【正文】 用仿真軟件對PCM系統(tǒng)進(jìn)行性能分析。 3月21日——4月20日：完成PCM系統(tǒng)的基本仿真設(shè)計并提交中期檢查報告。本次設(shè)計建立了基于Simulink的PCM仿真系統(tǒng)，系統(tǒng)包括PCM編譯碼模塊、數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊。Electrinics and Information EngineeringShaanxi University of Technology,Hanzhong 723003,Shanxi)Tutor:Wei RuiAbstract：Pulse Code Modulation (PCM) is a way of changing the analog voice signal into a digital signal . The PCM system was designed in the Simulink simulation environment, including PCM coding and decoding module, digital modem module. The PCM codec module constructed in three segments inner code was to be the digital modem, A subsystem including BPSK, channel and filter was ,the BER and spectrum of the three coding system was system configuration was to be found based on the simulation results, it provides a theoretical basis for the practical application.Key words：MATLAB。在語音信號的領(lǐng)域中，數(shù)字化的語音傳輸和存儲，不論其在可靠性，抗干擾性，速交換，易保密和廉價格等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬語音信號。60年代它開始應(yīng)用于市內(nèi)電話網(wǎng)以便擴(kuò)充容量，使已有音頻電纜的大部分芯線的傳輸容量擴(kuò)大24～48倍。在光纖通信系統(tǒng)中，光纖傳輸?shù)氖怯啥M(jìn)制數(shù)字信號對光源進(jìn)行通斷調(diào)制而產(chǎn)生的二進(jìn)制光脈沖“0碼”和“1碼”。PCM有T1和E1兩種標(biāo)準(zhǔn)（表現(xiàn)形式）。脈沖編碼調(diào)制的音頻格式也是被DVDA所采用，1999年由DVD討論會發(fā)布和推出。其原因在于以下兩點(diǎn)： (1) 任何脈沖編碼調(diào)制數(shù)字音頻系統(tǒng)都需要在輸入端設(shè)置急劇升降的濾波器，僅僅讓20Hz到 （）。與模擬通信相比，數(shù)字通信具有很多明顯的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為了現(xiàn)在通信的主要發(fā)展趨勢之一。第一步為“抽樣”，就是對連續(xù)的模擬信號進(jìn)行離散化，通常是以相等的時間間隔來抽取模擬信號的樣值。在綜合了不同軟件及硬件的分析優(yōu)缺點(diǎn)后，綜合自己的能力選擇合適的方案。PCM系統(tǒng)包括模擬信號的數(shù)字化、調(diào)制解調(diào)和數(shù)字信號還原為模擬信號三個模塊，其中，模擬信號的數(shù)字化是把連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)化為用二進(jìn)制代表的數(shù)字信號，分為抽樣、量化和編碼三個步驟；信道是信號傳輸?shù)耐ǖ?，在傳輸過程中會引入噪聲而影響信號的質(zhì)量；數(shù)字信號還原模擬信號解碼、低通等過程組成，它把數(shù)字信號恢復(fù)成連續(xù)的模擬信號。 第四部分是結(jié)束語。因此，選擇PCM系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)，F(xiàn)PGA不僅解決了定制電路在設(shè)計中的不足，而且改善了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。 ? FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。 可以說，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。掉電后，F(xiàn)PGA恢復(fù)白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠重復(fù)使用。因此，F(xiàn)PGA的使用是非常靈活的。Quartus II在21世紀(jì)初推出，是Altera前一代FPGA/CPLD集成開發(fā)環(huán)境MAX+plus II的更新?lián)Q代產(chǎn)品，它界面友好，使用便捷。：圖形或HDL編輯Analysis synthesis（分析與綜合）Filter（適配器）Assembler（編程文件匯編）編程器設(shè)計輸入綜合或編輯仿真適配器件下載時序分析器圖 Quartus本次設(shè)計系統(tǒng)可以通過模塊分層來實現(xiàn)。