语音信号基带传输通信系统仿真基于PCM编码和汉明码

贺婷《语音信号基带传输通信系统仿真——基于汉明码》第1页共36页目录目录...............................................................................................................................................11引言...........................................................................................................................................21.1课程设计目的....................................................................................................................22脉冲编码调制PCM原理.........................................................................................................32.1PCM工作原理.................................................................................................................33汉明码编码原理.......................................................................................................................73.1汉明码编码原理.................................................................................................................74电路连接与参数设置.............................................................................................................104.1PCM编码模块..................................................................................................................104.2PCM解码模块..................................................................................................................144.3汉明编解码模块...............................................................................................................174.3并串转换...........................................................................................................................194.4误码率模块.......................................................................................................................234.5示波器显示模块...............................................................................................................264.6总电路图..........................................................................................................................285电路调试.................................................................................................................................285.1正弦波测试电路...............................................................................................................285.2接入语音信号..................................................................................................................295.3误码率曲线绘制图..........................................................................................................316结束语及错误总结.................................................................................................................347参考文献.................................................................................................................................36贺婷《语音信号基带传输通信系统仿真——基于汉明码》第2页共36页语音信号基带传输通信系统仿真——基于PCM编码和汉明码学生姓名：XX指导老师：XXX摘要本课程设计的目的主要是仿真通信系统中的信源编码和纠错编码。录制一段语音信号，对其进行PCM编码后再进行汉明编码，送入二进制对称信道传输，在接收端对其进行汉明解码和PCM解码以恢复原信号，回放比较传输前后的语音质量，改变信道差错率绘制误码率曲线，观察前后信号波形是否一致，并结合理论进行说明。关键词Matlab；Simulink；PCM；汉明码设计仿真1引言本课程设计主要解决语音信号基带传输过程中，通过PCM编码之后再进行汉明编码和汉明解码，然后进行PCM解码并通过滤波器恢复原信号的问题。通过Simulink软件平台对一个语音信号进行编码传送仿真并恢复原语音信号。1.1课程设计目的通过本课程的学习我们不仅能加深理解和巩固理论课上所学的有关PCM编码和解码和汉明码编码解码的基本概念、基本理论和基本方法，而且能锻炼我们分析问题和解决问题的能力。在利用Simulink进行仿真的过程中，充分了解仿真通信系统中的信源编码和纠错编码。我们录制一段语音信号，对其进行PCM编码后再进行循环编码，送入二进制对称信道传输，在接收端对其进行汉明解码和PCM解码以恢复原信号，回放比较传输前后的语音质量，在实践的过程中更好的了解整个对PCM编解码和循环码编解码的理解。贺婷《语音信号基带传输通信系统仿真——基于汉明码》第3页共36页2脉冲编码调制PCM原理2.1PCM工作原理PCM(PulseCodeModulation)脉码调制是实现语音信号数字化的一种方法。是对模拟信号数字化的取样技术，将模拟语音信号变换为数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。PCM对信号每秒钟取样8000次；每次取样为8个位，总共64kbps。取样等级的编码有二种标准。北美洲及日本使用Mu-Law标准，而其它大多数国家使用A-Law标准，在这次的实验当中，我们采取A-Law标准。一、语音信号的数字化语音信号是连续变化的模拟信号，实现语音信号的数字化必须经过抽样、量化和编码三个过程。1抽样(Samping)抽样是把模拟信号以其信号带宽2倍以上的频率提取样值，变为在时间轴上离散的抽样信号的过程。例如，话音信号带宽被限制在0.3～3.4kHz内，用8kHz的抽样频率（fs），就可获得能取代原来连续话音信号的抽样信号。对一个正弦信号进行抽样获得的抽样信号是一个脉冲幅度调制（PAM）信号。对抽样信号进行检波和平滑滤波，即可还原出原来的模拟信号。抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理，离散信号才可以完全代替连续信号。奈奎斯特抽样定理：若频带宽度有限的，要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率应大于2倍信号最高频率。抽样频率小于2倍频谱最高频率时，信号的频谱有混叠。抽样频率大于2倍频谱最高频率时，信号的频谱无混叠。2量化（quantizing）把幅度连续变化的模拟量变成用有限位二进制数字表示的数字量的过程称为量化。即：抽样信号虽然是时间轴上离散的信号，但仍然是模拟信号，其样值在一定的取值范围内，可有无限多个值。显然，对无限个样值一一给出数字码组来对应是不可能的。为了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法把样值分级“取整”，使一定取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值。贺婷《语音信号基带传输通信系统仿真——基于汉明码》第4页共36页量化后的抽样信号与量化前的抽样信号相比较，当然有所失真，且不再是模拟信号。这种量化失真在接收端还原模拟信号时表现为噪声，并称为量化噪声。量化噪声的大小取决于把样值分级“取整”的方式，分的级数越多，即量化级差或间隔越小，量化噪声也越小。量化误差：量化后的信号和抽样信号的差值。量化误差在接收端表现为噪声，称为量化噪声。量化级数越多误差越小，相应的二进制码位数越多，要求传输速率越高，频带越宽。为使量化噪声尽可能小而所需码位数又不太多，通常采用非均匀量化的方法进行量化。非均匀量化根据幅度的不同区间来确定量化间隔，幅度小的区间量化间隔取得小，幅度大的区间量化间隔取得大。非均匀量化的实现方法有两种：一种是北美和日本采用的μ律压扩，一种是欧洲和我国采用的A律压扩。在PCM-30/32通信设备中，采用A律13折线的分段方法，具体是：Y轴均匀分为8段，每段均匀分为16份，每份表示一个量化级，则Y轴一共有16×8＝128个量化级。；X轴采用非均匀划分来实现非均匀量化的目的，划分规律是每次按二分之一来进行分段。13折线示意图如下：图2-1A-Law13折线贺婷《语音信号基带传输通信系统仿真——基于汉明码》第5页共36页由于分成128个量化级，故有7位二进制码（2的7次方＝128），又因为Y轴有正值和负值之分，需加一位极性码，故共有8位二进制码。3编码（Coding）量化后的抽样信号在一定的取值范围内仅有有限个可取的样值，且信号正、负幅度分布的对称性使正、负样值的个数相等，正、负向的量化级对称分布。若将有限个量化样值的绝对值从小到大依次排列，并对应地依次赋予一个十进制数字代码（例如，赋予样值0的十进制数字代码为0），在码前以“＋”、“－”号为前缀，来区分样值的正、负，则量化后的抽样信号就转化为按抽样时序排列的一串十进制数字码流，即十进制数字信号。简单高效的数据系统是二进制码系统，因此，应将十进制数字代码变换成二进制编码。根据十进制数字代码的总个数，可以确定所需二进制编码的位数，即字长。这种把量化的