脉冲编码调制通信系统仿真模型设计

毕业设计说明书（论文）中文摘要
本文基于MATLAB/SIMULINK动态仿真环境，以实例阐述了建立脉冲编码调制通信系统仿真模型的一般方法。根据该系统的基本原理将整个模型划分为抽样﹑量化﹑编码等几个子系统，并在传输线路上加入高斯白噪声以检验该系统的传输质量和抗干扰能力。通过信号观察窗对比信号波形发现，输入输出基本一致，说明该系统在通常信噪比条件下满足可靠传输的基本要求，实现了预期目的。模拟仿真结果也表明，仿真模型能够反映脉冲编码调制系统的动态工作情况，具有较强的演示性，可视性和使用性，是学习，研究和设计通信系统强有力的工具。

关键词：MATLAB；脉冲编码调制；A律；系统仿真
 
毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title   Design and Simulation for PCM communication system
Abstract
Based on MATLAB/SIMULINK, the methods of founding the simulation models for PCM communication systems are presented by means of some examples. Basing on the principle of this system, it divided the whole simulation models into sampling subsystem, quantization subsystem and encoding and decoding subsystem, and added Guass noise to the transmission line to test anti-interference ability of this system. Comparing the output signal wave with the input one through observing windows, the result is identical. The results also prove that the dynamic working state of PCM communication systems can be reflected with the simulation models. There is better performance in demonstration, visualization and practice. It provides powerful tools to study and design the communication systems.

Keywords : MATLAB; pulse code modulation(PCM); A-law; system simulation

本文基于MATLAB/SIMULINK动态仿真环境，以实例阐述了根据模型框图和数学模型，利用SIMULINK功能模块或自建功能模块，建立通信系统仿真模型的方法。充分发挥了SIMULINK功能强大，建模简单，参数易于调整的特点。结果表明，基于MATLAB的SIMULINK仿真模型，能够反映模拟通信系统的动态工作过程，其可视化界面具有很好的演示效果，为通信系统的设计和研究提供了强有力的工具，也为学习通信系统理论提供了一条非常好的途径。当然理论与实际还会有很大的出入，在设计时还要考虑各种干扰和噪声等因素。

4．1 系统中各仿真模块简介
4.1.1  信源
在通信系统中假定我们仅用来传送语音信号，因语音信号的频带范围为300Hz～3400Hz，宜采用Chirp函数模块，其频率随时间线性增长。但为了更好的观察信号的波形，本实验中我们选用了低频率的正弦信号。
4.1.2  模拟低通滤波器
按照采样定理的要求选择采样频率，即fs≥2fx ，但考虑到信号的频谱不是锐止的，最高截止频率以上还有较小的高频分量，为此可选fs=(3-4)fx 。如果选用变频率信号源可在抽样之前加一保护性的低通滤波器，滤去高于fs／2的一些无用的高频分量，以及其他的一些杂散信号，因此在采样前加入一低通滤波器。
若实验要传输的是语音信号，其频带为300Hz～3400Hz为留有一定的防卫带，我们假定信号的最高频率为4000Hz。为了用较低的阶数来满足系统的要求，可以选用切比雪夫I型低通滤波器，它具有如下特点：振幅特性在通带内是等波纹的，在阻带内是单调的滤波器。
4.1.3  矩形脉冲序列
由于产生和传输单位冲激函数难以实现，因此实际中通常采用矩形脉冲抽样，根据CCITT标准，留一定的防卫带则采样频率=8000Hz，T=1／8000=125us用占空比为50％ 的矩形脉冲序列。
4.1.4  相乘器
通过相乘器使语音信号与矩形脉冲相乘从而获得时域离散信号，此即信号的抽样过程。
4.1.5  A律压缩
我国和欧洲采用目前CCIT 建议的A律压缩曲线：
式中A=87.6，由于实现困难，因此工程上通常用十三折曲线来近似地表示A律曲线。
4.1.6  均匀量化和编码
根据语音信号的统计结果：在信号动态范围≥40dB的情况下信噪比不应低于26dB。因此应采用8位量化器，量化间隔为125us。
4.1.7  编码器
编码器是将量化后信号编成适合信道传输的信号，解码器将从信道接收到的信息进行解码。
4.1.8  A律解压
对解码后的信号量化值进行扩展，得到重建信号。
4.1.9  零阶保持
零阶保持完成将重建信号转换为连续信号。零阶保持其实是一阶线性函数进行内插的过程。
4.1.10  浮点示波器
将产生的信号波形显示出来。在本实验中将原信号波形与恢复后的信号波形同时显示在同一滤波器中，这样可以直观的比较信号的恢复程度。
4.1.11  RS低通滤波器 
滤去信道中加入的高频噪声以及滤去信号中其他一些无用的高频分量。
4.1.12  信道
    传输信号以及可选择不同特性的信道来对通信系统作出仿真，主要是在信道中加入噪声来检测通信系统的抗噪声性能。
以上的功能块确定后，应对每个功能块进行属性配置，具体的参数可根据系统的不同要求来设置。最后是仿真参数的选取，在仿真全口中单击Parameter弹出Simulink Parameter对话框，可以看到改变这些选项可以得到不同的仿真结果[14]。











目   录
1  引言……………………………………………………………………………… 1
2  MATLAB及其通信工具箱………………………………………………………… 2
2.1  MATLAB简介…………………………………………………………………… 2
2.2  通信工具箱及其使用方法……………………………………………………… 3
3  脉冲编码调制……………………………………………………………………… 4
3.1  抽样定理和实际抽样…………………………………………………………… 5
3.2  量化……………………………………………………………………………… 9
3.3  编码和译码…………………………………………………………………… 14
4  PCM 通信系统的仿真实现 ……………………………………………………… 18
4.1  系统中各仿真模块简介…………………………………………………………19
(毕业设计)
4.2  分系统的仿真与分析  ……………………………………………………… 21
4.3  PCM系统的仿真结果与分析…………………………………………………… 30
5  关于存在问题的几点说明……………………………………………………… 33
结论 ………………………………………………………………………………… 35
致谢 ………………………………………………………………………………… 36
参考文献………………………………………………………………………………37