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

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 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(jì)及應(yīng)用 </p><p>　　專 業(yè) 通信工程 </p><p>　　班 級(jí) </p&

2、gt;<p>　　學(xué) 號(hào) </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(jì)內(nèi)容</b></p>

3、;<p><b>　　1.課程設(shè)計(jì)目的：</b></p><p>　　通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)通信系統(tǒng)的理解，學(xué)會(huì)查尋資料﹑方案比較，以及設(shè)計(jì)計(jì)算等環(huán)節(jié)。進(jìn)一步提高分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)他們動(dòng)腦動(dòng)手﹑獨(dú)立完成通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的實(shí)踐能力，真正實(shí)現(xiàn)由課本知識(shí)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(jì)及應(yīng)用： </p><p>　　要求：（1）編程實(shí)現(xiàn)DPCM編譯碼器</p><p>　　（2）輸入模擬話音信號(hào)觀察其輸出波形；</p><p>　　（3）輸入數(shù)字信號(hào)觀察其輸出波形</p><p>　?。?）對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能進(jìn)行仿真分析</p>&

5、lt;p>　　題目2 二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)最佳基帶傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　要求：（1）編程實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)基帶信號(hào)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(xué)相符合的分析與理解；</p><p>　?。?）編程實(shí)現(xiàn)最佳基帶傳輸系統(tǒng)的誤碼率計(jì)算（分別采用AMI碼和H

6、DB3碼，并進(jìn)行比較分析）；</p><p>　　題目3 二進(jìn)制確知信號(hào)最佳帶通傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　要求：（1）編程實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)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(hào)序列并進(jìn)行接收判決。</p><p>　?。?）通過(guò)多次輸入輸出對(duì)兩種系統(tǒng)性能進(jìn)

7、行分析比較</p><p>　?。?）繪出信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖；</p><p>　　題目4 二進(jìn)制隨相信號(hào)最佳帶通傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　要求：（1）編程實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制隨相信號(hào)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>　?。?）輸入數(shù)字信號(hào)序列并進(jìn)行接收判決。</p

8、><p>　　（3）通過(guò)多次輸入輸出對(duì)兩種系統(tǒng)性能進(jìn)行分析比較</p><p>　?。?）繪出信號(hào)的時(shí)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(jì)</p><p>　　要求：（1）編程實(shí)現(xiàn)SSB調(diào)制/解調(diào)系統(tǒng)（SSB調(diào)制采用移相法實(shí)現(xiàn)）。</p><p>　?。?）輸入模擬話音信號(hào)觀察其輸出波

9、形。</p><p>　　（3）對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)抗噪聲性能進(jìn)行仿真分析。</p><p>　　題目6 FM調(diào)制/解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　要求：（1）編程實(shí)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(hào)觀察其輸出波形。</p><p>　　（3）對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)

10、抗噪聲性能進(jìn)行仿真分析。</p><p><b>　　二、課程設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)課題題目：每位同學(xué)根據(jù)自己學(xué)號(hào)除以6所得的余數(shù)加一選擇相應(yīng)題號(hào)的課題。換題者不記成績(jī)。</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(jì)和分析能力。</p>&

11、lt;p>　　①培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)需要選學(xué)參考書，查閱手冊(cè)，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，通過(guò)獨(dú)立思考﹑深入鉆研有關(guān)問(wèn)題，學(xué)會(huì)自己分析解決問(wèn)題的方法。</p><p>　?、谕ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)和實(shí)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(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和科學(xué)態(tài)度。&

12、lt;/p><p>　　三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一．課程設(shè)計(jì)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(jì)方案2</b></p><p>　　1.DPCM編碼及解碼過(guò)程和原理2</p><p>　　2.語(yǔ)音信號(hào)采集3</p><p>　　3模擬信號(hào)編碼解碼設(shè)計(jì)3</p><p&g

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

15、;/p><p><b>　　六．參考文獻(xiàn)7</b></p><p>　　課題名稱 DPCM編譯碼器設(shè)計(jì)及應(yīng)用 </p><p><b>　　一．課程設(shè)計(jì)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(jì)和分析能力。</p><p>　　①培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)需要選學(xué)參考書，查閱手冊(cè)，圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，通過(guò)獨(dú)立思考﹑深入鉆研有關(guān)問(wèn)題，學(xué)會(huì)自己分析解決問(wèn)題的方法。</p><p>　?、谕ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)和實(shí)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/

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

18、輸出波形</p><p>　?。?）對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能進(jìn)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(jiǎn)稱差值編碼，是對(duì)模擬信號(hào)幅度抽樣的差值進(jìn)行量化編碼的調(diào)制方式(抽樣差值的含義請(qǐng)參見(jiàn)“增量

