海南大学通信原理课题设计-PCM编码与译码.doc

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1、海南大学课程设计论文课程名称:通信原理课题名称:PCM编码与译码姓名:***班级:***时间:2014年6月7日指导老师:***一、摘要本设计结合PCM的抽样、量化、编码和译码原理,利用MATLAB软件编程和绘图功能,完成了对脉冲编码调制(PCM)系统的建模与仿真分析。课题中主要分为四部分对脉冲编码调制(PCM)系统原理进行建模与仿真分析,分别为采样、量化和编码原理的建模仿真,同时仿真分析了采样与欠采样的波形、均匀量化与A律13折线非均匀量化的量化性能及其差异,最后进行PCM编码和译码从而分析PCM系统的特性。通过对脉冲编码调制(P

2、CM)系统原理的仿真分析,对PCM原理及性能有更深刻的认识,并进一步掌握MATLAB软件的使用。二、关键词:脉冲编码调制(PCM)均匀与非均匀量化MATLAB仿真三、PCM脉冲编码原理1.信号的采样1.1抽样定理抽样也称取样、采样,是把时间连续的模拟信号变换为时间离散信号的过程。抽样定理是指:在一个频带限制在(0,fh)内的时间连续信号f(t),如果以小于等于1/(2fh)的时间间隔对它进行抽样,那么根据这些抽样值就能完全恢复原信号。2.信号的量化2.1量化的定义所谓量化,就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅值离散,即用一组规定的电平,

3、把瞬时值用最接近的电平值来表示。抽样是把一个时间连续信号变换成时间离散的信号,量化则是将取值连续的抽样变换成取值离散的抽样。通常,量化器的输入是随机模拟信号。可以用适当速率对此随机信号m(t)进行抽样,并按照预先规定,将抽样值m(kT)变换成M个电平q1,q2,…,qM之一,有mq(kTs)=qi,若mi-1≤m(kTs)

4、v取决于输入信号的变化范围和量化电平数。当信号的变化范围和量化电平数确定后,量化间隔也被确定。主要缺点是,无论抽样值的大小如何,量化噪声的均方根都固定不变。因此,当信号较小时,则信号量化噪声功率比也就很小,这样,对于弱信号时的信号量噪比就很难达到给定的要求。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

5、时,量化噪声功率的均方根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信号量噪比。常见的非均匀量化有A律和μ率等,它们的区别在于量化曲线不同。A压缩律通常近似用13折线法实现:13折线法如图2.1所示,图中先把轴的[0,1]区间分为8个不均匀段。图2.113折线示意图其具体分法如下:a.将区间[0,1]一分为二,其中点为1/2,取区间[1/2,1]作为第八段;b.将剩下的区间[0,1/2]再一分为二,其中点为1/4,取区间[1/4,1/2]作为第七段;c.将剩下的区间[0,1/4]再一分为二,其

6、中点为1/8,取区间[1/8,1/4]作为第六段;d.将剩下的区间[0,1/8]再一分为二,其中点为1/16,取区间[1/16,1/8]作为第五段;e.将剩下的区间[0,1/16]再一分为二,其中点为1/32,取区间[1/32,1/16]作为第四段;f.将剩下的区间[0,1/32]再一分为二,其中点为1/64,取区间[1/64,1/32]作为第三段;g.将剩下的区间[0,1/64]再一分为二,其中点为1/128,取区间[1/128,1/64]作为第二段;h.最后剩下的区间[0,1/128]作为第一段。然后将y轴的[0,1]区间均匀地

7、分成八段,从第一段到第八段分别为[0,1/8],(1/8,2/8],(2/8,3/8],(3/8,4/8],(4/8,5/8],(5/8,6/8],(6/8,7/8],(7/8,1]。分别与x轴的八段一一对应。这样,它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点,又便于数字电路实现,本设计中所用到的PCM编码正是采用这种压扩特性来进行编码的。图2.1中的八段线段的斜率分别为:表1各段落的斜率段落12345678斜率161684211/21/43.编码的定义量化后的抽样信号在一定的取值范围内仅有有限个可取的样值,且信号正、负幅度分布的对称性使正

8、、负样值的个数相等,正、负向的量化级对称分布。若将有限个量化样值的绝对值从小到大依次排列,并对应地依次赋予一个十进制数字代码(例如,赋予样值0的十进制数字代码为0),在码前以“+”、“-”号为前缀,来区分样值的正、负,则量化后的抽样信

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