通原课设-PCM编译码器设计及应用.doc

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1、PCM编译码器设计及应用1 引言在当今高度信息化的社会，通信已经成为现代社会的“命脉”。通信作为传输信息的手段或方式成为21世纪国际社会和世界经济发展的强大推动力。所以，我们有理由预见，未来的通信对人们的生活方式和社会的发展将会产生更重大和意义深远的影响。 其中PCM技术就是应用于通信领域的一项技术其在数字微波通信，光纤通信，卫星通信等数字通信领域获得了广泛的应用。2 PCM介绍及工作原理PCM即脉冲编码调制（Pulse Code Modulation）。通信系统的信息源有两大类：模拟信号和数字信号。若输入的是模拟信号，则在数字通信系统的信源编码部分需对输入模拟信号进行数字化，将模拟输入信号变

2、为数字信号。PCM的实现包括三步：抽样，量化，编码。2.1 抽样 抽样是按照等时间等间隔进行的，模拟信号被抽样后成为抽样信号，它在时间上是离散的，但是其取值仍然是连续的，所以是离散模拟信号。2.2 量化 量化的结果使抽样信号变成量化信号，其取值是离散的。故量化信号已经是数字信号了，他可以看成是多进制数字脉冲信号。 设模拟信号的抽样值为m(kT)，其中T是抽样周期，k是整数。此抽样值仍是一个取值连续的变量，即他可以有无数个可能的连续取值。若我们仅用N个二进制数字码元来代表此抽样值的大小，则N个二进制码元只能代表个不同的抽样值。因此，必须将抽样的范围划分成M个区间，每个区间用一个电平表示。这样，共

3、有M个离散电平，称它们为量化电平。用这M个量化电平表示连续抽样值的方法成为量化。m(kT)表示模拟信号抽样值，表示量化后的量化信号值，q1，q2，.，qi，.,q6是量化后信号的6个可能输出电平，为量化区间端点。这样，我们可以写出一般公式： （2-1）按照式2-1作变换，就把模拟抽样信号m（k T）变换成了量化后的离散抽样信号，即量化信号。在原理上，量化过程可以认为是在一个量化器中完成的。量化器的输入信号为m（kT），输出信号为，如图2-2所示。在实际中，量化过程常是和后续的编码过程结合到一起完成的，不一定存在独立的量化器。 量化器 图 2-2量化分为均匀量化和非均匀量化。当M个抽样区间是等间

4、隔划分的，称为均匀量化。也可以不均匀划分，称为非均匀量化。非均匀量化时，量化间隔是随信号抽样值的不同而变化的，在通信系统中为了提高传输的效率，常要将PCM信号进行压缩编码，再在通信系统中传输。关于电话信号的压缩特性，ITU制定的两种建议，即A压缩律和压缩律，以及相应的近似算法13折线法和15折线法。北美、日本和韩国等少数国家和地区采用压缩律及15折线法，我国大陆，欧洲各国以及国际互连时采用A压缩律，因此PCM也是采用A压缩律。A压缩律是指符合下式的对数压缩规律: （2-3）A律表示式是一条平滑曲线，用电子线路很难准确地实现。现在由于数字电路技术的发展，这种特性很容易用数字电路来近似实现。13折

5、线就是就是近似于A压缩律的特性。在图2-4中给出了这种特性曲线。 图 2-42.3 编码量化后的信号，已经是取值离散的数字信号。接下来就是将这个数字信号编码。对于电话信号编码，有自然二进制编码和折叠二进制码。13折叠法中采用的折叠码有8位。其中第一位c1表示量化值的极性正负。后面的7位为段落码和段内码两部分，用于表示量化值的绝对值。其中第2位至4位是段落码，共计三位，可以表示8种斜率的段落；其他四位为段内码，可以表示每一段内的16种量化电平。段内码的16个量化电平是均匀划分的。所以，这7位码总能表示=128种量化值。在表2-5、2-6中给出了段落码和段内码的编码规则。 表2-5段落码 表 2-

6、6 段内码在上述编码方法中，虽然段内码是按量化间隔均匀编码的，但是因为各个段落的斜率不等，长度不等，故不同段落的量化间隔是不同的。其中第1段和2段最短，斜率最大，其横坐标x的归一化动态范围只有。再将其等分为16小段后，每一段的动态范围只有.这就是最小的量化间隔，后面将此最小量化间隔称为1个量化单位。第八段最长，其横坐标x的动态范围为。将其16等分后，每段长度为。假若采用均匀量化而仍希望对于小电压保持有同样的动态范围，则需要用11位的码组才行。现在采用非均匀量化，只需7位就够了。由于目前在电话网中采用这类非均匀量化的PCM体制，故这类PCM电路已经作成了单片IC，并得到广泛使用。典型电话信号的抽

7、样频率是8000Hz，故在采用这类非均匀量化器编码时，典型的数字电话传输比特率为64。这个速率被ITU制定的建议所采用。2.4 PCM原理框图 PCM信号 模拟信号 输出编码器 低通滤波抽样保持量化器编码器 输入 信道 冲激脉冲 干扰 译码器低通滤波 模拟信号输出 PCM信号输入 图2-73 用simulink对PCM进行设计仿真3.1 设计PCM编译码器系统结构由图3-1 图3-13.2 对其部分元件进行参数修改由图3-2、3-3 图3-2 图 3-3 3.2 输入模拟信号并进行仿真输出波形3.2.3 原信号波形 图3-53.2.1 编码后输出波形 图3-6 3.2.2 译码后输出波形 图3

8、-7 4 PCM编译码器的应用日前，PCM编译码的应用非常广泛，不仅应用在通信领域，还广泛的应用于计算机、遥控遥测，数字仪表，广播电视等许多领域。5 结束语这次的课程设计我用了大概4天的时间，说起来，这真的是一件有意义的事情，从一开始的完全没有思路，没有头绪，到慢慢的通过在图书馆查阅相关的书籍，然后回到寝室再细心的研究，慢慢的就有了些思路，开始下笔了。设计系统的组成是一方面，另一方面，我们这次使用的是matlab仿真软件，是头一次接触并使用这款软件，刚开始真是被它弄晕了，因为都是英文版，好多元器件都是不知道是什么，只好通过翻译后，再去理解这个元件是做什么的，用习惯了，也就不觉得费劲了。接下来遇

9、到的问题就是仿真过程中遇到的。当系统结构图设计好后，进行仿真了，却怎么都不出波形，再一查看，有的元件忘记连接，有的元件布局不合理，最重要的问题就是忽略了修改某些元件的参数，导致出波形后，波形失真，译码后，不能很好的恢复原信号。比如最重要的就是原信号频率和抽样信号的频率要满足抽样定理即“抽样信号的频率要大于2倍的信号最高频率”。当意识到这一问题后马上进行修改，再进行仿真波形，就能很好的反应出系统的特性。设计当中还遇到了很多琐碎的小问题，不过只要认真的对待，并能够耐心的去解决。所有的问题就都能够迎刃而解。最重要的还是通过这次设计，将所学到的理论知识加以应用，并且真正的将所学到的知识学以致用，同时也加深了对理论知识的理解与记忆，我想这才是我们应该达到的目的。 参考文献【1】通信原理.樊昌信.曹丽娜编著.国防工业出版社.2010 13