基于matlab simulink的PCM調(diào)制解調(diào)仿真設(shè)計(jì)與研究

1、 天津理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院通信工程專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)基于Matlab/Simulink 的PCM調(diào)制解調(diào)仿真設(shè)計(jì)與研究 姓 名 史波 學(xué) 號(hào) 20102147 班 級(jí) 10通信3班 指導(dǎo)老師 白育堃、王俊峰 日 期 2013.11.26 目 錄摘要：1關(guān)鍵詞：1一 Matlab及simulink簡(jiǎn)介21.1 Matlab簡(jiǎn)介21.2 Matlab的功能和特點(diǎn)31.3 Simulink簡(jiǎn)介31.4Simulink的功能和特點(diǎn)4二 PCM基本原理42.1 抽樣52.2 量化52.3 編碼72.4 時(shí)分多路復(fù)用9三 PCM系統(tǒng)仿真電路設(shè)計(jì)103.1 總體設(shè)計(jì)思想103.2 各模塊的設(shè)計(jì)和仿真圖形

2、分析113.2.1 PCM編碼模塊設(shè)計(jì)113.2.2 PCM解碼模塊設(shè)計(jì)1532.3 PCM系統(tǒng)總體模塊17結(jié)束語(yǔ)19結(jié) 論20參 考 文 獻(xiàn)21摘要：本設(shè)計(jì)結(jié)合PCM的抽樣、量化、編碼原理，利用MATLAB軟件編程和繪圖功能，完成了對(duì)脈沖編碼調(diào)制（PCM）系統(tǒng)的建模與仿真分析。課題中主要分為三部分對(duì)脈沖編碼調(diào)制（PCM）系統(tǒng)原理進(jìn)行建模與仿真分析，分別為采樣、量化和編碼原理的建模仿真。同時(shí)仿真分析了采樣與欠采樣的波形、均勻量化與A律13折線(xiàn)非均勻量化的量化性能及其差異。通過(guò)對(duì)脈沖編碼調(diào)制（PCM）系統(tǒng)原理的仿真分析，設(shè)計(jì)者對(duì)PCM原理及性能有了更深刻的認(rèn)識(shí)，并進(jìn)一步掌握MATLAB軟件的使用

3、。 關(guān)鍵詞：脈沖編碼調(diào)制（PCM） 均勻與非均勻量化 MATLAB一 Matlab及simulink簡(jiǎn)介Matlab是由美國(guó)的mathworks公司出品的一款商業(yè)性數(shù)學(xué)軟件?？捎糜跀?shù)據(jù)的可視化、算法的開(kāi)發(fā)、數(shù)值的計(jì)算和數(shù)據(jù)分析的交互式的環(huán)境和高級(jí)的技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言。其主要包括SIMULINK與MATLAB兩大部分。1.1 Matlab簡(jiǎn)介MATLAB是美國(guó)MathWorks公司生產(chǎn)的一個(gè)為科學(xué)和工程計(jì)算專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的交互式大型軟件，是一個(gè)可以完成各種精確計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的、可視化的、強(qiáng)大的計(jì)算工具。它集圖示和精確計(jì)算于一身，在應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理、化工、機(jī)電工程、醫(yī)藥、金融和其它需要進(jìn)行復(fù)雜數(shù)值計(jì)算的領(lǐng)域得到

4、了廣泛應(yīng)用。它不僅是一個(gè)在各類(lèi)工程設(shè)計(jì)中便于使用的訓(xùn)算工具，而且也是一個(gè)在數(shù)學(xué)、數(shù)值分析和工程計(jì)算等課程教學(xué)中的優(yōu)秀的教學(xué)工具，在世界各地的高等院校中十分流行，在各類(lèi)工業(yè)應(yīng)用中更有不俗的表現(xiàn)。MATLAB可以在幾乎所有的PC機(jī)和大型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，適用于Windows、UNIX等多種系統(tǒng)平臺(tái)。MATLAB作為一種科學(xué)計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言之所以受歡迎，就是因?yàn)樗胸S富的函數(shù)資源和工具箱資源，編程人員可以根據(jù)自己的需要選擇函數(shù)，而無(wú)需再去編寫(xiě)大量繁瑣的程序代碼，從而減輕了編程人員的工作負(fù)擔(dān)。1.2 Matlab的功能和特點(diǎn)我這次所要選用的軟件是MATLAB，因?yàn)檫@款軟件的功能很是強(qiáng)大，學(xué)習(xí)起來(lái)也很方便，仿