19、調(diào)制”)。這種方式是用已經(jīng)過(guò)去的抽樣值來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前的抽樣值，對(duì)它們的差值進(jìn)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(hào)的數(shù)字通信之中?！　?duì)于有些信號(hào)(例如圖像信號(hào))由于信號(hào)的瞬時(shí)斜率比較大，很容易引起過(guò)載，因此，不能用簡(jiǎn)單增量調(diào)制進(jìn)行編碼，除此之外，這類信號(hào)也沒(méi)有像話音信號(hào)那種音節(jié)特性，因而也不能采用像音節(jié)壓擴(kuò)那樣的方法，只能采用瞬時(shí)壓擴(kuò)的方法。但瞬時(shí)壓擴(kuò)實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難，因此，對(duì)于這類瞬時(shí)斜率比較大的信號(hào)，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(diǎn)的調(diào)制方法進(jìn)行編碼，這種編碼方式被簡(jiǎn)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(diǎn)是把增量值分為個(gè)等級(jí)，然后把個(gè)不同等級(jí)的增量值編為位二進(jìn)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(diǎn)?！　≡O(shè)這個(gè)誤差電壓經(jīng)過(guò)量化后變?yōu)閭€(gè)電平中的一個(gè)，電平間隔可以相等，也可以不等，這里認(rèn)為它是間隔相等的均勻量化。量化了的誤差電壓經(jīng)過(guò)脈沖調(diào)制器變?yōu)镻AM脈沖序列，

21、這個(gè)PAM信號(hào)一</p><p><b>　　三．設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　1.DPCM編碼及解碼過(guò)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(gè)部分。發(fā)送端由編碼器、量化器、預(yù)測(cè)器和加／減法器組成；接收端包括解碼器和預(yù)測(cè)器等；信道傳送以虛線

22、表示。由圖可見(jiàn)DPCM系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易用硬件實(shí)現(xiàn)（接收端的預(yù)測(cè)器和發(fā)送端的預(yù)測(cè)器完全相同）的優(yōu)點(diǎn)。圖中輸入信號(hào)f(i,j)是坐標(biāo)為像素點(diǎn)的實(shí)際灰度值，是由已出現(xiàn)先前相鄰像素點(diǎn)的灰度值對(duì)該像素點(diǎn)的預(yù)測(cè)灰度值。是預(yù)測(cè)誤差。假如發(fā)送端不帶量化器，直接對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行編碼、傳送，接收端可以無(wú)誤差地恢復(fù)。這是可逆的無(wú)失真的DPCM編碼，是信息保持編碼；但是，如果包含量化器，這時(shí)編碼器對(duì)編碼，量化器導(dǎo)致了不可逆的信息損失，這時(shí)接收端，經(jīng)解碼恢復(fù)

23、出的灰度信號(hào)，不是真正的，以表示這時(shí)的輸出。可見(jiàn)引入量化器會(huì)引起一定程度的信息損失，使圖像質(zhì)量受損。但是，為了壓縮比特?cái)?shù)，利用人眼的視覺(jué)特性，對(duì)圖像信息丟失不易覺(jué)察的特點(diǎn)，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(yǔ)音信號(hào)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(duì)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(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形');</p><p>　　subplot(2,1,2)</p><p>　　plot(abs(y1));%求整數(shù)的絕對(duì)值</p><p>　　title(

26、'原始語(yǔ)音信號(hào)頻譜')</p><p>　　3模擬信號(hào)編碼解碼設(shè)計(jì)</p><p>　　Ts=0.001; %采樣間隔</p><p>　　t=0:Ts:20*Ts; %仿真時(shí)間序列</p><p>　　x=2*sin(2*pi*50*t); %信號(hào)</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(cè)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(cè)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(hào)</p><p>　　4.數(shù)字信號(hào)編碼解碼設(shè)計(jì) </p><p>　　Ts=0.0

33、02; %采樣間隔</p><p>　　t=0:Ts:20*Ts; %仿真時(shí)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(cè)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(cè)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(hào)</p><p>　　四．設(shè)計(jì)結(jié)果及其分析<

40、;/p><p>　　1.原始聲音信號(hào)波形和頻譜</p><p>　　圖2 模擬原始信號(hào)頻譜</p><p>　　2.模擬信號(hào)DPCM編碼解碼</p><p>　　圖3 模擬信號(hào)編碼解碼</p><p>　　3 數(shù)字信號(hào)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(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我們了解了DPCM編碼與解碼原理，特別是MATLAB實(shí)現(xiàn)與調(diào)制性能分析，把本學(xué)期學(xué)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(jì)中來(lái)，進(jìn)一步鞏固復(fù)習(xí)通信原理，MATLAB等課程，以達(dá)到融會(huì)貫通的目的。我懂得DPCM編碼我們深刻的體會(huì)到理論知識(shí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)聯(lián)系具體的實(shí)踐操作，在提高實(shí)踐操作能力的同時(shí)，增強(qiáng)了對(duì)

42、理論內(nèi)容的理解與掌握，真正實(shí)現(xiàn)了學(xué)以致用。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我清楚的認(rèn)識(shí)到自己在實(shí)際動(dòng)手操作方面還比較薄弱，缺乏系統(tǒng)化、規(guī)范化的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)加以強(qiáng)化。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我還深刻的意識(shí)到自己在將理論內(nèi)容轉(zhuǎn)化為實(shí)際模型方面的能力比較欠缺，對(duì)于知識(shí)的學(xué)習(xí)，只有具備了將其轉(zhuǎn)化為具體問(wèn)題的能力才算真正對(duì)其掌握，僅僅停留在看懂教材、會(huì)做習(xí)題、通過(guò)考試是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此，在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程之中，應(yīng)當(dāng)注意對(duì)這些方面能力的培養(yǎng)與強(qiáng)化。