SystemView可以快速建立和修改系統(tǒng)，并在對話框內(nèi)快速訪問和調(diào)整參數(shù)，修改實時顯示。單芯片工作時只需給出外圍的時序電路即可實現(xiàn)，它把編譯碼器（Codec）和濾波器（Filter）集成在一個芯片上，這樣它的功能比較強(qiáng)，不僅可以進(jìn)行A律變換，也可以進(jìn)行u律變換；它的數(shù)據(jù)既可用固定速率傳送，也可用變速率傳送；它既可以傳輸信令幀也可以選擇它傳送無信令幀，并且還可以控制它處于低功耗備用狀態(tài)，到底使用它的什么功能可由用戶通過一些控制來選擇。但在編程中，需設(shè)計HDL源代碼，可以使VHDL語言或Verilog語言，在大學(xué)期間，我們接觸最多的是C語言，所以利用FPGA分析時會面臨最大的編程問題。這種交互式的特征可以幫助我們快速的評估不同的算法，進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。目前的MATLAB版本已經(jīng)可以方便的設(shè)計漂亮的界面，它可以像VB等語言一樣設(shè)計漂亮的用戶接口，同時因為有最豐富的函數(shù)庫（工具箱），計算的功能實現(xiàn)也很簡單，進(jìn)一步受到了科研工作者的歡迎。不僅可以直接調(diào)用，用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載使用。MATLAB用更直觀的、符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C和FORTRAN語言的冗長代碼。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可以構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)，它讓用戶把精力從語言編程轉(zhuǎn)向仿真模型的構(gòu)造，為用戶省去了很多重復(fù)的代碼編寫工作。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。 構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計、執(zhí)行、驗證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。 ? 以設(shè)計功能的層次性來分割模型，實現(xiàn)對復(fù)雜設(shè)計的管理。 ? 使用定步長或變步長運(yùn)行仿真，根據(jù)仿真模式(Normal，Accelerator，Rapid Accelerator)來決定以解釋性的方式運(yùn)行或以編譯C代碼的形式來運(yùn)行模型。由于這種通信方式抗干擾能力強(qiáng)，易于加密等，因此在光釬通信、衛(wèi)星通信、數(shù)字微波通信中均獲得了極為廣泛的運(yùn)用。在實際電路中，常把抽樣和保持電路作在一起，稱為抽樣保持電路。抽樣保持量化器編碼器譯碼器低通濾波器模擬信號輸入PCM信號輸入PCM信號輸出模擬信號輸出沖擊脈沖（a）編碼器（b）譯碼器 PCM原理方框圖 抽樣抽樣就是不斷地以某個固定的時間間隔采集模擬信號的瞬時值。 量化量化就是把一個連續(xù)幅度值的無限數(shù)集合映射成一個離散幅度值的有限數(shù)集合。通常稱為量化間隔。模擬信號的量化分為均勻量化和非均勻量化。為了克服這個缺點(diǎn)，實際中，往往采用非均勻量化。因此量化噪聲對大、小信號的影響大致相同，即改善了小信號時的量化信噪比。美國采用壓縮律，我國和歐洲各國均采用A壓縮律，因此，PCM編碼方式采用的也是A壓縮律。本設(shè)計中所用到的PCM編碼正是采用這種壓擴(kuò)特性來進(jìn)行編碼的。當(dāng)然，這里的編碼和譯碼與差錯控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來分，大致可分為兩大類：低速編碼和。下面結(jié)合13折線的量化來加以說明。其于四位表示段內(nèi)碼，它的16種可能狀態(tài)來分別代表每一段落的16個均勻劃分的量化級。目前最常見的二進(jìn)制碼組有三類，分別為：二進(jìn)制自然碼（NBC）、格雷二進(jìn)制碼（RBC）和折疊二進(jìn)制碼組（FBC）。在折疊碼中，左邊第一位表示正負(fù)號（信號極性），第一位用1表示正，用0表示負(fù)。而折疊碼在傳輸中出現(xiàn)誤碼時，對大信號的影響較大，對小信號的影響要小得多。另外，折疊碼編碼電路簡單，其第一位表示極性，可由極性判決電路決定，在編碼位數(shù)相同時，折疊碼等效于少編一位碼。譯碼中數(shù)字壓擴(kuò)用7/12變換電路，量化誤差減少為原來的1/2。兩種碼之間的轉(zhuǎn)換原則是兩個碼組在各自的意義上所代表的權(quán)值必須相等。信源輸出的信號稱為基帶信號。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號來。符合奈奎斯特抽樣定理。本設(shè)計將輸入信號幅度限制在[1,+1]范圍內(nèi)。 ALaw Compressor：A率壓縮器，它的作用是對輸入信號進(jìn)行A率壓縮。