5、真也比較容易實(shí)現(xiàn)。MATLAB具有以下六個(gè)特點(diǎn)：（1）較高的編程效率（2）MATLAB把連接、編輯、編譯及其執(zhí)行融合為一體。可以使用戶(hù)方便的使用。（3）具有很強(qiáng)擴(kuò)充能力，數(shù)學(xué)運(yùn)算可以直接調(diào)用豐富得庫(kù)函數(shù)用戶(hù)文件也能調(diào)用當(dāng)做庫(kù)函數(shù)。（4）matlab的語(yǔ)句很簡(jiǎn)單，內(nèi)涵也是十分的豐富（5）在matlab中矩陣和數(shù)組運(yùn)算是十分高效十分方便的（6）有一系列繪圖命令可調(diào)用，能夠更加方便的進(jìn)行繪圖，自變量可調(diào)。1.3 Simulink簡(jiǎn)介Simulink是MATLAB軟件中最重要的組件之一。在Simulink的仿真環(huán)境中，不用過(guò)多的添加各種大量的程序代碼，只用在Simulink的仿真界面上添加自己需要的各

6、種仿真器件即可構(gòu)造出龐雜的通信系統(tǒng)?；赟imulink的操作方便，使用靈活的特點(diǎn)，各種公司也積極的對(duì)它加以使用。其中，PCM技術(shù)的編碼與解碼就在該環(huán)境之下成功的進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。1.4Simulink的功能和特點(diǎn)連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間的需求都可以使用工具Simulink進(jìn)行建模，在這種仿真平臺(tái)之中，不同的系統(tǒng)部分可以運(yùn)用不同的速率，即不同部分可以使用不一樣的采樣速率。Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶(hù)接口（GUI）以創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，這個(gè)過(guò)程只需要使用鼠標(biāo)即可，操作簡(jiǎn)單方便。大量產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能這是構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的

7、。Simulink是MATLAB中的一個(gè)仿真平臺(tái)，它能夠使用MATLAB中的各種的工具來(lái)進(jìn)行各種所需的運(yùn)算和仿真。Simulink的特點(diǎn)：以設(shè)計(jì)功能的層次性來(lái)分割模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理 。豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫(kù) 。提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫(xiě)代碼集成并且可以交互式的圖形編輯器來(lái)組合和管理直觀的模塊圖。使用Embedded MATLAB 模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法 。診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為的仿真結(jié)果觀察方便。二 PCM基本原理脈沖編碼調(diào)制（PCM）簡(jiǎn)稱(chēng)脈碼調(diào)制，它是一種用二進(jìn)制數(shù)字代碼來(lái)代替連續(xù)信號(hào)的抽樣值，從而實(shí)現(xiàn)通信的方式。因?yàn)榇朔N通

8、信方式抗干擾能力強(qiáng)，因此在光釬通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信中均獲得了極為廣泛的運(yùn)用。PCM信號(hào)的形成是模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)“抽樣、量化、編碼”三個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)的。分別完成時(shí)間上離散、幅度上離散、及量化信號(hào)的二進(jìn)制表示。根據(jù)CCITT的建議，為改善小信號(hào)量化性能，采用壓擴(kuò)非均勻量化，有兩種建議方式，分別為A律和律方式，我國(guó)采用了A律方式，由于A律壓縮實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，常使用 13 折線(xiàn)法編碼。2.1 抽樣抽樣，即是對(duì)模擬的信號(hào)所進(jìn)行的周期性的掃描，將在時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變?yōu)樵跁r(shí)間上離散的信號(hào)。這個(gè)模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣以后還應(yīng)要包含原有信號(hào)當(dāng)中所有信息，也就是說(shuō)能夠無(wú)失真的恢復(fù)原有模擬信號(hào)。抽樣定理可確定其抽樣速率下限。于

