通信原理課程設(shè)計-dpcm編譯碼器設(shè)計及應(yīng)用

1、<p>　　課 程 設(shè) 計 報 告</p><p>　　課程名稱 通信原理 </p><p>　　課題名稱 DPCM編譯碼器設(shè)計及應(yīng)用 </p><p>　　專 業(yè) 通信工程 </p><p>　　班 級 </p&

2、gt;<p>　　學 號 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2013年12月21 日</p><p><b>　　一、課程設(shè)計內(nèi)容</b></p>

3、;<p><b>　　1.課程設(shè)計目的：</b></p><p>　　通過課程設(shè)計，使學生加強對通信系統(tǒng)的理解，學會查尋資料﹑方案比較，以及設(shè)計計算等環(huán)節(jié)。進一步提高分析解決實際問題的能力，培養(yǎng)他們動腦動手﹑獨立完成通信系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的實踐能力，真正實現(xiàn)由課本知識向?qū)嶋H能力的轉(zhuǎn)化； </p><p><b>　　2.課題題目</b>

4、</p><p>　　題目1 DPCM編譯碼器設(shè)計及應(yīng)用： </p><p>　　要求：（1）編程實現(xiàn)DPCM編譯碼器</p><p>　?。?）輸入模擬話音信號觀察其輸出波形；</p><p>　　（3）輸入數(shù)字信號觀察其輸出波形</p><p>　?。?）對所設(shè)計的系統(tǒng)性能進行仿真分析</p>&

5、lt;p>　　題目2 二進制數(shù)字信號最佳基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　要求：（1）編程實現(xiàn)常見基帶信號的波形、碼型轉(zhuǎn)換：雙極性非歸零/歸零碼、AMI碼、HDB3碼；</p><p>　　（2）并繪出每種波形、碼型的功率譜分布，給出與在理論課上所學相符合的分析與理解；</p><p>　?。?）編程實現(xiàn)最佳基帶傳輸系統(tǒng)的誤碼率計算（分別采用AMI碼和H

6、DB3碼，并進行比較分析）；</p><p>　　題目3 二進制確知信號最佳帶通傳輸系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　要求：（1）編程實現(xiàn)二進制數(shù)字信號最佳帶通傳輸系統(tǒng)（分別采用2FSK、2PSK調(diào)制技術(shù)，解調(diào)均采用相干解調(diào)）</p><p>　?。?）輸入數(shù)字信號序列并進行接收判決。</p><p>　?。?）通過多次輸入輸出對兩種系統(tǒng)性能進

7、行分析比較</p><p>　?。?）繪出信號的時域波形和頻譜圖；</p><p>　　題目4 二進制隨相信號最佳帶通傳輸系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　要求：（1）編程實現(xiàn)二進制隨相信號最佳帶通傳輸系統(tǒng)（分別采用2ASK、2FSK、2PSK調(diào)制技術(shù)，解調(diào)均采用相干解調(diào)）</p><p>　　（2）輸入數(shù)字信號序列并進行接收判決。</p

8、><p>　　（3）通過多次輸入輸出對兩種系統(tǒng)性能進行分析比較</p><p>　?。?）繪出信號的時域波形和頻譜圖；</p><p>　　題目5 SSB調(diào)制/解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　要求：（1）編程實現(xiàn)SSB調(diào)制/解調(diào)系統(tǒng)（SSB調(diào)制采用移相法實現(xiàn)）。</p><p>　　（2）輸入模擬話音信號觀察其輸出波

9、形。</p><p>　?。?）對所設(shè)計的系統(tǒng)抗噪聲性能進行仿真分析。</p><p>　　題目6 FM調(diào)制/解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　要求：（1）編程實現(xiàn)FM調(diào)制/解調(diào)系統(tǒng)（分別采用直接調(diào)頻和間接調(diào)頻）</p><p>　?。?）輸入模擬話音信號觀察其輸出波形。</p><p>　　（3）對所設(shè)計的系統(tǒng)

10、抗噪聲性能進行仿真分析。</p><p><b>　　二、課程設(shè)計要求：</b></p><p>　　設(shè)計課題題目：每位同學根據(jù)自己學號除以6所得的余數(shù)加一選擇相應(yīng)題號的課題。換題者不記成績。</p><p>　　要求：掌握通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)——調(diào)制、解調(diào)、PCM編解碼等的基本原理；具備通信系統(tǒng)的初步設(shè)計和分析能力。</p>&

