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实验三PCM编码译码 实验三PCM编码译码 PAGE PAGE 实验三PCM编码译码 实验三 PCM编码译码仿真 学院（院、系） 专业 班 通信原理 课程 学号 姓名 实验日期 教师评定 一、实验目的 1．熟悉PCM（脉冲编码调制）原理。 2．掌握编写PCM（脉冲编码调制）程序的要点。 3．掌握使用Matlab调制仿真的要点。 二、实验内容 1．根据PCM（脉冲编码调制）原理，设计源程序代码。 2．通过Matlab软件仿真给定模拟信号编码后的波形。 3. 对比给的原始信号波形和译码后的波形。 三、实验原理 1.脉冲编码调制 脉冲编码调制在通信系统中是一种对模拟信号数字化的取样技术，将模拟信号变换为数字信号的编码方式。 PCM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CCITT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A律和律方式，本设计采用了A律方式。由于A律压缩实现复杂，常使用13折线法编码，采用非均匀量化PCM编码示意图如图1所示 图1 PCM编码示意图 2.抽样：在一系列离散点上，对信号抽取样值称为抽样。其模拟信号的抽样过程如图2所示。 图2 模拟信号的抽样过程图 3.非均匀量化 图3 非均匀13折线压缩特性曲线 图4 非均匀13折线编码原理图 在实际应用中，量化器设计好后，量化电平数M和量化间隔都是确定的。量化噪声Nq 也是确定的。但是，信号的强度会影响信号量噪比，当信号小时，信号量噪比也就越小。因此，均匀量化器对小输入信号很不利，为了克服这个缺点，以改善小信号时的信号量噪比，采用下述的非均匀量化方式。 在非均匀量化中，量化间隔是随信号抽样值的不同而变化的。信号抽样值小时，量化间隔也小；信号抽样值大时，量化间隔也大，非均匀量化的实现方法有两种：一种是北美和日本采用的μ律压扩，一种是欧洲和我国采用的A律压扩，常采用的近似算法是13折线法，该算法的压缩特性图如图3所示。 信号小时，Δ小，信号大时，Δ大。一般语音信号，信号幅度小出现的概率大，信号幅度大出现的概率小。通过非均匀量化，使得平均信噪比增大。 13折线A律PCM的非线性编码方法具体过程如表1所示。 在13折线法中采用的折叠码有8位。其中一位c1 表示量化值的极性正负，后7位分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2~4位（c2~c4）是段落码，5~8位（c5~c8）为段内码，可以表示每一段落内的16种量化电平。段内码代表的16个量化电平是均匀分布的，因此，这7位码总共能表示27=128种量化值。编码方法如下所示： 极性码　　　段落码　　　　段内码 C1 C2C3C4 C5C6C7C8 （1）将量化区间［a,b］分为4096个小段 （2）正半轴2048个小段，负半轴2048个小段 （3）每个小段用Δ表示 表1 非均匀13折线编码原理 四、程序设计 1. 首先给定一个模拟信号。 2. 根据PCM（脉冲编码调制）原理，对模拟信号进行抽样，得到离散信号， 然后进行非均匀量化编码 ，采用13折线法。 3. 在Matlab当中进行操作时，首先要画出经过PCM调制的模拟信号波形。 4. 将经过PCM调制的信号叠加上一个高斯白噪声信道，然后，根据非均匀量化译码原理，得到译码后的波形，即原始的模拟信号。 五、设计流程 1. 输入一个模拟信号，根据奈奎斯特定理，进行抽样，得到时间上离散的模拟信号。 2. 根据非均匀量化编码（13折线法），设定模拟信号各个段的段落码和段内码。并画出量化编码后的波形。 3. 根据非均匀量化编码（13折线法）的逆向思想，即不同的段落码和段内码分别对应不同的电平值，最终得到译码后的模拟信号，然后画出译码后的模拟信号的波形。 六、源程序代码 T=; t=:T:; xt=cos(2*pi*30*t)+sin(2*pi*65*t); fs=500; sdt=1/fs; t1=:sdt:; st=cos(2*pi*30*t)+sin(2*pi*65*t); figure(1); subplot(3,1,1); plot(t,xt);title(原始信号); grid on subplot(3,1,2); stem(t1,st,.);title(量化信号); title(抽样信号); grid on n=length(st); M=max(st); C=(st/M)*2048; code=zeros(1,8); for i=1:n if C(i)=0 code(i