1、實驗三 PCM編碼譯碼仿真學院（院、系） 專業 班 通信原理 課程學號 姓名 實驗日期 教師評定 一、實驗目的1熟悉PCM（脈沖編碼調制）原理。2掌握編寫PCM（脈沖編碼調制）程序的要點。3掌握使用Matlab調制仿真的要點。二、實驗內容1根據PCM（脈沖編碼調制）原理，設計源程序代碼。2通過Matlab軟件仿真給定模擬信號編碼后的波形。3. 對比給的原始信號波形和譯碼后的波形。三、實驗原理1.脈沖編碼調制脈沖編碼調制在通信系統中是一種對模擬信號數字化的取樣技術，將模擬信號變換為數字信號的編碼方式。 PCM的實現主要包括三個步驟完成：抽樣、量化、編碼。分別完成時間上離散、幅度上離散、及量化信號

2、的二進制表示。根據CCITT的建議，為改善小信號量化性能，采用壓擴非均勻量化，有兩種建議方式，分別為A律和律方式，本設計采用了A律方式。由于A律壓縮實現復雜，常使用13折線法編碼，采用非均勻量化PCM編碼示意圖如圖1所示圖1 PCM編碼示意圖2.抽樣：在一系列離散點上，對信號抽取樣值稱為抽樣。其模擬信號的抽樣過程如圖2所示。圖2 模擬信號的抽樣過程圖3.非均勻量化圖3 非均勻13折線壓縮特性曲線圖4 非均勻13折線編碼原理圖在實際應用中，量化器設計好后，量化電平數M和量化間隔都是確定的。量化噪聲Nq 也是確定的。但是，信號的強度會影響信號量噪比，當信號小時，信號量噪比也就越小。因此，均勻量化器

3、對小輸入信號很不利，為了克服這個缺點，以改善小信號時的信號量噪比，采用下述的非均勻量化方式。 在非均勻量化中，量化間隔是隨信號抽樣值的不同而變化的。信號抽樣值小時，量化間隔也小；信號抽樣值大時，量化間隔也大，非均勻量化的實現方法有兩種：一種是北美和日本采用的律壓擴，一種是歐洲和我國采用的A律壓擴，常采用的近似算法是13折線法，該算法的壓縮特性圖如圖3所示。信號小時，小，信號大時，大。一般語音信號，信號幅度小出現的概率大，信號幅度大出現的概率小。通過非均勻量化，使得平均信噪比增大。13折線A律PCM的非線性編碼方法具體過程如表1所示。在13折線法中采用的折疊碼有8位。其中一位c1 表示量化值的極

4、性正負，后7位分為段落碼和段內碼兩部分。用于表示量化值的絕對值。其中第24位（c2c4）是段落碼，58位（c5c8）為段內碼，可以表示每一段落內的16種量化電平。段內碼代表的16個量化電平是均勻分布的，因此，這7位碼總共能表示27=128種量化值。編碼方法如下所示：極性碼段落碼段內碼 C1 C2C3C4 C5C6C7C8（1）將量化區間a,b分為4096個小段（2）正半軸2048個小段，負半軸2048個小段（3）每個小段用表示表1 非均勻13折線編碼原理四、程序設計 1. 首先給定一個模擬信號。 2. 根據PCM（脈沖編碼調制）原理，對模擬信號進行抽樣，得到離散信號， 然后進行非均勻量化編碼

5、，采用13折線法。 3. 在Matlab當中進行操作時，首先要畫出經過PCM調制的模擬信號波形。 4. 將經過PCM調制的信號疊加上一個高斯白噪聲信道，然后，根據非均勻量化譯碼原理，得到譯碼后的波形，即原始的模擬信號。五、設計流程1. 輸入一個模擬信號，根據奈奎斯特定理，進行抽樣，得到時間上離散的模擬信號。2. 根據非均勻量化編碼（13折線法），設定模擬信號各個段的段落碼和段內碼。并畫出量化編碼后的波形。3. 根據非均勻量化編碼（13折線法）的逆向思想，即不同的段落碼和段內碼分別對應不同的電平值，最終得到譯碼后的模擬信號，然后畫出譯碼后的模擬信號的波形。六、源程序代碼T=0.002;t=-0.

6、1:T:0.1;xt=cos(2*pi*30*t)+sin(2*pi*65*t);fs=500;sdt=1/fs;t1=-0.1:sdt:0.1;st=cos(2*pi*30*t)+sin(2*pi*65*t);figure(1);subplot(3,1,1);plot(t,xt);title('原始信號');grid on subplot(3,1,2);stem(t1,st,'.');title('量化信號');title('抽樣信號');grid onn=length(st);M=max(st);C=(st/M)*2048;c

7、ode=zeros(1,8);for i=1:n if C(i)>=0 code(i,1)=1 else code(i,1)=0 end if abs(C(i)>=0&&abs(C(i)<16 code(i,2)=0;code(i,3)=0;code(i,4)=0;step=1;start=0; elseif 16<=abs(C(i)&&abs(C(i)<32 code(i,2)=0;code(i,3)=0;code(i,4)=1;step=1;start=16; elseif 32<=abs(C(i)&&ab

8、s(C(i)<64 code(i,2)=0;code(i,3)=1;code(i,4)=0;step=2;start=32; elseif 64<=abs(C(i)&&abs(C(i)<128 code(i,2)=0;code(i,3)=1;code(i,4)=1;step=4;start=64; elseif 128<=abs(C(i)&&abs(C(i)<256 code(i,2)=1;code(i,3)=0;code(i,4)=0;step=8;start=128; elseif 256<=abs(C(i)&&a

9、mp;abs(C(i)<512 code(i,2)=1;code(i,3)=0;code(i,4)=1;step=16;start=256; elseif 512<=abs(C(i)&&abs(C(i)<1024 code(i,2)=1;code(i,3)=1;code(i,4)=0;step=32;start=512; elseif 1024<=abs(C(i)&&abs(C(i)<2048 code(i,2)=1;code(i,3)=1;code(i,4)=1;step=64;start=1024; endB=floor(abs

10、(C(i)-start)/step);t=dec2bin(B,4)-48;code(i,5:8)=t(1:4); endcode=reshape(code',1,8*n);subplot(3,1,3);stem(code,'.');axis(1 64 0 1);title('編碼信號');grid ony=awgn(code,5);figure(2);stem(y,'.');axis(1 64 0 3);title('疊加加性高斯信號的信號');n=length(code);code=reshape(code',8

11、,n/8)'slot(1)=0;slot(2)=32;slot(3)=64;slot(4)=128;slot(5)=256;slot(6)=512;slot(7)=1024;slot(8)=2048;step(1)=2;step(2)=2;step(3)=4;step(4)=8;step(5)=16;step(6)=32;step(7)=64;step(8)=128;for i=1:n/8 ss=2*code(i,1)-1; tmp=code(i,2)*4+code(i,3)*2+code(i,4)+1; st=slot(tmp); dt=(code(i,5)*8+code(i,6)*4+code(i,7)*2+code(i,8)*step(tmp)+0.5*step(tmp); v=1; r(i)=ss*(st+dt)/4096*v;endT=0.002;t=-0.1:T:0.1;figure(3);subplot(1,1,1);plot(t,r);title('編碼后的原始信號');grid on七、MATLAB繪制波形 八、實驗總結和心得在本次實驗中，我根據PCM（脈沖