PCM编码论文

西安科技大学论文设计基于VHDL语言的PCM编码姓名：张阳学号：1107080225专业：电子信息科学与技术1102班年级：2011级指导老师：代新冠二零一四年六月第2页摘要摘要脉冲编码调制（pulsecodemodulation,PCM）是概念上最简单、理论上最完善的编码系统，是最早研制成功、使用最为广泛的编码系统。运用matlab软件仿真来实现PCM编解码芯片的部分功能，从而完成整个电路设计上的编解码，设计简单，灵活方便。主要通信过程为采样、量化、编码、调制解调等，为建立实际通信系统提供实验仿真。利用QuartusII7.2仿真平台，设计一个PCM编码与解码系统。用示波器观察编码与解码前后的信号波形；加上各种噪声源，用误码测试模块测量误码率；最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。关键字：PCM；QuartusⅡ7.2；A律13折线法PCM编码器信号波形第一章引言第3页1.1设计目的通过此次设计加深理解和巩固理论课上所学的有关PCM编码和解码的基本概念、基本理论和基本方法，锻炼我们分析问题和解决问题的能力；掌握简单的理论验证方法和经验；同时对我们进行良好的独立工作习惯和科学素质的培养，为今后参加工作打下良好的基础。1.2设计要求1．熟悉PCM编码与解码原理。2．对模拟话音信号进行抽样、量化、编码，将编码后的信号输入信道再进行PCM解码，还原出原信号，建立仿真模型，分析仿真波形。3．在编解码过程中加上噪声源或者加入含有噪声源的信道，并给出仿真波形。4，对所设计的系统进行分析，对其应用阐述举例。第二章脉冲编码调制2.1PCM简介脉冲编码调制（PCM），由英国人A.H.里弗斯于1937年提出的，这一概念为数字通信奠定了基础，60年代它开始应用于市内电话网以扩充容量，使已有音频电缆的大部分芯线的传输容量扩大24～48倍。到70年代中、末期，各国相继把脉码调制成功地应用于同轴电缆通信、微波接力通信、卫星通信和光纤通信等中、大容量传输系统。80年代初，脉码调制已用于市话中继传输和大容量干线传输以及数字程控交换机，并在用户话机中采用。现在的数字传输系统都是采用脉冲编码调制（pulsecodemodulation）体制。PCM最初并非传输计算机数据用的，而是使交换机之间有一条中继线，不是只传送一条电话信号。PCM有两个标准即E1和T1。我国采用的是欧洲的E1标准。T1的速率是1.544Mbit/s，E1的速率是第4页2.048Mbit/s。PCM相变存储器是由IBM公司的研究机构所开发的一种新型存储芯片，将有望来代替如今的闪存Flash和硬盘驱动器HDD。PCM在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲“0”码和“1”码，它是由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM，即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。脉冲编码调制可以向用户提供多种业务，既可以提供从2M到155M速率的数字数据专线业务，也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。特别适用于对数据传输速率要求较高，需要更高带宽的用户使用。2.2PCM工作原理：通常是把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制PCM，简称脉码调制。原理框图如图2-1所示:图2-1PCM的原理框图第5页在编码器中由冲激脉冲对模拟信号抽样，得到在抽样时刻上的信号抽样值。这个抽样值仍是模拟量。在量化之前，通常由保持电路将其作短暂保存，以便电路有时间对其量化。在实际电路中，常把抽样和保持电路做在一起，称为抽样保持电路。图中的量化器把模拟抽样信号变成离散的数字量，然后在编码器中进行二进制编码。这样每个二进制码组就代表一个量化后的信号抽样值。图中的解码器的原理和编码过程相反。其中，量化与编码的组合称为模/数变换器（A/D变换器）；解码与低通滤波的组合称为数/模变换器（D/A变换器）。抽样是对模拟信号进行周期性的扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。经过抽样的信号应包含原信号的所有信息，即能无失真地恢复出原模拟信号。量化是把经抽样得到的瞬时值进行幅度离散，即指定Q规定的电平，把抽样值用最接近的电平表示。编码是用二进制码组表示有固定电平的量化值。实际上量化是在编码过程中同时完成的。其具体分法如下：先将X轴的区间[0，1]一分为二，其中点为1/2,取区间[1/2,1]作为第八段;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;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;区间[0,1/8]一分为二，中点为1/16,取区间[1/16,1/8]作为第五段;区间[0,1/16]一分为二，中点为1/32,取区间[1/32,1/16]作为第四段;区间[0,1/32]一分为二，中点为1/64,取区间[1/64,1/32]作为第三段;区间[0,1/64]一分为二，中点为1/128,区间[1/128,1/64]作为第二段;区间[0,1/128]作为第一段。然后将Y轴的[0,1]区间均匀地分成八段，从第一段到第八段第6页分别为[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轴对应。