用MATLAB程序开发设计PCM编码调制系统.docx

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用MATLAB程序开发设计PCM编码调制系统课件

用MATLAB程序开发设计PCM编码调制系统 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u HYPERLINK \l _Toc451509753 一、作业要求 PAGEREF _Toc451509753 \h 1 HYPERLINK \l _Toc451509754 二、PCM编解码原理简述 PAGEREF _Toc451509754 \h 1 HYPERLINK \l _Toc451509755 三、MATLAB程序及仿真结果 PAGEREF _Toc451509755 \h 6 一、作业要求 用MATLAB程序开发设计PCM编码调制系统。系统参数设置如下: 输入模拟信源的最高频率限制在4KHz以内(可以是正弦信号,也可随机产生信号); 信号平均功率的动态范围≥30dB(自行设定幅度区间)。 要求完成以下工作: 采用均匀量化,若要求信噪比不应低于25dB,不考虑线路衰减和损耗,则设计该均匀量化器,并显示原始输入信号,量化输出信号,以及编码结果。 若采用A律13折线PCM编码,显示原始输入信号图及解码后的信号图;打印输出编码结果,并比较译码后的量化误差。 二、PCM编解码原理简述 均匀量化的基本原理 在脉冲编码调制中,模拟信号首先以高于奈奎斯特的速率采样,然后将所的样本量化。假设模拟信号是以[-Ⅹmax,Ⅹmax]表示的区间内分布的,而量化电平数很大。量化电平可以是相等的或是不相等的;前者就属于均匀PCM,而后者就是非均匀PCM。 关于量化的几个基本概念,量化间隔;量化误差;量化信噪比。 (1)相邻量化电平间距离称量化间隔, 用“Δ”表示。 (2)设抽样值为,量化后的值为, xq(kTs)与x(kTs)的误差称为量化误差,又称为量化噪声;量化误差不超过±Δ/2,而量化级数目越多,Δ值越小,量化误差也越小。 (3)衡量量化的性能好坏最常用指标是量化信噪比(Sq/Nq),其中Sq表示量化信号值xq(kTs)产生的功率,Nq表示量化误差功率,量化信噪比越大,则量化性能越好。 在均匀PCM中,长度为2Xmax的区间[-Ⅹmax,Ⅹmax]被划分为N个相等的子区间,每一子区间长度为△=2Xmax/N。如果N足够大,那么在每一子区间内输入的密度函数就能认为是均匀的,产生的失真为D=△2/12。 如果N是2的幂次方即,那么就要求用比特来表示每个量化电平。这就意味着,如果模拟信号的带宽是,采样又是在奈奎斯特率下完成的,那么传输PCM信号所要求的带宽至少是(实际上1.5比较接近于实际)。 这时失真由下式给出, 如果模拟信号的功率用表示,则信号/量化噪声的比(SQNR)由下式给出 式中表示归一化输入,定义为 以分贝(dB)计的SQNR为 量化以后,这些已量化的电平用比特对每个已量化电平进行编码.编码通常使用自然二进制码(NBC),即最低电平映射为全0序列,最高电平映射为全1序列,全部其余的电平按已量化值的递增次序映射。 非均匀量化的基本原理 正变换:,其中是归一化输入(),是一个参数,在标准律的非线性中它等于255。 反变换: 在非均匀量化PCM中,输入信号首先通过一非线性环节以减小输入的动态范围,再将输出加到某一均匀PCM系统上。在接收端,输出再通过另一非线形环节,该环节是在发送端所用的非线性环节的逆特征。这样,总的效果就等效于一个在量化电平之间具有非均匀间隔的PCM系统。 非均匀量化时,量化器随着输入信号的大小采用不同的量化间隔,大信号时采用大的量化间隔,小信号时采用小的量化间隔,可以以较少的量化电平数达到输入动态范围的要求 一般对语音信号传输来说,所使用的非线性可以是律的非线性,或是A律的非线性,中国和欧洲采用A率压缩特性(A=87.56),北美和日本采用律压缩特性(=255),压缩特性分别如下: μ律: A律: 式中,x为归一化输入,y为归一化输出,A、为压缩系数,上式也可以表示为, 由于A律在工程上不好实现,所以我们经常用近似的13折线压缩法去代替A率压缩 下表列出了计算值与13折线时的值的比较。 计算值与A律13折线时值的比较 0 1 0 1 按折线 分段时的 0 1 段落 1 2 3 4 5 6 7 8 斜率 16 16 8 4 2 1 表中第二行的值是根据时计算得到的,第三行的值是13折线分段时的值。可见,13折线各段落的分界点与曲线十分逼近,同时按2的幂次分割有利于数字化。 A律压扩特性是连续曲线,A律不同压扩特性也不同,在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。实际中,往往采用近似于A律函数规律的13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,。本设计中所用到的PCM编码正是采用这种压扩特性来编码的。 在13折线法中,无论输入信号是正是负,均按8段折线(8个段落)进行编码。若用8位折叠二进制码

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