)擊和拖動就能完成建模，并可直接進(jìn)行系統(tǒng)的仿真，快速的得到仿真結(jié)果。它的主要特點(diǎn)在于建模方便、快捷，易于進(jìn)行模型分析，優(yōu)越的仿真性能。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。Simulink模塊庫（或函數(shù)庫）包含有Sinks（輸出方式）、Sources（輸入源）、Linear（線性環(huán)節(jié)）、Nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）、Connection（連接與接口）和Extra（其它環(huán)節(jié)）等具有不同功能或函數(shù)運(yùn)算的Simulink庫模塊（或庫函數(shù)），而且每個子模型庫中包含有相應(yīng)的功能模塊，用戶還可以根據(jù)需要定制和創(chuàng)建自己的模塊。用Simulink創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。用戶可以從最高級開始觀看模型，然后用鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級的內(nèi)容，以此類推，從而可以看到整個模型的細(xì)節(jié)，幫助用戶理解模型的結(jié)構(gòu)和各模塊之間的相互關(guān)系。在定義完一個模型后，用戶可以通過Simulink的菜單或Matlab的命令窗口鍵入命令來對它進(jìn)行仿真。菜單方式對于交互工作非常方便，而命令行方式對于運(yùn)行仿真的批處理非常有用。采用Scope模塊和其它的顯示模塊，可以在仿真進(jìn)行的同時就可立即觀看到仿真結(jié)果，若改變模塊的參數(shù)并再次運(yùn)行即可觀察到相應(yīng)的結(jié)果，這適用于因果關(guān)系的問題研究。仿真的結(jié)果還可以存放到Matlab的工作空間里做事后處理。模型分析工具包括線性化和整理工具，Matlab的所有工具及Simulink本身的應(yīng)用工具箱都包含這些工具。由于Matlab和Simulink的集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對自己的模型進(jìn)行仿真、分析和修改模型。但是Simulink不能脫離Matlab而獨(dú)立工作。電子設(shè)計(jì)選擇用Simulink而不是直接用Matlab編程，一定程度上減小了設(shè)計(jì)難度，而且設(shè)計(jì)效果更加直觀。在庫函數(shù)中可以找到相應(yīng)的濾波器，乘法器等等，而且可以通過參數(shù)設(shè)置，近似的實(shí)現(xiàn)實(shí)際中的效果，因此能夠更好地反映實(shí)際通信系統(tǒng)的情況。3 模擬信號抽樣的設(shè)計(jì)與仿真分析3.1模擬抽樣信號的設(shè)計(jì)圖3-1 模擬信號抽樣設(shè)計(jì)圖根據(jù)抽樣定理的內(nèi)容，對抽樣過程進(jìn)行設(shè)計(jì),各儀器設(shè)置的參數(shù)如下：圖3-2 Sine Wave的參數(shù)圖3-3 Pulse Generator 的參數(shù)圖3-4 Analog Filter Design 的參數(shù)圖3-5 Gain的參數(shù)基帶信號的采樣定理是指，對于一個頻譜寬度限制于BHz的基帶連續(xù)時間信號，可惟一地被均勻間隔不大于12B秒的樣值序列所確定。采樣定理表明，如果以不小于2B次/秒的速率對基帶仿真信號均勻采樣，那么所得到的樣值序列就包含了基帶信號的全部信息，換句話說，就是通過該序列可以無失真地重建對應(yīng)的基帶仿真信號。如果采樣率低于基帶信號最高頻率的2倍，那么采樣輸出序列的頻譜就會發(fā)生交迭，從而無法恢復(fù)原基帶仿真信號。3.2 模擬信號抽樣的觀察與分析圖3-6 模擬信號波形圖3-7抽樣信號波形圖3-8 抽樣之后波形圖圖3-9恢復(fù)信號波形在圖3-6、圖3-7、圖3-8、圖3-9中，依次是原始輸入信號、沖激脈沖、抽樣之后的波形、恢復(fù)之后的波形。從時域仿真結(jié)果看，恢復(fù)波形與原信號波形之間的區(qū)別僅僅是幅度比例和一定的延時，波形形狀是無失真的。4模擬信號量化的設(shè)計(jì)與仿真分析4.1 模擬信號量化的設(shè)計(jì)圖4-1 模擬信號量化設(shè)計(jì)圖A律PCM數(shù)字電話系統(tǒng)國際標(biāo)準(zhǔn)中，參數(shù)A=87.6。Simulink通信模塊庫中提供了A-Law Compressor、A-Law Expander來實(shí)現(xiàn)A律壓縮擴(kuò)張計(jì)算。壓縮系數(shù)為87.6的A律壓縮擴(kuò)張曲線可以用折線來近似。其中靠近原點(diǎn)的4段折線的斜率相等，可視為一段，因此總折線數(shù)為13段，故稱13段折線近似。用Simulink中的Lookup Table查表模塊可以實(shí)現(xiàn)對13段折線近似的壓縮擴(kuò)張計(jì)算的建模，其中，壓縮模塊的輸入值向量設(shè)置為-1，-1/2，-1/4，-1/8，-1/16，-1/32，-1/64，-1/128，0，1/128，1/64，1/32，1/16，1/8，1/4，1/2，1，輸出值向量設(shè)置為-1，-7/8，-6/8，-5/8，-4/8，-3/8，-2/8，-1/8，0，1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8，1，擴(kuò)張模塊的設(shè)置與壓縮模塊的設(shè)置相反。儀器各參數(shù)如圖：圖4-1 A-Law Compressor圖4-2 A-Law Expander圖4-3 Gain圖4-4 Quantizer圖4-5 signal Generator4.2模擬量化信號仿真結(jié)果圖4-6 輸入信號、壓縮器輸出信號如圖4-6所示：第一個波形顯示的是輸入信號波形，第二個波形是經(jīng)過壓縮之后的波形，壓縮之后不再是斜率單一的鋸齒波，而是A律壓縮波形。