表2-18位非线性编码的码组结构极性码段落码段内码M1M2M3M4M5M6M7M8其中，第1位码M1的数值“1”或“0”分别代表信号的正、负极性，称为极性码。从折叠二进制码的规律可知，对于两个极性不同，但绝对值相同的样值脉冲，用折叠码表示时，除极性码M1不同外，其余几位码是完全一样的。因此在编码过程中，只要将样值脉冲的极性判出后，编码器便是以样值脉冲的绝对值进行量化和输出码组的。这样只要考虑13折线中对应于正输入信号的8段折线就行了。这8段折线共包含128个量化级，正好用剩下的7位码(M2，…,M8)就能表示出来。第三章VHDL程序设计及分析3、1源程序：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITYzhangyangISPORT(S:ININTEGERRANGE-2048TO2048;L:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0));ENDzhangyang;ARCHITECTUREPCMOFzhangyangISSIGNALS1:INTEGERRANGE-2048TO2048;SIGNALDATA0:STD_LOGIC_VECTOR;SIGNALDATA1:STD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);SIGNALDATA2:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);第7页BEGINPROCESS(S)BEGINIF(S0)THENDATA0='1';ELSEDATA0='0';ENDIF;IF(0=ABS(S)ANDABS(S)16)THENDATA1=000;ELSIF(16=ABS(S)ANDABS(S)32)THENDATA1=001;ELSIF(32=ABS(S)ANDABS(S)64)THENDATA1=010;ELSIF(64=ABS(S)ANDABS(S)128)THENDATA1=011;ELSIF(128=ABS(S)ANDABS(S)256)THENDATA1=100;ELSIF(256=ABS(S)ANDABS(S)512)THENDATA1=101;ELSIF(512=ABS(S)ANDABS(S)1024)THENDATA1=110;ELSIF(1024=ABS(S))THENDATA1=111;ENDIF;ENDPROCESS;PROCESS(DATA1)BEGINS1=1024WHENDATA1=111ELSE512WHENDATA1=110ELSE256WHENDATA1=101ELSE128WHENDATA1=100ELSE64WHENDATA1=011ELSE32WHENDATA1=010ELSE16WHENDATA1=001ELSE0WHENDATA1=000ELSEENDPROCESS;PROCESS(S,S1)BEGINIF(S=S1ANDS(S1+S1/16))THENDATA2=0000;ELSIF(S=S1/16ANDS(S1+2*S1/16))THENDATA2=0001;ELSIF(S=2*S1/16ANDS(S1+3*S1/16))THEN第8页DATA2=0010;ELSIF(S=3*S1/16ANDS(S1+4*S1/16))THENDATA2=0011;ELSIF(S=4*S1/16ANDS(S1+5*S1/16))THENDATA2=0100;ELSIF(S=5*S1/16ANDS(S1+6*S1/16))THENDATA2=0101;ELSIF(S=6*S1/16ANDS(S1+7*S1/16))THENDATA2=0110;ELSIF(S=7*S1/16ANDS(S1+8*S1/16))THENDATA2=0111;ELSIF(S=8*S1/16ANDS(S1+9*S1/16))THENDATA2=1000;ELSIF(S=9*S1/16ANDS(S1+10*S1/16))THENDATA2=1001;ELSIF(S=10*S1/16ANDS(S1+11*S1/16))THENDATA2=1010;ELSIF(S=11*S1/16ANDS(S1+12*S1/16))THENDATA2=1011;ELSIF(S=12*S1/16ANDS(S1+13*S1/16))THENDATA2=1100;ELSIF(S=13*S1/16ANDS(S1+14*S1/16))THENDATA2=1101;ELSIF(S=14*S1/16ANDS(S1+15*S1/16))THENDATA2=1110;ELSIF(S=15*S1/16ANDS(S1+16*S1/16))THENDATA2=1111;ENDIF;ENDPROCESS;L=DATA0&DATA1&DATA2;ENDPCM;3.2设计仿真及结果第9页第四章设计总结QuartusII7.2提供了方便的实体设计、快速编译处理及编程功能，是目前FPGA/CPLD开发工具中较为理想的综合、仿真软件，具有很多优良特征。通过本次设计使我有一次对PCM编码有了新的理解。体会了一些简单理论的验真经验，也对VHDL语言更加理解，更加掌握。4、参考文献[1]吴延海、代新冠.EDA技术及应用.西安:西安电子科技大学出版社，2012[2]李白萍、张鸣.数字通信原理.西安：西安电子科技大学出版社，2012[3]樊昌信，通信原理，电子工业出版社，2009[4]严晓华，现代通信技术基础，清华大学出版社，2010[5]苗长云等主编，现代通信原理及应用，电子工业出版社，2005