实验二-模拟信号数字化传输系统的建模与分析

实验二模拟信号数字化传输系统的建模与分析一、实验目的1.进一步掌握Simulink软件使用的基本方法；2.熟悉信号的压缩扩张；3.熟悉信号的量化；4.熟悉PCM编码与解码。二、实验仪器带有MATLAB和SIMULINK开发平台的微机。三、实验原理3.1信号的压缩和扩张非均匀量化等价为对输入信号进行动态范围压缩后再进行均匀量化。中国和欧洲的PCM数字电话系统采用A律压扩方式，美国和日本则采用μ律方式。设归一化的话音输入信号为[1,1]x∈−，则A律压缩器的输出信号y是：其中，sgn(x)为符号函数。A律PCM数字电话系统国际标准中，参数A=87.6。Simulink通信库中提供了“A-LawCompressor”、“A-LawExpander”以及“Mu-LawCompressor”和“Mu-LawExpander”来实现A律和Ö律压缩扩张计算。压缩系数为87.6的A律压缩扩张曲线可以用折线来近似。16段折线点坐标是其中靠近原点的4段折线的斜率相等，可视为一段，因此总折线数为13段，故称13段折线近似。用Simulink中的“Look-UpTable”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，其中，压缩模块的输入值向量设置为[-1,-1/2,-1/4,-1/8,-1/16,-1/32,-1/64,-1/128,0,1/128,1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1]输出值向量设置为[-1:1/8:1]扩张模块的设置与压缩模块相反。3.2PCM编码与解码PCM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：传输话音信号频段为300Hz到3400Hz，采样率为8000次/秒，对样值进行13折线压缩后编码为8bit二进制数字序列。因此，PCM编码输出的数码速率为64Kbps。PCM编码输出的二进制序列中，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3位比特表示样值的绝对值所在的8段折线的段落号，最后4位是样值处于段落内16个均匀间隔上的间隔序号。在数学上，PCM编码的低7位相当于对样值的绝对值进行13折线近似压缩后的7bit均匀量化编码输出。四、实验内容1.设计一PCM编码器，要求该编码器能够对取值在[-1；1]内的归一化信号样值进行编码；2.设计一个对应于以上编码器的PCM解码器；3.在以上两项内容的基础上，建立PCM串行传输系统，并在传输信道中加入指定错误概率的随机误码。五、实验过程1、PCM编码器建模与仿真框图参数设置：saturation限幅器：上限值为1，下限值为-1.Relay：1DLookUpTable13折线压缩器：Gain增益127.Quantizer量化间距为1。IntegertoBitConverter输出7位。运行结果：结果为11110010，与教材结果相同。2、PCM译码器建模与仿真框图PCM编码子系统：参数设置：PCM编码子系统参数与1中一样。PCM译码器中，Relay：BittoIntegerConverter7位。Gain1/127.1DLookUpTable:仿真结果：3、PCM串行传输系统建模与仿真框图：参数设置：PCM解码器子系统relay下限改为-1，其余不变。Signalgenerator信号发生器：采样速率1/8000Buffer：信道错误比特率设置为0.01Buffer1大小设置为8仿真采样率必须是仿真模型中最高信号速率的整数倍，在此模型中，信道传输速率最高，为64kbit/s，故仿真步进设置为1/64000s。仿真结果：由图中可知，对应于信道产生误码的位置，解码输出波形中出现了干扰脉冲，信道中错误别位位于PCM编码字串最高位时，引起干扰最大，位于最低位的误码引起的干扰最低。六、实验心得1、实验1搭建了一个PCM编码器，因为对信号进行了取绝对值，13折线压缩表可以不用写负值。放大后的结果可能会有小数，用quantizer四舍五入取整。2、实验二是PCM译码器，各模块参数跟编码器相反。3、输入的信号有负值，如果采用实验二的译码器，负值将全部置0，所以先将译码器的delay下限设置为-1.由仿真结果图中可知，对应于信道产生误码的位置，解码输出波形中出现了干扰脉冲，信道中错误别位位于PCM编码字串最高位时，引起干扰最大，位于最低位的误码引起的干扰最低。