脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真

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压缩律和压缩律。

美国采用压缩律，我国和欧洲各国均采用压缩律，因此，编码方式采用的也是压缩律。

所谓压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律，，律压扩特性是连续曲线，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的。

实际中，往往都采用近似于律函数规律的折线的压扩特性。

这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电图律函数折线路实现，本设计中所用到的编码正是采用这种压扩特性来进行编码的。

图示出了这种压扩特性。

表列出了折线时的值与计算值的比较。

未压缩表折线时的值与计算值的比较按折线分段时的段落斜率表中第二行的值是根据时计算得到的，第三行的值是折线分段时的值。

可见，折线各段落的分界点与曲线十分逼近，同时按的幂次分割有利于数字化。

编码所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。

当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。

在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类低速编码和高速编码。

通信中般都采用第二类。

编码器的种类大体上可以归结为三类逐次比较型折叠级联型混合型。

在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，般均按极性码段落码段内码的顺序排列。

下面结合折线的量化来加以说明。

表段落码表段内码段落序号段落码量化级段内码在折线法中，无论输入信号是正是负，均按段折线个段落进行编码。

若用位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值，其中用第位表示量化值的极性，其余七位第二位至第八位则表示抽样量化值的绝对大小。

具体的做法是用第二至第四位表示段落码，它的种可能状态来分别代表个段落的起点电平。

其它四位表示段内码，它的种可能状态来分别代表每段落的个均匀划分的量化级。

这样处理的结果，个段落被划分成个量化级。

段落码和个段落之间的关系如表所示段内码与个量化级之间的关系见表。

编译码器的实现可以借鉴单片编码器集成芯片，如等。

单芯片工作时只需给出外围的时序电路即可实现，考虑到实现细节，仿真时将编译码器分为编码器和译码器模块分别实现。

信号源子系统的组成由三个幅度相同频率不同的正弦信号图符合成，如图图信号源子系统的组成编码器模块编码器模块主要由信号源图符低通滤波器图符瞬时压缩器图符转换器图符并串转换器图符输出端子构成图符，实现模型如下图所示图编码器模块信源信号经过编码器低通滤波器图符完成信号频带过滤，由于量化采用非均匀量化，还要使用瞬时压缩器实现律压缩后再进行均匀量化，转换器图符完成采样及量化，由于转换器的输出是并行数据，必须通过数据选择器图符完成并串转换成串行数据，最后通过图符输出编码信号。

编码器组件功能实现低通滤波器为实现信号的语音频率特性，考虑到滤波器在通带和阻带之间的过渡，采用了低通滤波器，而没有设计带通滤波器。

为实现信号在的里使用与编码模块中相同的低通滤波器。

系统仿真模型如下图图系统模型子系统图符如下图图子系统以上图图各方块的有关参数如表表有关参数符号名称参数设置子系统仿真波形信号源的波形信号源经压缩后的波形编码的波形译码时经过转化并用律扩张后的输出波形译码后恢复源信号的输出波形由以上数据波形可以看出在编码的过程中，译码输出的波形具有定的延迟现象，其波形基本上不失真的在接收端得到恢复，传输的过程中实现了数字化的传输过程。

设计过程中需解决的问题首先，必须根据实际情况合理的设计采样频率和抽样脉冲的参数，以防波形的失真，由于在刚开始的时候，没有合理设置采样频率的参数，出现了在译码时恢复波形的失真，最后根据采样频率大于等于条件，通过不断调试，最终可以合理地恢复源信号波形。

但由于在信道传输过程中由于各种原因而引起译码波形有定的延时现象。

其次，在调试带使能端的路数据选择器在实现编码输出的并行数据转换为串行数据输出时，起初由于没有合理应用选择控制端，而导致数据输出毫无规律，即八路数据当中随机地从哪路输出，最后通过设置频率不同的三路脉冲方波作用于选择控制端，去控制每路的数据输出，然后经过调试完成了编码的正确输出。

最后，在设计滤波器时，首先要看系统信号源输出信号频率到底是处于在哪个频率范围，再根据其他参考参数和系统各项技术要求，决定是要设计哪种类型的滤波器，是低通型还是带通型滤波器。

心得体会本次课程设计在刚开始的过程中无从下手，手忙脚乱，时间又紧，最终决定用软件仿真来实现的编码过程。

通过这次设计，掌握了编码的工作原理及系统的工作过程，学会了使用仿真软件通信系统的动态仿真软件，并学会通过应用软件仿真来实现各种通信系统的设计，对以后的学习和工作都起到了定的作用，加强了动手能力和学业技能。

总体来说，这次实习我受益匪浅。

在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。

在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。

参考文献吴伟陵，续大我，庞沁华通信原理北京邮电大学出版社，青松，程岱松，武建华数字通信系统的仿真与分析北京航空航天大学出版社，曹志刚，钱亚生现代通信原理清华大学出版社，苗长云现代通信原理及应用电子工业出版社，罗卫兵孙桦张捷动态系统分析及通信系统仿真设计西安电子科技大学出，数字通信原理与技术设计报告书课题名称脉冲编码调制系统设计与仿真姓名学号院系专业指导教师年月日设计任务及要求设计任务本课程设计利用设计个脉冲编码调制系统，运用脉冲编码调制原理设计系统结构图，将其仿真并观察仿真波形。

设计要求绘制系统框图及仿真程序流程图各份叙述整个系统的工作原理详细记录实施中所遇到的问题及问题产生的原因并制定解决方案指导教师签名年月日二指导教师评语指导教师签名年月日三成绩验收盖章年月日脉冲编码调制系统设计与仿真胡静湖南城市学院物理与电信工程系通信工程专业，益阳，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。

设计原理仿真软件可以实现多层次的通信系统仿真。

脉冲编码调制是现代语音通信中数字化的重要编码方式。

利用实现脉冲编码调制仿真，可以为硬件电路实现提供理论依据。

通过仿真展示了编码实现的设计思路及具体过程，并加以进行分析。

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。

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，分别为律和律方式，我国采用了律方式，由于律压缩实现复杂，常使用折线法编码，采用非均匀量化编码示意图见图。

图原理框图下面将介绍编码中抽样量化及编码的原理抽样所谓抽样，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。

量化从数学上来看，量化就是把个连续幅度值的无限数集合映射成个离散幅度值的有限数集合。

如图所示，量化器输出个量化值，。

常称为重建电平或量化电平。

当量化器输入信号幅度落在与之间时，量化器输出电平为。

这个量化过程可以表达为，这里称为分层电平或判决阈值。

通常称为量化间隔。

图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，低通滤波瞬时压缩抽样量化编码低通滤波瞬时扩张解调解码信道再生话音输入话音输出模拟入量化器量化值实际中，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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压缩律和压缩律。

美国采用压缩律，我国和欧洲各国均采用压缩律，因此，编码方式采用的也是压缩律。

所谓压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律，，律压扩特性是连续曲线，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的。

实际中，往往都采用近似于律函数规律的折线的压扩特性。

这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电图律函数折线路实现，本设计中所用到的编码正是采用这种压扩特性来进行编码的。

图示出了这种压扩特性。

表列出了折线时的值与计算值的比较。

未压缩表折线时的值与计算值的比较按折线分段时的段落斜率表中第二行