本設(shè)計中的量化間隔設(shè)為1，可將輸入數(shù)值根據(jù)四舍五入原則量化成相應(yīng)的離散數(shù)值。本設(shè)計中由于輸入信號由1路極值脈沖和1路數(shù)值脈沖組成，因此此模塊輸入?yún)?shù)設(shè)為2。運(yùn)行編碼模塊，： PCM信號波形 PCM解碼模塊設(shè)計因為本次設(shè)計要觀察經(jīng)過不同信道的波形，由于PCM編碼后的信號不能直接通過信道，在解碼前需要加上調(diào)制解調(diào)模塊，所以解碼模塊用測試模型來代替。模塊中輸入脈沖由7路二進(jìn)制數(shù)值脈沖組成，因此輸入?yún)?shù)設(shè)為7。 Gain：增益模塊，和編碼模塊相反，此模塊增益參數(shù)設(shè)為1/127。Analog Filter Design ：模擬低通濾波器。信號源：信號源為頻率為100*pi的正弦波 信號源抽樣模塊：位了便于觀察， 抽樣模塊調(diào)制解調(diào)： 調(diào)制解調(diào)模塊 PCM系統(tǒng)總體模塊 在編碼解碼中間加入調(diào)制解調(diào)，分別通過高斯，瑞利，萊斯信道，設(shè)置他們的參數(shù)，觀察不同量噪音下的輸出波形變化。由上面兩幅圖可以看出，在噪音的影響下，譯碼后的波形明顯發(fā)生了變化，通過在實驗中的測試，噪音越大，波形失真越大。 格雷碼編譯碼設(shè)計 格雷碼搭建根據(jù)自然二進(jìn)制改變，只需在自然二進(jìn)制編碼后，添加格雷編碼模塊，在解碼模塊加入格雷碼位轉(zhuǎn)換器，其余模塊參數(shù)設(shè)置都不做變化。 格雷碼編碼程序如下： function y = f(u) %eml g = zeros(1,8)。 x = xor((b(i1)), (b(i)))。當(dāng)輸入測試值14時，顯示后四位段內(nèi)碼為1001，而自然二進(jìn)制的為1110，經(jīng)驗證程序正確。for i = 2 : length(g)。： 格雷碼譯碼模塊 其編譯碼總體搭建模型見附錄C。這種碼的明顯特點(diǎn)是，對于雙極性信號，可用最高位表示信號的正、負(fù)極性，而用其余的碼表示信號的絕對值，即只要正、負(fù)極性信號的絕對值相同，則可進(jìn)行相同的編碼。是折疊二進(jìn)制碼。 if temp==1 y = u。 if temp==1 y = u。經(jīng)多組數(shù)據(jù)驗證，程序正確。折疊碼和格雷碼的總設(shè)計圖見附錄C,D。通過編碼時的數(shù)字測試，由顯示器可以觀察到，三種碼型的變化。在這半年不斷的學(xué)習(xí)中，我才看到了自己知識的欠缺。 第二，題目確定后就是找資料和做外文翻譯了。畢業(yè)設(shè)計我采用MATLAB軟件進(jìn)行仿真實現(xiàn)。 第三，寫開題報告和做仿真分析。我對前期所搭建的模塊進(jìn)行了進(jìn)一步的完善。書寫論文首先要確定論文的大致輪廓即目錄，由于我的題目是關(guān)于PCM的和利用Simulink來完成的，因此首先要介紹一下PCM的基本原理和Simulink的功能和特點(diǎn)。從去年畢業(yè)設(shè)計開始，魏老師多次詢問畢業(yè)設(shè)計的進(jìn)度，對我所從在的問題進(jìn)行指導(dǎo)，在找工作時沒有及時交開題報告，老師也予以了諒解。時光不等人，縱使我們有多不舍得這個校園，終究還是要走上自己的人生路，去工作，去為自己的人生打拼，我們從來不曾校園，只是換了一種努力的方式。CHall he also applied this technology to telephony. He obtained intelligible speech from channels sampled at a rate above 3500–4300 Hz。s later tube was perforated to produce a glitchfree Gray code, and produced all bits simultaneously by using a fan beam instead of a scanning beam. In the United States, the National Inventors Hall of Fame has honored Bernard M. Oliver and Claude Shannon as the inventors of PCM,as described in Communication System Employing Pulse Code Modulation, . Patent 2,801,281 filed in 1946 and 1952, granted in 1956. Another patent by the same title was filed by John R. Pierce in 1945, and issued in 1948: . Patent 2,437,707. The three of them published The Philosophy of PCM in 1948.Implementations PCM is the method of encoding generally used for unpressed audio, although there are other methods such as pulsedensity modulation (used also on Sup