圖4-7 等價非均勻量化結(jié)果、量化輸出信號如圖4-7所示：第一個波形顯示的是擴(kuò)張之后的波形，與壓縮之前的波形相對應(yīng)，是等價的非均勻量化結(jié)果，第二個波形是壓縮器輸出結(jié)果進(jìn)行13折線量化之后的波形。5 PCM編譯碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析5.1 PCM編譯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖5-1 PCM系統(tǒng)總圖參數(shù)具體設(shè)置如下圖所示圖5-2 Sine Wave圖5-3 Analog Filter Design圖5-4 Display圖5-5 FrameConversion圖5-6 Buffer限制信號變化范圍，設(shè)置Saturation的參數(shù)-1到1。設(shè)置繼電器，在兩個常數(shù)中選出一個作為輸出，Output when on設(shè)為1，Output when on設(shè)為0，Sample time值設(shè)為0.001，以后此值也如此設(shè)置。輸入輸出絕對值，Sample time值設(shè)為0.001。增益設(shè)置，即將模塊的輸入乘以一個數(shù)值，為127。比特輸出設(shè)置輸出為7bit，混合器mux設(shè)為7。其中以Saturation作為限幅器，講輸入信號幅值限定在PCM定義的范圍內(nèi)，Relay模塊的門限設(shè)置為0，其輸出可作為PCM編碼輸出的最高位極性碼。樣值取絕對值后，以上圖所示的查表模塊進(jìn)行13折線壓縮，并用增益模塊將樣值范圍放大到0到127內(nèi)，然后用間距為1的量化器進(jìn)行四舍五入取整，最后將整數(shù)編碼為7bit二進(jìn)制序列，作為PCM編碼的低7位?？梢詫⒃撃Ｐ椭刑摼€所圍部分封裝為一個PCM編碼子系統(tǒng)備用。圖5-7編碼器內(nèi)部原理圖圖5-8 解碼器內(nèi)部原理圖PCM譯碼器中首先分離并行數(shù)據(jù)中的最高位（極性碼）和7位數(shù)據(jù)，然后將7bit數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)值，再進(jìn)行歸一化、擴(kuò)張后與雙極性的極性碼相乘得出解碼值?？梢詫⒃撃Ｐ椭刑摼€所圍部分封裝為一個PCM譯碼子系統(tǒng)備用。PCM編碼輸出經(jīng)過并串轉(zhuǎn)換后得到二進(jìn)制碼流送入二進(jìn)制對稱信道。在解碼端信道輸出的碼流經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后送入PCM譯碼，之后輸出譯碼結(jié)果并顯示波形。模型中沒有對PCM解碼結(jié)果作低通濾波處理，但實(shí)際系統(tǒng)中PCM譯碼輸出總是經(jīng)過低通濾波后送入揚(yáng)聲器的。對輸入信號進(jìn)行設(shè)置，使其產(chǎn)生一個正弦波。對Zero-Oder-Hold設(shè)置，實(shí)現(xiàn)一個采樣周期的零階保持。模擬信號經(jīng)過DPCM編碼、數(shù)碼轉(zhuǎn)換后的波形在示波器中是并行輸出的，為了便于觀察，我們需要進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換。把數(shù)據(jù)打成幀格式，對一下模塊進(jìn)行設(shè)置，選擇frame based。對緩沖器進(jìn)行設(shè)置output值為1。二進(jìn)制對稱信道設(shè)置，誤碼率為0.01，以觀察信道誤碼對PCM傳輸?shù)挠绊?。對緩沖器進(jìn)行設(shè)置output值為8。5.2 PCM編譯系統(tǒng)的仿真與結(jié)果圖5-9系統(tǒng)總圖示波器波形圖5-10 編碼后的波形說明在輸入正弦波的情況下，系統(tǒng)經(jīng)過了正確的解碼波形，編碼后得到了正確的解碼波形。傳輸信號為200Hz正弦波，解碼輸出存在延遲。對應(yīng)于信道產(chǎn)生誤碼的位置，譯碼輸出波形中出現(xiàn)了干擾脈沖，干擾脈沖的大小取決于信道中錯誤比特位于一個PCM編碼字符串中的位置，位于最高位（極性）時將導(dǎo)致解碼值極性錯誤，這時引起的干擾最大，而位于最低位的誤碼引起的干擾最輕微。6 DPCM編譯碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真6.1 DPCM編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖6-1 DPCM編譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖Simulink通信模塊庫中提供了DPCM編碼譯碼模塊DPCM Encoder和DPCM Decoder。正弦波信號發(fā)生器種類設(shè)為time based，幅度為3，頻率為1，抽樣時間為0.1。對DPCM編碼模塊，此模塊的作用就是對信號進(jìn)行差分脈沖編碼調(diào)制，Predictor number為0 0.05，Predictor denomnaitor為1，Quantination partation為-2.5 -1.5 -0.5 0.5 1.5 2.5，Quantination codebook為-3 -2 -1 0 1 2 3，抽樣時間為0.1。進(jìn)行完模擬信號的DPCM編碼后，就將模擬信號轉(zhuǎn)化為了數(shù)字信號，此時的數(shù)字信號是以整數(shù)的形式表示的。對DPCM解碼模塊設(shè)置，此模塊的作用就是對經(jīng)過差分脈沖編碼調(diào)制的信號進(jìn)行解碼，Predictor number為0 0.1，Predictor denomnaitor為1，Quantination codebook為-3 -2 -1 0 1 2 3，抽樣時間為0.1。儀器參數(shù)設(shè)置如圖所示：圖6-2 Inte