9、一個(gè)頻帶限制在(0，fh )內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)f(t)，若以1/2 fh的時(shí)間間隔對(duì)它進(jìn)行抽樣，以此能完全恢復(fù)有原信號(hào)依靠這些個(gè)抽樣值。也就是說(shuō)，要是一個(gè)連續(xù)信號(hào)f(t)的頻譜當(dāng)中其最高的頻率不大于fh，在抽樣的頻率fs2fh時(shí)候，原有連續(xù)的所有信息也就包含于抽樣后的信號(hào)1。這就是抽樣定理。2.2 量化從數(shù)學(xué)上來(lái)看，量化是將一個(gè)連續(xù)幅度值的無(wú)限數(shù)集合映射成一個(gè)離散幅度值的有限數(shù)集合5。像圖 3.1所展現(xiàn)出來(lái)的量化器Q傳輸出來(lái)M個(gè)量化的值yk，k=1，2，3，M。yk常被稱(chēng)作量化電平或者是重建電平。在量化器所要輸進(jìn)去的信號(hào)的幅度值x落在xk和xk+1當(dāng)中的時(shí)候，量化器就傳送輸出的電平是yk。此量化

10、過(guò)程就可寫(xiě)成表達(dá)式為： Y=Q(x)=QXk<x<Xk+1=Yk,k=1,2,3,M一般來(lái)講k=xk+1-xk稱(chēng)作量化間隔，在此xk被稱(chēng)作判決閾值或者是分層電平。 量化器xy圖2.1模擬信號(hào)的量化量化后的抽樣信號(hào)于量化前的抽樣信號(hào)相比較，當(dāng)然有所失真，且不再是模擬信號(hào)。這種失真在接收端還原模擬信號(hào)是變現(xiàn)為噪聲，并稱(chēng)之為量化噪聲9。量化噪聲的大小取決于把樣值分級(jí)“取整”的方式，分的級(jí)數(shù)越多，即量化極差或間隔越小，量化噪聲也越小。模擬信號(hào)的量化分為均勻量化和非均勻量化。在現(xiàn)實(shí)中，一般愛(ài)采用非均勻量化。非均勻量化的量化間隔是依據(jù)信號(hào)的不同的區(qū)間來(lái)定的。信號(hào)取值大的區(qū)間，它的量化間隔v大；

11、在信號(hào)的取值小的區(qū)間，它的量化間隔v小5。將它和均勻量化作比較，它有倆主要好處。首先，在信號(hào)具非均勻的分布概率密度（現(xiàn)實(shí)中經(jīng)常如此）時(shí)當(dāng)在輸入量化器的時(shí)候，能夠取得比更加高地的平均信號(hào)的量化噪聲的功率比在非均勻量化器輸出端上；第二是，量化噪聲功率的它均方根值大體上和信號(hào)的抽樣值成比例在非均勻量化的時(shí)候。所以說(shuō)大信號(hào)和小信號(hào)在量化噪聲影響下大體是一樣的，也就是改良小信號(hào)的時(shí)候其量化的信噪比。在實(shí)際中，非均勻的量化的辦法通常是將獲得的抽樣值經(jīng)過(guò)壓縮然后再均勻量化。通常使用的壓縮器中，大多數(shù)是采用對(duì)數(shù)式壓縮。廣泛被采用的兩種對(duì)數(shù)壓縮律是壓縮律和A壓縮律。美國(guó)采用壓縮律，我國(guó)和歐洲各國(guó)均采用A壓縮律，

