實(shí)驗(yàn)三 PCM編碼譯碼

...wd......wd......wd...實(shí)驗(yàn)三PCM編碼譯碼仿真學(xué)院〔院、系〕專(zhuān)業(yè)班通信原理課程學(xué)號(hào)姓名實(shí)驗(yàn)日期教師評(píng)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟悉PCM〔脈沖編碼調(diào)制〕原理。2．掌握編寫(xiě)PCM〔脈沖編碼調(diào)制〕程序的要點(diǎn)。3．掌握使用Matlab調(diào)制仿真的要點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．根據(jù)PCM〔脈沖編碼調(diào)制〕原理，設(shè)計(jì)源程序代碼。2．通過(guò)Matlab軟件仿真給定模擬信號(hào)編碼后的波形。3.比照給的原始信號(hào)波形和譯碼后的波形。三、實(shí)驗(yàn)原理1.脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制在通信系統(tǒng)中是一種對(duì)模擬信號(hào)數(shù)字化的取樣技術(shù)，將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的編碼方式。PCM的實(shí)現(xiàn)主要包括三個(gè)步驟完成：抽樣、量化、編碼。分別完成時(shí)間上離散、幅度上離散、及量化信號(hào)的二進(jìn)制表示。根據(jù)CCITT的建議，為改善小信號(hào)量化性能，采用壓擴(kuò)非均勻量化，有兩種建議方式，分別為A律和律方式，本設(shè)計(jì)采用了A律方式。由于A律壓縮實(shí)現(xiàn)復(fù)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1PCM編碼示意圖2.抽樣：在一系列離散點(diǎn)上，對(duì)信號(hào)抽取樣值稱(chēng)為抽樣。其模擬信號(hào)的抽樣過(guò)程如圖2所示。圖2模擬信號(hào)的抽樣過(guò)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(shí)際應(yīng)用中，量化器設(shè)計(jì)好后，量化電平數(shù)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(hào)的強(qiáng)度會(huì)影響信號(hào)量噪比，當(dāng)信號(hào)小時(shí)，信號(hào)量噪比也就越小。因此，均勻量化器對(duì)小輸入信號(hào)很不利，為了抑制這個(gè)缺點(diǎn)，以改善小信號(hào)時(shí)的信號(hào)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(hào)抽樣值的不同而變化的。信號(hào)抽樣值小時(shí)，量化間隔也??；信號(hào)抽樣值大時(shí)，量化間隔也大，非均勻量化的實(shí)現(xiàn)方法有兩種：一種是北美和日本采用的μ律壓擴(kuò)，一種是歐洲和我國(guó)采用的A律壓擴(kuò)，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(hào)小時(shí)，Δ小，信號(hào)大時(shí)，Δ大。一般語(yǔ)音信號(hào)，信號(hào)幅度小出現(xiàn)的概率大，信號(hào)幅度大出現(xiàn)的概率小。通過(guò)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(guò)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表示量化值的極性正負(fù)，后7位分為段落碼和段內(nèi)碼兩局部。用于表示量化值的絕對(duì)值。其中第2~4位〔c2~c4〕是段落碼，5~8位〔c5~c8〕為段內(nèi)碼，可以表示每一段落內(nèi)的16種量化電平。段內(nèi)碼代表的16個(gè)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(nèi)碼C1C2C〔1〕將量化區(qū)間［a,b］分為4096個(gè)小段〔2〕正半軸2048個(gè)小段，負(fù)半軸2048個(gè)小段〔3〕每個(gè)小段用Δ表示表1非均勻13折線編碼原理四、程序設(shè)計(jì)1.首先給定一個(gè)模擬信號(hào)。2.根據(jù)PCM〔脈沖編碼調(diào)制〕原理，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)展抽樣，得到離散信號(hào)，然后進(jìn)展非均勻量化編碼，采用13折線法。3.在Matlab當(dāng)中進(jìn)展操作時(shí)，首先要畫(huà)出經(jīng)過(guò)PCM調(diào)制的模擬信號(hào)波形。4.將經(jīng)過(guò)PCM調(diào)制的信號(hào)疊加上一個(gè)高斯白噪聲信道，然后，根據(jù)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(hào)。五、設(shè)計(jì)流程1.輸入一個(gè)模擬信號(hào)，根據(jù)奈奎斯特定理，進(jìn)展抽樣，得到時(shí)間上離散的模擬信號(hào)。2.根據(jù)非均勻量化編碼〔13折線法〕，設(shè)定模擬信號(hào)各個(gè)段的段落碼和段內(nèi)碼。并畫(huà)出量化編碼后的波形。3.根據(jù)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(nèi)碼分別對(duì)應(yīng)不同的電平值，最終得到譯碼后的模擬信號(hào)，然后畫(huà)出譯碼后的模擬信號(hào)的波形。六、源程序代碼T=0.002;t=-0.1: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(hào)');gridonsubplot(3,1,2);stem(t1,st,'.');title('量化信號(hào)');title('抽樣信號(hào)');gridonn=length(st);M=max(st);C=(st/M)*2048;code=zeros(1,8);fori=1:nifC(i)>=0code(i,1)=1elsecode(i,1)=0endifabs(C(i))>=0&&abs(C(i))<16code(i,2)=0;code(i,3)=0;code(i,4)=0;step=1;start=0;elseif16<=abs(C(i))&&abs(C(i))<32code(i,2)=0;code(i,3)=0;code(i,4)=1;step=1;start=16;elseif32<=abs(C(i))&&abs(C(i))<64code(i,2)=0;code(i,3)=1;code(i,4)=0;step=2;start=32;elseif64<=abs(C(i))&&abs(C(i))<128code(i,2)=0;code(i,3)=1;code(i,4)=1;step=4;start=64;elseif128<=abs(C(i))&&abs(C(i))<256code(i,2)=1;code(i,3)=0;code(i,4)=0;step=8;start=128;elseif256<=abs(C(i))&&abs(C(i))<512code(i,2)=1;code(i,3)=0;code(i,4)=1;step=16;start=256;elseif512<=abs(C(i))&&abs(C(i))<1024code(i,2)=1;code(i,3)=1;code(i,4)=0;step=32;start=512;elseif1024<=abs(C(i))&&abs(C(i))<2048code(i,2)=1;code(i,3)=1;code(i,4)=1;step=64;start=1024;endB=floor((abs(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([16401]);title('編碼信號(hào)');gridony=awgn(code,5);figure(2);stem(y,'.');axis([16403]);title('疊加加性高斯信號(hào)的信號(hào)');n=length(code);code=reshape(code',8,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;fori=1:n/8ss=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(hào)');gridon七、MATLAB繪制波形八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)和心得在本次實(shí)驗(yàn)中，我