基于Simulink的PCM语音通信系统设计.docx

基于Simulink的PCM语音通信系统设计肖雪芳1，赵越1，雷国伟2(1．厦门理工学院光电与通信工程学院，福建厦门361024;2．集美大学理学院，福建厦门361021)摘要:基于Simulink设计的PCM语音通信系统，包括信源编码、信道编码、交织、以及数字调制等模块．针对信源编码，详细介绍了PCM模块的构建;针对数字调制，构建了含BPSK、滤波器、以及信道在内的子系统．最后通过仿真验证该系统的可行性，为实际的工程应用提供依据．关键词:Simulink;脉冲编码调制;语音中图分类号:TP391;TN911文献标志码:A文章编号:1672-612x(2014)11-0071-040引言自上世纪40年代脉冲编码调制(PCM)技术出现以来，针对低频模拟信号特别是语音信号的处理与传输的研究得到了飞速的发展．如今PCM通信系统已成为一种较为普遍的通信方式，而在现代生活中，人们对各种通信技术、电子产品的要求越来越高，都希望精益求精，因此PCM编码将更广泛地应用到各类语音系统中．近年来针对PCM的理论研究与实用仿真层出不穷，包括压缩编码算法研究［1－2］、仿真设计研究［3－7］等．其中:文献［3］介绍在DSP平台上如何实现PCM语音通信系统;文献［4］基于SystemView仿真平台搭建PCM通信系统;文献［5］基于Simulink仿真平台，讨论PCM语音通信中的信号混叠问题;文献［6］基于Simulink仿真平台，针对PCM和DPCM进行仿真，但该系统的信源并非实际语音信号;文献［7］基于Simu-link仿真平台，对A率和μ率两种压缩速率进行仿真比较，但整个系统缺乏必要的纠错和交织等模块．众所周知，音频信号由于其低频特性，只能在基带传输系统(如同轴线、双绞线等)中进行传输．而在各种无线通信方式如蜂窝、蓝牙、Zigbee等日益融合的今天，必须借助信道编码、数字调制等先进信号处理技术．基于此，本文以Simulink为平台，设计了一个PCM语音无线通信系统．1PCM通信系统框图整个系统框图如图1所示，含有语音输入、PCM编码、进制转换、缓冲器、BCH编码、交织器、调制、信道、解调、解交织、BCH译码、PCM解码等模块．其中解调、解交织及译码等模块分别为发送方的逆运算模块．为方便起见，本文主要讨论发送方一些主要模块的工作原理．1．1PCM编解码通过对语音信号的抽样、量化、编码三个过程的设计，在Simulink平台中PCM编码过程的仿真流程如图2所示．从ln1将模拟采样值从送至限幅器(Saturation)，将幅度限制在［－1，1］．完成后对信号进行取绝对值并送至A律压缩器压缩，此模块单独处理每个元素，在此A值设为87．6，信号峰值幅度设为1．通过增益器放大信号，继而将信号送至量化模块对信号进行量化，设置量化间隔为1，线性化处理增益．收稿日期:2014－基金资助:福建省教育厅A类项目(JA11232);厦门理工学院自然科学项目(YKJ06011Ｒ);厦门理工学院国家基金预研项目．作者简介:肖雪芳(1977－)，女(汉族)，福建周宁，博士，副教授．研究方向为电路与通信系统．第33卷绵阳师范学院学报(自然科学版)·72·图1PCM语音通信系统框图Fig．1ArchitectureofvoicePCMsystem图2PCM编码模块Fig．2ModuleofPCMencoder\PCM解码过程如图3所示，实质上便是PCM编码的逆过程．由于图2编码模块利用A律压缩器对信号进行压缩，使原本12位的采样信号被压缩成七位，加上首位信号位一共是八位．因此，在进入解码模块之前，必须通过数据进制转换后送至MSB和LSB的f(u)函数中，MSB是为高有效位用来表示八进制数的首位，即最高位．相反的LSB表示最低有效位，即八进制数末位．由于PCM编码将信号通过A律压缩器时放大了127倍，因此解码时要将信号通过A律扩展器扩展为原来的1/127，即将信号的大小还原．通过相乘器将扩展后的信号和最高有效位相乘，获得原始的采样信号．图3PCM解码模块Fig．3NoduleofPCMdecoder1．2BCH编码BCH实际上是信道编码模块，即按每组X位将信源信息序列划分成若干组，实现较好的纠错码．BCH码的码字:所划分的若干信息组被转换成一系列长度为L的二进制数，且L＞X．如果所传送的信息有N(N＞=2)组消息组，那么BCH码(分组码)的码长n即为N个码字长度的总和，用(n，N)来表示．采用(N，K)肖雪芳等:基于Simulink的PCM语音通信系统设计第11期·73·BCH编码来实现的．这个接收部分列向量的输入信号为K的整数倍．每组由长度为K的元素来表示一个编码的码字．设定BCH编码器的参数(N，K)为(15，3)，为本原BCH码，其对应的生成多项式为g(x)(2467)8=X1