12、因此，PCM編碼方式采用的也是A壓縮律5。所謂A壓縮律也就是壓縮器具有如下特性的壓縮律： ；（2.1） ；（2.2）A律壓擴(kuò)特性是連續(xù)曲線(xiàn)，A值不同壓擴(kuò)特性亦不同，在電路上實(shí)現(xiàn)這樣的函數(shù)規(guī)律是相當(dāng)復(fù)雜的。實(shí)際中，往往都采用近似于A律函數(shù)規(guī)律的13折線(xiàn)（A=87.6）的壓擴(kuò)特性。如此，它便于用電路實(shí)現(xiàn)，又基本上保持了連續(xù)壓擴(kuò)特性曲線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，在這個(gè)設(shè)計(jì)之中所用著的PCM編碼正是采用這種壓擴(kuò)特性來(lái)編碼的。圖3.2示出了這種壓擴(kuò)特性，表3.1列出了13折線(xiàn)時(shí)的x值與計(jì)算x值的比較。圖2.2 A律函數(shù)13折線(xiàn)表2.1 13折線(xiàn)時(shí)的x值與計(jì)算x值的比較0101按折線(xiàn)分段時(shí)的01段落12345678斜率16

13、168421表2.1中第二行的x值是根據(jù)A=87.6時(shí)計(jì)算得到的，第三行的x值是13折線(xiàn)分段時(shí)的值?？梢?jiàn)，13折線(xiàn)各段落的分界點(diǎn)與A=87.6曲線(xiàn)十分逼近，同時(shí)x按2的冪次分割有利于數(shù)字化。2.3 編碼所謂編碼就是把量化后的信號(hào)變換成代碼，其相反的過(guò)程稱(chēng)為譯碼1。當(dāng)然，這里的編碼和譯碼與差錯(cuò)控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來(lái)分，大致可分為兩大類(lèi)：低速編碼和高速編碼。通信中一般都采用第二類(lèi)。編碼器的種類(lèi)大體上可以歸結(jié)為三類(lèi)：逐次比較型、折疊級(jí)聯(lián)型、混合型。在逐次比較型編碼方式中，無(wú)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

14、結(jié)合13折線(xiàn)的量化來(lái)加以說(shuō)明。表2.2 段落碼段落序號(hào)段落碼81117110610151004011301020011000表2.3 段內(nèi)碼量化級(jí)段內(nèi)碼量化級(jí)段內(nèi)碼15111170111141110601101311015010112110040100111011300111010102001091001100018100000000在13折線(xiàn)法中，無(wú)論輸入信號(hào)正還是負(fù)，都依8段折線(xiàn)（8個(gè)段落）來(lái)編碼。要是輸入信號(hào)抽樣量化值由8位折疊二進(jìn)制碼表示，在此間量化值極性就要用第一位表示，抽樣量化值其絕對(duì)的大小就要用其余七位（第2至8位）來(lái)表示。詳細(xì)的做法是：用第2到第4位表示段落碼，八個(gè)段落的起點(diǎn)電

15、平由它的八種可能狀態(tài)來(lái)分別表示。其它四位表示段內(nèi)碼，每一個(gè)段落它的16個(gè)均勻的劃分地量化級(jí)由它的16種可能狀態(tài)來(lái)分別的代表。這樣處理的結(jié)果，8個(gè)段落被劃分成128個(gè)量化級(jí)。段落碼和8個(gè)段落之間的關(guān)系如表3.2所示；段內(nèi)碼與16個(gè)量化級(jí)之間的關(guān)系見(jiàn)表3.3。話(huà)音PCM抽樣頻率是8KHZ，每個(gè)量化樣值對(duì)應(yīng)一個(gè)8位二進(jìn)制碼，故話(huà)音數(shù)字編碼信號(hào)的速率為8bits×8kHz=64kb/s.量化噪聲隨級(jí)數(shù)的增多和極差的縮小而縮小。量化級(jí)數(shù)增多即樣值個(gè)數(shù)增多，就要求更長(zhǎng)的二進(jìn)制編碼。因此，量化噪聲隨二進(jìn)制編碼的位數(shù)增多而減少，即隨數(shù)字編碼信號(hào)的速率提高而減少。自然界中的聲音非常復(fù)雜,波形極其復(fù)雜，

