通信原理大型实验课程设计实验报告
实验一 基于A律十三折和u律十五折的PCM编解码
班级：10通信（2）班 学号：Xb10680218 姓名：张泽星
一、设计要求：
1、掌握Matlab的使用，掌握Simulink中建立通信模型的方法。 2、了解PCM编码的原理及在Simulink中的具体实现模块。 3、掌握如何观察示波器，来分析仿真模型的误差。 二、实验内容：
1、 设计一个A律13折线近似的PCM编解码器模型，能够对取值在[-1;1] 内的归一化信号样值进行编码。建立PCM串行传输模型，并在传输信道中加入指定错误概率的随机误码。 在解码端信道输出的码流经过串并转换后送入PCM解码，之后输出解码结果并显示波形。
仿真采样率必须是仿真模型中最高信号速率的整数倍，这里模型中信道传输速率最高，为64kbps，故设置仿真步进为1/64000 秒。信道错误比特率设为0.01，以观察信道误码对PCM传输的影响。仿真结果波形如图所示，传输信号为幅度是1，频率是200Hz正弦波，解码输出存在延迟。
2、设信道是无噪的。压缩扩张方式为u 律的，参数u=255 。试研究输入信号电平与PCM量化信噪比之间的关系。以正弦波作为测试信号。
PCM解码输出信号与原信号相减得出量化噪声信号，采用方差统计模块统计输出量化噪声以及原信号的功率，计算出信噪比。其中参数mu设置为255。 三、 实验原理及结果：
1、编码原理：
（1）PCM编解码的原理：PCM编码是一种用一组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信方式。PCM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。 （2）A律编码方式的原理：
如上图所示当A等于87.6时根据根据公式得到A律压缩曲线，图中横坐标和纵坐标都是归一化后的数值。从图中可以看到，输出信号的幅度方位与输入信号相同。当输入信号的幅度较小时，输出信号的变化幅度较大；而当输入信号的幅度较大时，输出信号的变化则相对变小，这就是非均匀量化的特征，他能有效的降低量化噪声。
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（3）u律编码方式的原理：
2、Simulink仿真模型图： （1）A律十三折
PCM编码子模块：如图一
图一PCM编码模块
其中以“Saturation”作为限幅器，将输入信号幅度值限制在PCM编码的定义范围内[-1,1]，“Relay”模块的门限设置为0，其输出即可作为PCM编码输出的最高位---极性码。样值取绝对值后，以实例所示的“Look-Up Table”查表模块进行13折线压缩，并用增益模块将样值范围放大到0到127内，然后用间距为1的“Quantizer”进行四舍五入取整，最后将整数编码为7bit二进制序列，作为PCM编码的低7位。可以将该模型中虚线所围部分封装为一个PCM编码子系统备用。 PCM解码子模块：如图二
图二PCM解码模块
解码器中首先分离并行数据中的最高位（极性码）和7位数据，然后将7bit数据转换为整数值，再进行归一化、扩张后与双极性的极性码相乘得出解码值。再将该模型封装为一个PCM解码子系统备用。
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A律十三折仿真模型：如图三
图三A律PCM仿真模型
在上述做好的编码器和解码器基础上，建立PCM串行传输模型，并在传输信道中加入指定错误概率的随机误码。在解码端信道输出的码流经过串并转换后送入PCM解码，之后输出解码结果并显示波形。模型中没有对PCM解码结果作低通滤波处理，但实际系统中PCM解码输出总是经过低通滤波后送入扬声器的。
主要参数设置：
1、运行环境Simulation，Stop time： 0.01，Type：Fixed-step,Solver:orde5 (Dormand-Prince),Fixed-step size:1/64000
2、“Saturation”作为限幅器，将输入信号幅度值限制在PCM编码的定义范围内[-1,1]；“Relay”模块的门限设置为0。
3、量化器模块“Quantizer”的量化间隔为1。
4、 “Integer to Bit Converter”模块的转换比特数设置为7，进行7比特转换。
5、Look-Up Table”查表模块可以实现对13段折线近似的压缩扩张计算的建模，编码的输入值向量设置为 [0,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1] 输出值向量设置为[0:1/8:1]，解码向量值设置为[0:1/8:1]，输出向量设置为[0,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1]。
6、Zero-Order，Sample time设置为1/8000. 示波器结果：如图四
图四PCM串行传输仿真结果
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由于在信道中加入了信道误码脉冲，所以导致解码输出的结果出现了失真。
（2）u律十三折
μ律PCM编码器：图五
图五μ律PCM编码模块
μ律PCM解码器：图六
图六μ律PCM解码模块
μ律十五折的PCM编解码仿真模型：图七
图七μ律PCM仿真模型
PCM解码输出信号与原信号相减得出量化噪声信号，采用方差统计模块统计输出量化噪声以及原信号的功率，计算出信噪比。设信道是无噪的。压缩扩张方式为u 律的，参数u=255 。其中参数mu设置为255。
主要参数设置同A律PCM模型。
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运行结果：如图八
图八PCM量化信噪比测试结果
随着输入信噪比的增大，解调输出的消噪比增大，但是相干解调与包络解调相比，包络解调在相同输入情况下输出信噪比要小。 运行程序清单如下 clear;
freq=1;%输入正弦波频率
AdB=-60:1:0;%输入电平（分贝） A=10.^(AdB./20);
for mu=[0.001,255];%均匀量化和非均匀量化情况 for k=1:length(A)
sourceAmp=A(k);%信号电平赋值
sim('ch6example9.mdl');%启动仿真模型
SNR(k)=10*log10(SandN(2)./SandN(1));%计算量化信噪比 end
plot(AdB,SNR,'o');hold on;drawnow;%量化信噪比曲线 end
xlabel('输入信号电平 dB');ylabel('量化信噪比 dB'); axis([-60 0 0 50]); %理论计算值
SNR_dB=6*8+1.76+20*log10(A); mu=255;
Q_dB=20*log10(mu/(log(1+mu)))-20*log10(1+mu*A);
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