基于Matlab的脉冲编码调制(PCM)系统设计与仿真设计Word文档格式.doc
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实现脉冲编码调制(PCM)技术的三个过程:
采样、量化与编码。
2、要求
用仿真软件对其进行验证,使其满足以下要求:
(1)模拟信号的最高频率限制在4KHZ以内;
(2)分别实现64级电平的均匀量化和压缩率的非均匀量化;
(3)按照13折线A律特性编成8位码。
时间安排:
第1,2天:
分析题目,方案设计;
第3,4,5天:
软件设计;
第6,7天:
系统仿真;
第8天:
答辩,完成设计说明书。
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
目录
摘要 I
Abstract II
1绪论 1
2MATLAB简介 2
2.1MATLAB软件简介 2
2.2MATLAB程序设计方法 2
3PCM脉冲编码原理 4
3.1模拟信号的抽样及频谱分析 4
3.1.1信号的采样 4
3.1.2抽样定理 4
3.1.3采样信号的频谱分析 5
3.2量化 5
3.2.1量化的定义 5
3.2.2量化的分类 6
3.2.3MATLAB的A律13折线量化 12
3.3PCM编码 12
3.3.1编码的定义 12
3.3.2码型的选择 13
3.3.3PCM脉冲编码的原理 13
4PCM的MATLAB实现 15
4.1PCM抽样的MATLAB实现 15
4.2PCM量化的MATLAB实现 18
4.2.1PCM均匀量化的MATLAB实现 18
4.2.2PCMA律非均匀量化的MATLAB实现 20
4.3PCMA律13折线编码的MATLAB实现 22
5结果分析及总结 25
参考文献 26
.学习帮手.
摘要
本设计结合PCM的抽样、量化、编码原理,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。
课题中主要分为三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。
通过对脉冲编码调制(PCM)系统原理的仿真分析,设计者对PCM原理及性能有了更深刻的认识,并进一步掌握MATLAB软件的使用。
关键词:
脉冲编码调制(PCM)均匀与非均匀量化 MATLAB仿真
Abstract
Inthisdesign,combinationtheSimulinkemulatationfunctionandtheS-function’sspreadfunctionofMATLABsoftware,havecompletedthesystematicemulatationandmodelingforpulsecodemodulation(PCM).Inthisdesign,divideinto3partsmainly,emulatetobuildmouldandemulateanalysisfortheprincipleofpulsecodemodulation(PCM)systematic.Theyaremodelingandemulatationofsampling,quantizingandecoding.Atthesametime,emulatetoanalysethewaveformofsamplingandowesampling,thequantizingerrorofuniformquantizingandnonuniformquantizing.Throughthisdesign,thedesignerhasamoreprofoundunderstandingofPCMprinciplesandperformance,andfurthermastertheuseofMATLABsoftware.
Keywords:
Pulsecodingmodulation(PCM) uniformandnon-uniformquantitativeMATLABsimulation
1绪论
数字通信作为一种新型的通信手段,早在20世纪30年代就已经提出。
在1937年,英国人里费(A.H.Reeves)提出了脉冲编码调制(PCM)方式。
从此揭开了近代数字传输的序幕。
PCM系统的优点是:
抗干扰性强;
失真小;
传输特性稳定,远距离再生中继时噪声不累积,而且可以采用有效编码、纠错编码和保密编码来提高通信系统的有效性、可靠性和保密性。
另外,由于PCM可以把各种消息(声音、图像、数据等等)都变换成数字信号进行传输,因此可以实现传输和交换一体化的综合通信方式,而且还可以实现数据传输与数据处理一体化的综合信息处理。
故它能较好地适应信息化社会对通信的要求。
PCM的缺点是传输带宽宽、系统较复杂。
但是,随着数字技术的飞跃发展这些缺点也不重要。
因此,PCM是一种极有发展前途的通信方式。
2MATLAB简介
2.1MATLAB软件简介
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多,并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。