16、通常我們采用的是脈沖代碼調(diào)制編碼，即PCM編碼。PCM通過(guò)抽樣、量化、編碼三個(gè)步驟將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼。2.4 時(shí)分多路復(fù)用TDM（時(shí)分多路復(fù)用）是按傳輸信號(hào)時(shí)間來(lái)進(jìn)行分割的，它能使不一樣的信號(hào)在不一樣的時(shí)間里來(lái)傳送，把全部個(gè)傳輸時(shí)間劃分作很多時(shí)隙（Slot time，TS，又稱(chēng)為時(shí)間間隔），一路信號(hào)占用一個(gè)時(shí)間片。圖2.3 時(shí)分多路復(fù)用原理圖如上圖電話(huà)通信為例說(shuō)明時(shí)分多路復(fù)用的過(guò)程：發(fā)送端的各路話(huà)音信號(hào)經(jīng)低通濾波器將帶寬限制在3400Hz 以?xún)?nèi)，然后加到勻速旋轉(zhuǎn)的電子開(kāi)關(guān) SA1上，依次接通各路信號(hào)，它相當(dāng)于對(duì)各路信號(hào)按一定的時(shí)間間隙進(jìn)行抽樣。SA1旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為一個(gè)抽樣周期

17、T，這樣就做到了對(duì)每一路信號(hào)每隔周期T 時(shí)間抽樣一次，此時(shí)間周期稱(chēng)為1幀長(zhǎng)。發(fā)送端電子開(kāi)關(guān) SA1不僅起到抽樣作用，同時(shí)還要起到復(fù)用和合路的作用。合路后的抽樣信號(hào)送到編碼器進(jìn)行量化和編碼，然后，將信號(hào)碼流送往信道。在接收端，將各分路信號(hào)碼進(jìn)行統(tǒng)一譯碼，還原后的信號(hào)由分路開(kāi)關(guān)SA2依次接通各分路，在各分路中經(jīng)低通濾波器將重建的話(huà)音信號(hào)送往收端用戶(hù)。在上述過(guò)程中，應(yīng)該注意的是，發(fā)、收雙方的電子開(kāi)關(guān)的起始位置和旋轉(zhuǎn)速率都必須一致，否則將會(huì)造成錯(cuò)收，這就是PCM系統(tǒng)中的同步要求。收、發(fā)兩端的數(shù)碼率或時(shí)鐘頻率相同叫位同步或稱(chēng)比特同步，也可通俗的理解為兩電子開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)速率相同；收、發(fā)兩端的起始位置是每隔1幀

18、長(zhǎng)（即每旋轉(zhuǎn)一周）核對(duì)一次的，此稱(chēng)幀同步。這樣才一能保證正確區(qū)分收到的哪8位碼是屬于一個(gè)樣值的，又是屬于哪一路的。為了完成上述同步功能，在接收端還需設(shè)有兩種裝置：一是同步碼識(shí)別裝置，識(shí)別接收的 PCM信號(hào)序列中的同步標(biāo)志碼的位置；二是調(diào)整裝置，當(dāng)收、發(fā)兩端同步標(biāo)志碼位置不對(duì)應(yīng)時(shí)，需在收端進(jìn)行調(diào)整使其兩者位置相對(duì)應(yīng)。以上兩種裝置統(tǒng)稱(chēng)為幀同步電路。時(shí)分多路復(fù)用不僅局限于傳輸數(shù)字信號(hào)，也可同時(shí)交叉?zhèn)鬏斈M信號(hào)。三 PCM系統(tǒng)仿真電路設(shè)計(jì) 3.1 總體設(shè)計(jì)思想根據(jù)PCM的仿真系統(tǒng)的原理我們能夠清楚的了解到它包含連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散的數(shù)字信號(hào)模塊、信道傳輸模塊、離散的數(shù)字信號(hào)還原為連續(xù)的模擬信號(hào)模塊

