南京工程学院课程设计说明书（论文）题目模拟信号的数字化课程名称Matlab通信仿真设计院(系、部、中心)通信工程学院专业电子信息工程（传感网）班级学生姓名X X X学号 2 0 8 1 1 0 7 3 2设计地点信息楼C 216指导教师潘子宇设计起止时间：2014年1月10日至2014年 1 月14日目录一、内容摘要 (1)二、课程设计目的和要求 (2)三、课程设计任务 (2)四、课程设计软件介绍 (3)五、课程设计原理 (4)六、PCM编码及仿真参数设置 (9)七、PCM解码及仿真参数设置 (11)八、PCM串行传输模型及仿真参数设置 (13)九、课程设计成品图 (14)十、SCOPE端的最终波形图 (14)十一、主要参考文献 (15)十二、总结与体会 (15)一、内容摘要MATLAB软件是矩阵实验室的简称，是美国M a t h W or k s公司出品的商业数学软件, 可用于算法开发、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境, 广泛用于数字信号分析，系统识别，时序分析与建模，神经网络、动态仿真等方面有着广泛的应用。
主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。
Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。
为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。
对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。
.构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。
Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB 大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。
二、课程设计目的和要求目的：1、掌握使用Matlab语言及其工具箱进行基本信号分析与处理的方法。
2、用matlab和simulink设计一个通信系统，加深对通信原理基本原理和matlab应用技术的理解；学习使用计算机建立通信系统仿真模型的基本方法及基本技能，学会利用仿真的手段对于实用通信系统的基本理论、基本算法进行实际验证；3、提高和挖掘学生将所学知识与实际应用相结合的能力，学习现有流行通信系统仿真软件MATLAB的基本使用方法，学会使用这些软件解决实际系统出现的问题；4、培养学生的合作精神和独立分析问题和解决问题的能力；通过系统仿真加深对通信课程理论的理解。
5、用MATLAB 完成模拟信号的数字化设计，掌握PCM编码、PCM解码和PCM串行传输模型的设计。
要求：学生根据所学知识独立完成基本设计任务；欢迎进行创新设计，经老师审核同意并在条件允许的情况下，可以自行命题。
本课程设计以上机编写MATLAB程序或用Simulink仿真为主，大部分时间由学生上机操作，要求在规定时间内完成系统设计与实现。
课程设计报告中要有详细的建模与仿真过程，要求程序完备，模型准确，给出仿真参数，对仿真结果做详细说明。
三、课程设计任务任务一：PCM编码PCM编码是脉冲编码调制的简称，是现代数字电话系统的标准语音编码方式。
A律PCM 数字电话系统中规定：传输语音的信号频段为300~3400Hz，采样率为8000次/s，对样值进行13折线压缩后编码为8位二进制序列。
因此，PCM编码输出的数码速率为64kbps。
PCM编码的二进制序列中，每个样值用8位二进制码表示，其中最高比特位表示样值的正负极性，规定负值用0表示，正值用1表示。
接下来的3位比特表示样值的绝对值所在的8段折现的段落号，最后4位的样值处于段落内16个均匀间隔上的间隔序号。
在数学上，PCM编码较低的7位相当于对样值的绝对值进行13折线近似压缩后的7位均匀量化编码输出。
任务二：PCM解码PCM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7位数据转换为整数值，再进行归一化、扩张后与双极性码相乘得出解码值。
任务三：PCM串行传输模型在以上两个任务的基础上，建立PCM串行传输模型，并在传输信道中加入制定错误概率的随机误码。
四、课程设计软件介绍MATLAB及Simulink建模环境简介MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink 两大部分。
Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。
Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。
Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。
为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果.Simulink®是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。
对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。
.五、课程设计原理基带信号的采样定理是指，对于一个频谱宽度为BHz的基带信号，可唯一的被均匀间隔不大于1/(2B)秒的样值序列所确定。
采样定理表明，如果以不少于1/(2B)次/秒的速率对基带模拟信号均匀采样，那么所得到的样值序列就包含了基带信号的全部信息，这时对该序列可以无失真的重建对应的基带模拟信号。
例如电话话音信号的最高频率为3400Hz，为了保证无失真采用样，对其采样的最低速率必须大于等于6800次/秒，考虑到实际低通滤波器的非理想特性，数字电话通信系统中规定采样率为8000次/秒。
为了保证在足够大的范围内数字电话话音具有足够高的信噪比，提出了非均匀量化：在小信号时采用较小的量化间距，而在大信号时采用大的量化间距。
在数学上，非均匀量化等价于对输入信号进行动态范围压缩后在进行均匀量化。
小信号通过压缩器时增益大，大信号通过压缩器时增益小。
这样就是的小信号在均匀量化前得到较大的放大，等价于比较小间距直接对小信号进行量化，而已较大间距对大信号进行量化。
在接收端要进行相应的反变换，即扩张处理，以补偿压缩过程引起的信号非线性失真。
中国和欧洲的PCM数字电话系统采用A律压缩方式，即：Y= Ax/(1+lnA) 0< x≤1/A(1+lnAx)/(1+lnA) 1/A<x≤1其中，A是压缩系数为87.6，y是归一化的压缩器输出电压，x为归一化的压缩器输入电压。
图1-7 A律对数压缩特性实际中，A压缩律通常采用13折线来近似，十三折线如下图，图中先把x轴的（0,1）区间分为8个不均匀段。
图1-8 13折线示意图其具体分法如下：将区间（0,1）一分为二，其中点为1/2，取区间（0,1/2）作为第八段；将剩下的区间（0,1/2）再一分为二，其中点为1/4，取区间（1/4,1/2）作为第七段；将剩下的区间（0，1/4）再一分为二，其中点为1/8,取区间（1/8,1/4）作为第六段；将剩下的区间（0,1/8）再一分为二，其中点为1/16,取区间（1/16,1/8）作为第五段；将剩下的区间（0,1/16）再一分为二，其中点为1/32,取区间（1/32,1/16）作为第四段； 将剩下的区间（0,1/32）再一分为二，其中点为1/64,取区间（1/64,1/32）作为第三段；将剩下的区间（0,1/64）再一分为二，其中点为1/128,取区间（1/128,1/64）作为第二段； 最后剩下的区间（0,1/128）作为第一段。
然后将y 轴的（0,1）区间均匀的分成八段，从第一段到第八段分别为（0,1/8）,（1/8,2/8）、（2/8,3/8）、（3/8,4/8）、（4/8,5/8）、（5/8,6/8）、（6/8,7/8）、（7/8,1）。
分别与x 轴的八段一一对应。
模拟信号的数字传输是指把模拟信号先变换为数字信号后，再进行传输。
由于与模拟传输相比，数字传输有着众多优点，因而此技术越来越受到重视。
此变化成为A/D 变换。
A/D 变换是把模拟基带信号变换喂数字基带信号，尽管后者的带宽会比前者大得很多，但本质上仍属于基带信号。
这种传输可直接采用基带传输，或经过熟悉调制后再做频带传输。
A/D 变化包括抽样、量化、编码三个步骤，如图：图1-1模拟信号数字化流程图图中，抽样完成时间离散量化过程，所得m （KTs ）为PAM 信号；量化完成复制离散化过程，所得mq(kTs)为多电平PAM 信号；编码完成多进制到二进制的变化过程，所得s(t)是二进制编码信号。
5.1抽样所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号，该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。