11、lt;p>　?、倥囵B(yǎng)學生根據(jù)需要選學參考書，查閱手冊，圖表和文獻資料的自學能力，通過獨立思考﹑深入鉆研有關(guān)問題，學會自己分析解決問題的方法。</p><p>　?、谕ㄟ^設(shè)計和實現(xiàn)通信系統(tǒng)，更加深入的理解通信技術(shù)的基本原理和應(yīng)用。</p><p>　?、壅莆誐atlab/Simulink在通信工程中的應(yīng)用；</p><p>　?、芘囵B(yǎng)嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和科學態(tài)度。&

12、lt;/p><p>　　三、課程設(shè)計進度安排</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一．課程設(shè)計要求1</p><p><b>　　1.課設(shè)要求1</b></p><p><b>　　2.課題要求1</b></p>

13、;<p><b>　　二．基本原理1</b></p><p><b>　　三．設(shè)計方案2</b></p><p>　　1.DPCM編碼及解碼過程和原理2</p><p>　　2.語音信號采集3</p><p>　　3模擬信號編碼解碼設(shè)計3</p><p&g

14、t;　　4.數(shù)字信號編碼解碼設(shè)計4</p><p>　　四．設(shè)計結(jié)果及其分析5</p><p>　　1.原始聲音信號波形和頻譜5</p><p>　　2.模擬信號DPCM編碼解碼6</p><p>　　3 數(shù)字信號DPCM編碼解碼6</p><p><b>　　五．小結(jié)7</b><

15、;/p><p><b>　　六．參考文獻7</b></p><p>　　課題名稱 DPCM編譯碼器設(shè)計及應(yīng)用 </p><p><b>　　一．課程設(shè)計要求</b></p><p><b>　　1.課設(shè)要求</b></p><p>　　要求：掌握通信系

16、統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)——調(diào)制、解調(diào)、PCM編解碼等的基本原理；具備通信系統(tǒng)的初步設(shè)計和分析能力。</p><p>　?、倥囵B(yǎng)學生根據(jù)需要選學參考書，查閱手冊，圖表和文獻資料的自學能力，通過獨立思考﹑深入鉆研有關(guān)問題，學會自己分析解決問題的方法。</p><p>　?、谕ㄟ^設(shè)計和實現(xiàn)通信系統(tǒng)，更加深入的理解通信技術(shù)的基本原理和應(yīng)用。</p><p>　　③掌握Matlab/

17、Simulink在通信工程中的應(yīng)用；</p><p>　?、芘囵B(yǎng)嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和科學態(tài)度。</p><p><b>　　2.課題要求</b></p><p>　?。?）編程實現(xiàn)DPCM編譯碼器</p><p>　?。?）輸入模擬話音信號觀察其輸出波形；</p><p>　?。?）輸入數(shù)字信號觀察其

18、輸出波形</p><p>　　（4）對所設(shè)計的系統(tǒng)性能進行仿真分析</p><p><b>　　二．基本原理 </b></p><p><b>　　DPCM基本原理:</b></p><p>　　DPCM編碼,簡稱差值編碼，是對模擬信號幅度抽樣的差值進行量化編碼的調(diào)制方式(抽樣差值的含義請參見“增量

19、調(diào)制”)。這種方式是用已經(jīng)過去的抽樣值來預(yù)測當前的抽樣值，對它們的差值進行編碼。差值編碼可以提高編碼頻率，這種技術(shù)已應(yīng)用于模擬信號的數(shù)字通信之中。　　對于有些信號(例如圖像信號)由于信號的瞬時斜率比較大，很容易引起過載，因此，不能用簡單增量調(diào)制進行編碼，除此之外，這類信號也沒有像話音信號那種音節(jié)特性，因而也不能采用像音節(jié)壓擴那樣的方法，只能采用瞬時壓擴的方法。但瞬時壓擴實現(xiàn)起來比較困難，因此，對于這類瞬時斜率比較大的信號，通常采用一種