19、等三大模塊。這當(dāng)中模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)需要抽樣，量化和編碼三個(gè)步驟來(lái)完成；信道則是傳輸信號(hào)的通道，信號(hào)在信道中傳輸可能會(huì)引入噪聲從而會(huì)降低通信的質(zhì)量，也就是會(huì)對(duì)信號(hào)的還原造成影響；由解碼、低通濾波、放大輸出等過(guò)程的組成則是將數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào)，他們將離散的數(shù)字信號(hào)還原為連續(xù)的模擬信號(hào)。其原理方框圖如圖3-1所示：話(huà)音輸入低通濾波瞬時(shí)壓縮抽 樣量 化編 碼低通濾波瞬時(shí)擴(kuò)張解 調(diào)解 碼信道再 生話(huà)音輸出圖3-1 PCM原理框圖3.2 各模塊的設(shè)計(jì)和仿真圖形分析3.2.1 PCM編碼模塊設(shè)計(jì)圖3-2 13折線(xiàn)近似的PCM編碼器測(cè)試模型本設(shè)計(jì)首先設(shè)計(jì)了幅度為1，角頻率為200*pi的正弦信號(hào)，它

20、是1路信號(hào)的編碼模塊。再通過(guò)奈奎斯特抽樣定理我們可以知道抽樣的速率不應(yīng)低于信號(hào)最高頻率的2倍。因此，本設(shè)計(jì)的抽樣時(shí)間間隔定為0.001s，符合奈奎斯特抽樣定理。其中各個(gè)模塊功能和參數(shù)設(shè)置如下：Zero-Order Hold ：它是對(duì)輸入的一段抽樣時(shí)間進(jìn)行保持的零階保持器。參數(shù)設(shè)置中的取樣時(shí)間間隔為信號(hào)的抽樣時(shí)間間隔0.001s。Saturation：它是將輸入信號(hào)的幅度限制在一定范圍內(nèi)的限幅器。本設(shè)計(jì)將輸入信號(hào)幅度限制在-1,+1范圍內(nèi)。Relay：繼電模塊，它的作用是實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)不同常數(shù)值之間進(jìn)行切換。此模塊在本設(shè)計(jì)中的門(mén)限值設(shè)為0，其PCM編碼輸出的最高位就是它的輸出，也就是極性碼，當(dāng)輸出為

21、1時(shí)抽樣值就是正值，當(dāng)為輸出為0時(shí)抽樣值就是負(fù)值。Abs：絕對(duì)值模塊，它的作用是對(duì)輸入數(shù)值取絕對(duì)值。A- Law Compressor：A率壓縮器，它的作用是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行A率壓縮。在本設(shè)計(jì)中A取87.6。Gain：增益模塊，它的作用是對(duì)數(shù)值的大小增加或減小倍數(shù)。因?yàn)閷⑤斎胄盘?hào)的幅度限制在-1,+1,所以為了方便編碼就將Gain的增益參數(shù)設(shè)置為127。Quantizer：它是將一個(gè)連續(xù)幅度值映射成一個(gè)離散幅度值的量化器。在該設(shè)計(jì)中將量化間隔設(shè)為1，它使輸入數(shù)值根據(jù)四舍五入的原則量化成相應(yīng)的離散值。Integer to Bit Converter：整數(shù)點(diǎn)轉(zhuǎn)換器，它的作用是將整數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二進(jìn)

22、制數(shù)值。本設(shè)計(jì)中由于量化值最大為127，因此此模塊參數(shù)設(shè)為7，即將十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為7位二進(jìn)制數(shù)值。 Mux：復(fù)用器，它的作用是將多路信號(hào)復(fù)用為一路信號(hào)。在該設(shè)計(jì)中此模塊輸入?yún)?shù)設(shè)置為2。To Frame：裝幀器。Buffer：緩沖器。Scope：示波器，它的作用是顯示輸出信號(hào)波形。輸出波形如圖3-3所示：圖3-3 PCM信號(hào)波形將編碼模塊封裝成子系統(tǒng)后如圖3-4所示：圖3-4 封裝之后的PCM編碼子系統(tǒng)：圖3-5 封裝之后的PCM編碼子系統(tǒng)圖標(biāo)下面圖3-6是本設(shè)計(jì)的 4路PCM信號(hào)編碼模塊：圖3-6 4路PCM信號(hào)編碼模塊角頻率分別為200*pi，150*pi，100*pi和50*pi的且幅度