在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C++,JAVA的支持。
可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用,此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序,用户可以直接进行下载就可以用。
MATLAB的应用范围非常广,包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。
附加的工具箱(单独提供的专用MATLAB函数集)扩展了MATLAB环境,以解决这些应用领域内特定类型的问题。
其具有以下特点:
友好的工作平台和编程环境;
简单易用的程序语言;
强大的科学计算机数据处理能力;
出色的图形处理功能;
应用广泛的模块集合工具箱;
实用的程序接口和发布平台;
应用软件开发(包括用户界面)。
2.2MATLAB程序设计方法
MATLAB有两种工作方式:
一种是交互式的命令行工作方式;
另一种是M文件的程序工作方式。
在前一种工作方式下,MATLAB被当做一种高级数学演算纸和图形表现器来使用,MATLAB提供了一套完整的而易于使用的编程语言,为用户提供了二次开发的工具,下面主要介绍MATLAB控制语句和程序设计的基本方法。
用MATLAB语言编写的程序,称为M文件。
M文件有两类:
命令文件和函数文件。
两者区别在于:
命令文件没有输入参数,也不返回输出参数;
而函数文件可以输入参数,也可以返回输出参数。
命令文件对MATLAB工作空间的变量进行操作,而且函数文件中定义的变量为局部变量,当函数文件执行完毕时,这些变量被清除。
M文件可以使用任何编辑程序建立和编辑,而一般常用的是使用MATLAB提供的M文件窗口。
首先从MATLAB命令窗口的File菜单中选择New菜单项,在选择M-file命令,将得到的M文件窗口。
在M文件窗口输入M文件的内容,输入完毕后,选择此窗口File菜单的saveas命令,将会得到saveas对话框。
在对话框的File框中输入文件名,再选择OK按钮即完成新的M文件的建立。
然后在从MATLAB命令窗口的File菜单中选择Open对话框,则屏幕出现Open对话框,在Open对话框中的FileName框中输入文件名,或从右边的directories框中打开这个M文件。
在M文件所在的目录,再从FileName下面的列表框中选中这个文件,然后按OK按钮即打开这个M文件。
在M文件窗口可以对打开的M文件进行编辑修改。
在编辑完成后,选择File菜单中的Save命令可以把这个编辑过的M文件报存下来。
当用户要运行的命令较多或需要反复运行多条命令时,直接从键盘逐渐输入命令显得比较麻烦,而命令文件则可以较好地解决这一问题。
我们可以将需要运行的命令编辑到一个命令文件中,然后再MATLAB命令窗口输入该命令文件的名字,就会顺序执行命令文件中的命令。
3PCM脉冲编码原理
3.1模拟信号的抽样及频谱分析
3.1.1信号的采样
离散时间信号通常是有连续时间信号经周期采样得到的。
完成采样功能的器件称为采样器,下图所示为采样器的示意图。
图中Xa(t)表示模拟信号,Xa(nt)表示采样信号,T为采样周期,n=0,1,2,…。
一般可以把采样器视为一个每隔T秒闭合一次的电子开关S。
在理想情况下,开关闭合时间τ满足τ<
<
T。
实际采样过程可视为脉冲调幅过程,Xa(t)为调制信号,被调脉冲载波p(t)是周期为T、脉宽为τ的周期脉冲串。
当τ→0时的理想采样情况是实际采样的一种科学的、本质的抽象,同时可使数学推导得到简化。
下面主要讨论理想采样。
图3.1采样器示意图及波形图
3.1.2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:
一个频带限制在(0,fH)内的时间连续信号m(t),如果以T≤1/2fH秒的间隔对它进行等间隔抽样,则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。
这意味着,若m(t)的频谱在某一角频率ωH上为零,则m(t)中的全部信息完全包含在其间隔不大于1/2fH秒的均匀抽样序列里。
换句话说,在信号最高频率分量的每一个周期内起码应抽样两次。
根据抽样脉冲的特性,抽样分为理想抽样、自然抽样(亦称曲顶取样)、瞬时抽样(亦称平顶抽样);
根据被抽样信号的性质,抽样又分为低通抽样和带通抽样。
虽然抽样种类很多,但是间隔一定时间,抽样连续信号的样值,把信号从时间上离散,这是各种抽样共同的作用,抽样是模拟信号数字化及时分多路的理论基础。
我们考察一个频带限制在(0,fH)赫的信号m(t)。
假定将信号m(t)和周期性冲击函数δ(t)相乘,如图所示,乘积函数便是均匀间隔为T秒的冲激序列,这些冲激的强度等于相应瞬时上的m(t)值,它表示对函数m(t)的抽样。
我们用ms(t)表示此已抽样的函数,即有
ms(t)=m(t)δ(t)
上述关系如下图所示。
图3.2
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- 关 键 词:
- 基于 Matlab 脉冲 编码 调制 PCM 系统 设计 仿真