20、綜合了增量調(diào)制和脈沖編碼調(diào)制兩者特點的調(diào)制方法進行編碼，這種編碼方式被簡稱為脈碼增量調(diào)制，或稱差值脈碼調(diào)制，用DPCM表示。 　　這種調(diào)制方式的主要特點是把增量值分為個等級，然后把個不同等級的增量值編為位二進制代碼( )再送到信道傳輸，因此，它兼有增量調(diào)制和PCM的各自特點。　　設(shè)這個誤差電壓經(jīng)過量化后變?yōu)閭€電平中的一個，電平間隔可以相等，也可以不等，這里認為它是間隔相等的均勻量化。量化了的誤差電壓經(jīng)過脈沖調(diào)制器變?yōu)镻AM脈沖序列，

21、這個PAM信號一</p><p><b>　　三．設(shè)計方案</b></p><p>　　1.DPCM編碼及解碼過程和原理</p><p>　　圖1 DPCM編、解碼原理圖</p><p>　　系統(tǒng)包括，發(fā)送、接收和信道傳輸三個部分。發(fā)送端由編碼器、量化器、預(yù)測器和加／減法器組成；接收端包括解碼器和預(yù)測器等；信道傳送以虛線

22、表示。由圖可見DPCM系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，容易用硬件實現(xiàn)（接收端的預(yù)測器和發(fā)送端的預(yù)測器完全相同）的優(yōu)點。圖中輸入信號f(i,j)是坐標為像素點的實際灰度值，是由已出現(xiàn)先前相鄰像素點的灰度值對該像素點的預(yù)測灰度值。是預(yù)測誤差。假如發(fā)送端不帶量化器，直接對預(yù)測誤差進行編碼、傳送，接收端可以無誤差地恢復(fù)。這是可逆的無失真的DPCM編碼，是信息保持編碼；但是，如果包含量化器，這時編碼器對編碼，量化器導(dǎo)致了不可逆的信息損失，這時接收端，經(jīng)解碼恢復(fù)

23、出的灰度信號，不是真正的，以表示這時的輸出?？梢娨肓炕鲿鹨欢ǔ潭鹊男畔p失，使圖像質(zhì)量受損。但是，為了壓縮比特數(shù)，利用人眼的視覺特性，對圖像信息丟失不易覺察的特點，帶有量化器有失真的DPCM編碼系統(tǒng)還是普遍被采用。</p><p><b>　　2.語音信號采集</b></p><p>　　clear;clc;</p><p>　　[x1

24、,fs,bits]=wavread('d:/a');</p><p>　　%sound(x1,fs,bits);</p><p>　　y1=fft(x1,32768);%求頻譜函數(shù)而且fft求的的頻譜函數(shù)具有對稱性</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　subplot

25、(2,1,1)</p><p><b>　　plot(x1);</b></p><p>　　title('原始語音信號時域波形');</p><p>　　subplot(2,1,2)</p><p>　　plot(abs(y1));%求整數(shù)的絕對值</p><p>　　title(

26、'原始語音信號頻譜')</p><p>　　3模擬信號編碼解碼設(shè)計</p><p>　　Ts=0.001; %采樣間隔</p><p>　　t=0:Ts:20*Ts; %仿真時間序列</p><p>　　x=2*sin(2*pi*50*t); %信號</p>

27、<p>　　for i=2001:2021</p><p>　　x(i-2000)=x1(i);</p><p><b>　　end</b></p><p>　　delta=0.4; %量化階距</p><p>　　D(1+length(t))=0; %預(yù)測器初始狀態(tài)&l

28、t;/p><p>　　for k=1:length(t)</p><p>　　e(k)=x(k)-D(k);</p><p>　　e_q(k)=delta*(2*(e(k)>=0)-1);%量化器輸出</p><p>　　D(k+1)=e_q(k)+D(k); %延遲器狀態(tài)更新</p><p>　　c

29、odeout(k)=(e_q(k)>0); %編碼輸出</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　figure(2)</b></p><p>　　subplot(4,1,1);plot(t,x,'-o');axis([0 20*Ts,-2 2]);hold on

30、;</p><p>　　subplot(4,1,2);stairs(t,codeout);axis([0 20*Ts,-2 2]);</p><p><b>　　%解碼端</b></p><p>　　Dr(1+length(t))=0; %解碼端預(yù)測器初始狀態(tài)</p><p>　　for k=1