23、均為1的正弦信號(hào)就4路PCM模擬信號(hào)，它們的抽樣時(shí)間間隔都設(shè)為0.001s，符合奈奎斯特抽樣定理。4個(gè)子系統(tǒng)是PCM編碼子系統(tǒng)，Mux模塊是信道復(fù)用模塊，由4路信號(hào)輸入復(fù)用，因此此模塊輸入?yún)?shù)設(shè)為4。示波器顯示的是4路信號(hào)復(fù)用后的波形，如圖3-7所示。圖3-7 4路信號(hào)復(fù)用后波形3.2.2 PCM解碼模塊設(shè)計(jì)圖3-8 13折線(xiàn)近似的PCM解碼器測(cè)試模型上圖是1路信號(hào)的解碼模塊。其中各個(gè)模塊的功能和參數(shù)設(shè)置如下：Demux：分離器，它的作用是將復(fù)用的多路信號(hào)分離出來(lái)。在此解碼模塊中信號(hào)應(yīng)分離成一路極性脈沖和7路數(shù)值脈沖，因此輸出參數(shù)設(shè)為8。Mux：復(fù)用器。此模塊中輸入脈沖由7路二進(jìn)制數(shù)值脈沖組成

24、，因此輸入?yún)?shù)設(shè)為7。Relay：繼電模塊，它的作用是確定信號(hào)的極性。Bit to Integer Convertert：位轉(zhuǎn)換器，它的作用是將二進(jìn)制脈沖轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。同編碼模塊中的Integer to Bit Convertert，此模塊參數(shù)也設(shè)為7。Gain：增益模塊，和編碼模塊相反，此模塊增益參數(shù)設(shè)為1/127。A-Law Expander：A率擴(kuò)展器，它的作用是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行A率擴(kuò)展，此模塊中A 設(shè)為87.6。 Product：它是將極性脈沖和正值數(shù)值脈沖相乘以得到有極性的數(shù)值的相乘器。此模塊的輸入?yún)?shù)設(shè)為2。Analog Filter Design ：模擬低通濾波器。它的作用是得到

25、回復(fù)原始的模擬信號(hào)。此濾波器的最高頻率設(shè)為250*pi，符合條件，可以恢復(fù)原始的模擬信號(hào)。 將此解碼系統(tǒng)封裝成子系統(tǒng)后如圖3-9所示：圖3-9 封裝之后的PCM解碼子系統(tǒng)圖3-10 封裝之后的PCM解碼子系統(tǒng)圖標(biāo)下面是本設(shè)計(jì)的4路PCM解碼模塊：圖3-11 4路PCM信號(hào)解碼模塊解碼模塊是復(fù)用信號(hào)經(jīng)過(guò)信道后通過(guò)Demux模塊把各路信號(hào)分離出，然后分別進(jìn)行解碼，4個(gè)子系統(tǒng)是4路信號(hào)的解碼模塊。由于此復(fù)用信號(hào)是由4路信號(hào)復(fù)用而成，因此Demux的輸出參數(shù)設(shè)為4。 32. 3 PCM系統(tǒng)總體模塊圖3-12 PCM系統(tǒng)總體模塊我們要盡可能增加信道的信噪比來(lái)降低誤碼率，這是因?yàn)樵谛诺乐袝?huì)引入噪聲，這可能

