通信原理课程设计

课 程 设 计 报 告

课程名称 通信原理

课题名称 DPCM编译码器设计及应用

专 业 通信工程 班 级 学 号 姓 名

指导教师 张鏖烽 胡倩

2013 年 12 月 21 日

湖南工程学院课程设计报告

湖南工程学院 课 程 设 计 任 务 书

课程名称 通信原理 课 题 DPCM编译码器设计及应用

专业班级 学生姓名 学 号 指导老师 张鏖烽 胡倩 审 批

任务书下达日期 2013年 12月 14 日

任 务 完成日期 2013 年 12月 21 日

湖南工程学院课程设计报告

目 录

一.课程设计要求…………………………………………1 二.基本原理………………………………………………1 三.设计方案………………………………………………2 四.设计结果及其分析……………………………………4

4.1数字信号编码及其代码………………………4 4.2模拟信号编码及译码…………………………5 五.小结…………………………………………………..8 六.参考文献……………………………………………..9

DPCM编译码器的设计及应用

一、课程设计要求

掌握通信系统中的关键技术——调制、解调、DPCM编解码等的基本原理；具备通信系统的初步设计和分析能力。

①培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，通过独立思考﹑深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。

②通过设计和实现通信系统，更加深入的理解通信技术的基本原理和应用。 ③掌握Matlab/Simulink在通信工程中的应用； ④培养严谨的工作作风和科学态度。

二、基本原理

DPCM的基本原理

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(抽样差值的含义请参见“增量调制”)。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。

这种调制方式的主要特点是把增量值分为个等级，然后把个不同等级的增量值编为位二进制代码再送到信道传输，因此，它兼有增量调制和PCM的各自特点。

设这个误差电压经过量化后变为个电平中的一个，电平间隔可以相等，也可以不等，这里认为它是间隔相等的均匀量化。量化了的误差电压经过脉冲调制器变为PAM脉冲序列，这个PAM信号一方面经过PAM编码器编码后得到DPCM信号发送出去。另一方面把它经过积分器后变为与输入信号x(t)进行比较，通过相减器得到误差电压e(t)。 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。

三、设计方案

利用MATLAB设计一个DPCM编码与解码系统.进行数字信号编译码以及模拟语音信号编译码;最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。原理图如下：

根据原理图，需设计量化器，编码器，预测器以及解码器

四、设计结果及其分析

4.1数字信号编码部分代码

Ts=0.001; %采样间隔 t=0:Ts:20*Ts; %仿真时间序列 x=[]; for i=1:21 if rand()>0.5 k=1; else k=-1; end x=[x k]; end

delta=0.4; %量化阶距 D(1+length(t))=0; %预测器初始状态 for k=1:length(t) e(k)=x(k)-D(k);

e_q(k)=delta*(2*(e(k)>=0)-1);%量化器输出 D(k+1)=e_q(k)+D(k); %延迟器状态更新 codeout(k)=(e_q(k)>0); %编码输出 end

subplot(3,1,1);plot(t,x,'-o');axis([0 20*Ts,-2 2]);hold on; subplot(3,1,2);stairs(t,codeout);axis([0 20*Ts,-2 2]); %解码端

Dr(1+length(t))=0; %解码端预测器初始状态 for k=1:length(t)

eq(k)=delta*(2*codeout(k)-1); %解码 xr(k)=eq(k)+Dr(k);

Dr(k+1)=xr(k); %延迟器状态更新 end

subplot(3,1,3);stairs(t,xr);hold on; %解码输出 subplot(3,1,3);plot(t,x); %原信号

结果如下图

20-220-210-1-200.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.0200.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.0200.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.0180.02

图一 数字信号编码及译码

4.2 模拟信号编码及译码

%DPCM编码 clear;clc;

[x1,fs,bits]=wavread('d:/1006'); %sound(x1,fs,bits);

y1=fft(x1,32768);%求频谱函数而且fft求的的频谱函数具有对称性

figure(1) subplot(2,1,1) plot(x1);

title('原始语音信号时域波形'); subplot(2,1,2)

plot(abs(y1));%求整数的绝对值 title('原始语音信号频谱')

Ts=0.001; %采样间隔 t=0:Ts:20*Ts; %仿真时间序列 %x=2*sin(2*pi*50*t); %信号 for i=2001:2021 x(i-2000)=x1(i); end

delta=0.4; %量化阶距 D(1+length(t))=0; %预测器初始状态 for k=1:length(t) e(k)=x(k)-D(k);

e_q(k)=delta*(2*(e(k)>=0)-1);%量化器输出 D(k+1)=e_q(k)+D(k); %延迟器状态更新 codeout(k)=(e_q(k)>0); %编码输出 end figure(2)

subplot(3,1,1);plot(t,x,'-o');axis([0 20*Ts,-2 2]);hold on; subplot(3,1,2);stairs(t,codeout);axis([0 20*Ts,-2 2]); %解码端

Dr(1+length(t))=0; %解码端预测器初始状态 for k=1:length(t)

eq(k)=delta*(2*codeout(k)-1); %解码 xr(k)=eq(k)+Dr(k);

Dr(k+1)=xr(k); %延迟器状态更新 end

subplot(3,1,3);stairs(t,xr);axis([0 20*Ts,-2 2]);hold on; %解码输出 subplot(3,1,3);plot(t,x); %原信号

结果如下图

图二 语音信号时域图及频谱图

图三 DPCM编码及解码后

五、小结

通过本次课程设计，我们这要了解DPCM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，把本学期学的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。为进一步学习计算机网络，数据通信，多媒体技术等课程打下坚实的基础。运用学习成果把课堂上学的系统化的理论知识，尝试性的应用于实际设计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提高一些有创造性的建议和设想，检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大差距，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，为学习内容提供实践依据。

六、参考文献

1.樊昌信，曹丽娜.通信原理（第六版）精编本.北京：国防工业出版社，2013年 2.赵鸿图，茅艳.通信原理MATLAB仿真教程.北京：人民邮电出版社，2010年 3.达新宇,林家薇,杜思深.通信原理.陕西.西北工业大学出版社，2003年

课程设计评分表

课程名称： 通信原理 项 目 设计方案的合理性与创造性 设计与调试结果 设计说明书的质量 答辩陈述与回答问题情况 课程设计周表现情况 综合成绩

评 价

教师签名： 日 期：