DPCM系统设计

通信原理课程设计设计报告课题名称：DPCM系统设计院系：XXXXXXXXXXXX专业班级：xxxxxxxxxxxxxxxx姓名：XXXXXX学号：XXXXXXXXXX指导老师：XXXXXXXXXX时间：2015年12月DPCM系统设计摘要：通过研究，差分脉冲编码调制（DPCM）是用二进制码组对信号的差值进行幅度量化和编码。然而DPCM是利用信号的相关性找出可以反映信号变化特征的一个差值量进行编码。“差值”就是信号的当前抽样值与预测值之差。根据相关性原理，这一差值的幅度范围一定要小于原信号的幅度范围。但是差值编码一般是以预测的方式来实现的。我们利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台,根据DPCM编码及解码原理图设计一个DPCM编码与解码系统；改变不同模块的数据并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。关键词：MATLAB；Simulink平台；DPCM差分编码；仿真目录前言.................................................................................................41.课程设计的意义...........................................................................52.DPCM的介绍................................................................................53.DPCM的基本原理........................................................................63.1DPCM编码与解码系统的研究内容...................................63.2DPCM系统的编码与解码过程...........................................74.课程设计分析...............................................................................74.1DPCM编码与解码的仿真电路图.......................................74.2DPCM编码与解码模块的参数设置...................................84.3编码与解码的仿真结果....................................................125.总结与体会.................................................................................12参考文献.......................................................................................13前言本课程设计是通过DPCM系统设计进行仿真。根据DPCM编解码原理，运用正弦波模块、零点保持模块、量化模块、积分器模块、普通编码模块、普通解码模块、增益模块、低通滤波器模块。对语音信号基带通信传输系统进行绘制，设置模块参数，然后运行，最后通过示波器得到相应的仿真波形。通过对仿真波形的观察，能够检验该系统功能是否正确实现。实验表明，经过DPCM调制后的信号，其传输的比特率要比PCM的低，相应要求的系统传输带宽也大大地减小了。此外，在相同比特速率条件下，DPCM比PCM信噪比也有很大的改善。与ΔM相比，由于它增多了量化级，因此，在改善量化噪声方面优于ΔM系统。DPCM的缺点是易受到传输线路上噪声的干扰，在抑制信道噪声方面不如ΔM。1.课程设计的意义（1）根据课堂讲授内容，我们做相应的自主练习，消化课堂所讲解的内容。使我们对这门课程有一个很好的理解。（2）我们在课堂上学的都是基础理论知识，对于如何用MATLAB仿真语言来描述所学知识还是有一定难度。通过课程设计，可以使我们真正理解其内涵。（3）有利于我们逻辑思维的锻炼，课程设计能直接有效地训练我们大脑的思维、培养分析问题、解决问题能力。即使是一个简单的模块，依然需要我们进行数次的数据调试。（4）在仿真模拟的过程里，当我们对模块输入数据的时候，如果不够认真或细心，那么可能就导致最终结果的失败，从而无法得出运行结果。我们反复调试，反复修改的过程，其实也是对我们认真操作学习的一个锻炼。2.DPCM的介绍DPCM编码,简称差值编码，是对模拟信号幅度抽样的差值进行量化编码的调制方式。这种方式是用已经过去的抽样值来预测当前的抽样值，对它们的差值进行编码。差值编码可以提高编码频率，这种技术已应用于模拟信号的数字通信之中。对于有些信号(例如图像信号)由于信号的瞬时斜率比较大，很容易引起过载，因此，不能用简单增量调制进行编码，除此之外，这类信号也没有像话音信号那种音节特性，因而也不能采用像音节压扩那样的方法，只能采用瞬时压扩的方法。但瞬时压扩实现起来比较困难，因此，对于这类瞬时斜率比较大的信号，通常采用一种综合了增量调制和脉冲编码调制两者特点的调制方法进行编码，这种编码方式被简称为脉码增量调制，或称差值脉码调制，用DPCM表示。3.DPCM的基本原理DPCM是广泛运用的预测编码方法之一。在DPCM编码中，每个抽样值不是独立的编码，而是将前一个抽样值当做预测值，然后再取当前抽样值和预测值之差进行编码并传输。DPCM译码同样是将前一个值当做预测值，然后取当前预测值之差进行解码，将一个个脉冲码组转换成对应的量化采样值，最后经过一个低通滤波器重建原模拟信号。3.1DPCM编码与解码系统的研究内容（1）利用MATLAB集成环境下的Simulink仿真平台，设计一个DPCM编码与解码系统。（2）用示波器观察编码与解码前后的信号波形。（3）加上各种噪声源，用误码测试模块测量误码率。（4）最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。3.2DPCM系统的编码与解码过程图一DCPM系统的原理框图在图一中，在发送端，X(k)为输入信号，D(k)为差值信号，量化后得到信号Dq(k)一方面送入编码器得到编码后的信号I(k)，另一方面送入本地解码器产生斜变信号Xe(k)；在接收端，先经过PCM解码恢复为Dq(k)，在经过积分器和LPF恢复出模拟信号Xr(k)。4.课程设计分析4.1DPCM编码与解码的仿真电路图此系统所用的仿真电路模块有：正弦波模块、零点保持模块、量化模块、积分器模块、普通编码模块、普通解码模块、增益模块、低通滤波器模块、示波器模块。DPCM编码与解码的仿真电路图二图二DPCM编码与解码的仿真电路图4.2DPCM编码与解码模块的参数设置4.2.1正弦波模块的参数设置4.2.2零点保持模块的设置4.2.3量化模块的参数4.2.4积分器模块的参数设置4.2.5普通编码的模块参数设置4.2.6普通解码的参数设置4.2.7增益模块的参数设置4.2.8低通滤波器的参数设置4.2.9示波器的参数设置4.3编码与解码的仿真结果结论：原正弦信号的图形与进行DPCM编码和解码后的图形是一致的。5.总结与体会通过本次课程设计，我了解DPCM系统的编码与解码原理，特别是DPCM编码与解码电路的MATLAB实现与调制性能分析，把通信原理等通信类科目的内容应用到本课程设计中来，进一步巩固复习通信原理，MATLAB等课程，以达到融会贯通的目的。在完成设计的过程中，我的收获很大，不仅仅是对我们自己所学的专业知识加深了解，同时还熟练地掌握了MATLAB的软件操作，熟悉了simulink环境。使我感受到一种成就感和要好好学习这门课的决心。参考文献[1]张德丰等编著.MATLAB通信工程仿真[M]。机械工业出版社，2003，31-35。[2]苏金明，阮沈勇编著。MATLAB实用教程[M]。电子工业出版社，2006，105-117。[3]董霖编著。MATLAB使用详解[M]。科学出版社，2005,13-47。[4]王宏编著。MATLAB及其在信号处理中的应用[M]。清华大学出版社，2007，157-173。[5]龙光利，侯宝生，王战备。通信原理。北京：清华大学出版社，2012。