26、會(huì)影響信號(hào)的質(zhì)量繼而影響通信質(zhì)量。在該設(shè)計(jì)中信道誤碼率設(shè)為0.01，屬于正常的誤碼率，符合條件。最后輸出信號(hào)和輸入信號(hào)通過(guò)示波器如圖4-14和圖4-15所示。圖3-14 1路PCM 信號(hào)仿真結(jié)果 圖3-14中的示波器的波形由兩路信號(hào)組成，一路是經(jīng)過(guò)編碼、信道傳輸和解碼等恢復(fù)的模擬信號(hào)波形，另一路是原始輸入的模擬信號(hào)波形，通過(guò)觀察可知，輸出波形和輸入波形誤差較小，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)正確。圖3-15 4路PCM信號(hào)仿真結(jié)果 圖3-15的示波器中，上面4路信號(hào)是經(jīng)過(guò)編碼、信道傳輸和解碼等步驟恢復(fù)的4路信號(hào)，下面的是原來(lái)的4路輸入模擬信號(hào)。由圖可知，不同頻率的信號(hào)，所產(chǎn)生的誤差用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳輸時(shí)誤差基本相同。

27、綜上可知，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)相比，誤差較小，因此在正常信噪比的條件下，該通信系統(tǒng)各個(gè)模塊使用正確，參數(shù)設(shè)置適當(dāng)，可以達(dá)到預(yù)期的目的。結(jié)束語(yǔ)隨著畢業(yè)的日子即將到來(lái)，歷經(jīng)半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。通過(guò)這半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我明白了自己需要學(xué)的知識(shí)還很多。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅僅是對(duì)幾年所學(xué)只是的總結(jié)，更是對(duì)自己能力的一種提高。下面我對(duì)這半年來(lái)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程做一些總結(jié)：第一，選擇畢業(yè)設(shè)計(jì)題目時(shí)，武麗老師給了十幾個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目供大家選擇，由于我考研的專(zhuān)業(yè)課學(xué)的就是通信原理，所以選題的時(shí)候我毅然決定做通信原理這方面的設(shè)計(jì)，感覺(jué)對(duì)里面的知識(shí)是比較熟悉的，也比較好上手。最后我就選了基于Simulink的PCM編碼與解

28、碼的研究這一題目。第二，題目確定后，我一邊準(zhǔn)備研究生考試，一邊開(kāi)始著手畢業(yè)設(shè)計(jì)方面的準(zhǔn)備了。找資料是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，網(wǎng)上搜索到的大部分都是涉及PCM原理的期刊雜志之類(lèi)的，而具體怎么做的論文是很難搜到的。由于從來(lái)沒(méi)做過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，怎么做，做到什么程度都是一頭霧水，我只能天天去圖書(shū)館搜相關(guān)書(shū)籍和期刊了，后來(lái)還在相關(guān)同學(xué)朋友的介紹下，我找到了很多與PCM相關(guān)的論文和期刊。畢業(yè)設(shè)計(jì)要求使用MATLAB中的Simulink工具包進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)。第三，PCM的原理雖然很清楚，但具體設(shè)計(jì)時(shí)用哪些模塊呢，一大堆的問(wèn)題就出現(xiàn)了。怎么編碼，怎么復(fù)用以及怎么形成幀等等，都是需要解決的問(wèn)題。我一直在反復(fù)琢磨著這些問(wèn)題，一邊參考著網(wǎng)上搜索到的那些資料，一邊自己進(jìn)行思考。這期間我詢(xún)問(wèn)了有關(guān)老師和身邊的同學(xué)朋友，他們幫助我解決了大量的該方面的問(wèn)題。第四，在最后的這段日子里，我對(duì)前期所搭建的模塊進(jìn)行了進(jìn)一步的完善。畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的書(shū)寫(xiě)的工作是非常繁瑣的。首先是要確定論文的大致目錄。分為幾章來(lái)寫(xiě)，每一章又分為幾小節(jié)，每一小節(jié)又具體要要寫(xiě)些什么。這些工作都需要進(jìn)行認(rèn)真的思考，因?yàn)檎撐牡臅?shū)寫(xiě)是對(duì)整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的總結(jié)。書(shū)寫(xiě)論文首先要確定論文的大致輪廓即目錄，由于