31、:length(t)</p><p>　　eq(k)=delta*(2*codeout(k)-1); %解碼</p><p>　　xr(k)=eq(k)+Dr(k);</p><p>　　Dr(k+1)=xr(k); %延遲器狀態(tài)更新</p><p><b>　　end</b><

32、;/p><p>　　subplot(4,1,3);stairs(t,xr);axis([0 20*Ts,-2 2]);hold on; %解碼輸出</p><p>　　subplot(4,1,4);plot(t,x); %原信號</p><p>　　4.數(shù)字信號編碼解碼設(shè)計 </p><p>　　Ts=0.0

33、02; %采樣間隔</p><p>　　t=0:Ts:20*Ts; %仿真時間序列</p><p><b>　　x=[];</b></p><p>　　for i=1:21</p><p>　　if rand()>0.5</p><p><

34、;b>　　k=1;</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　k=-0;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　x=[x k];</b></p>

35、<p><b>　　end</b></p><p>　　delta=0.4; %量化階距</p><p>　　D(1+length(t))=0; %預(yù)測器初始狀態(tài)</p><p>　　for k=1:length(t)</p><p>　　e(k)=x(k)-D(k);

36、</p><p>　　e_q(k)=delta*(2*(e(k)>=0)-1);%量化器輸出</p><p>　　D(k+1)=e_q(k)+D(k); %延遲器狀態(tài)更新</p><p>　　codeout(k)=(e_q(k)>0); %編碼輸出</p><p><b>　　end</b

37、></p><p>　　subplot(3,1,1);plot(t,x,'-o');axis([0 20*Ts,0 2]);hold on;</p><p>　　subplot(3,1,2);stairs(t,codeout);axis([0 20*Ts,0 2]); %解碼端</p><p>　　Dr(1+length(t))=0;

38、 %解碼端預(yù)測器初始狀態(tài)</p><p>　　for k=1:length(t)</p><p>　　eq(k)=delta*(2*codeout(k)-1); %解碼</p><p>　　xr(k)=eq(k)+Dr(k);</p><p>　　Dr(k+1)=xr(k); %延遲器

39、狀態(tài)更新</p><p><b>　　end</b></p><p>　　subplot(3,1,3);stairs(t,xr);hold on; %解碼輸出</p><p>　　subplot(3,1,3);plot(t,x); %原信號</p><p>　　四．設(shè)計結(jié)果及其分析<

40、;/p><p>　　1.原始聲音信號波形和頻譜</p><p>　　圖2 模擬原始信號頻譜</p><p>　　2.模擬信號DPCM編碼解碼</p><p>　　圖3 模擬信號編碼解碼</p><p>　　3 數(shù)字信號DPCM編碼解碼</p><p>　　圖4 數(shù)字編碼輸出</p>

41、<p><b>　　五．小結(jié)</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計，我們了解了DPCM編碼與解碼原理，特別是MATLAB實現(xiàn)與調(diào)制性能分析，把本學期學的通信原理等通信類科目的內(nèi)容應(yīng)用到本課程設(shè)計中來，進一步鞏固復(fù)習通信原理，MATLAB等課程，以達到融會貫通的目的。我懂得DPCM編碼我們深刻的體會到理論知識內(nèi)容的學習聯(lián)系具體的實踐操作，在提高實踐操作能力的同時，增強了對

42、理論內(nèi)容的理解與掌握，真正實現(xiàn)了學以致用。通過本次課程設(shè)計，我清楚的認識到自己在實際動手操作方面還比較薄弱，缺乏系統(tǒng)化、規(guī)范化的學習與訓(xùn)練，在今后的學習過程中應(yīng)當加以強化。通過本次課程設(shè)計，我還深刻的意識到自己在將理論內(nèi)容轉(zhuǎn)化為實際模型方面的能力比較欠缺，對于知識的學習，只有具備了將其轉(zhuǎn)化為具體問題的能力才算真正對其掌握，僅僅停留在看懂教材、會做習題、通過考試是遠遠不夠的。因此，在今后的學習過程之中，應(yīng)當注意對這些方面能力的培養(yǎng)與強化。