摘要：数字信号的传输比模拟信号对对带宽的需求更高。随着卫星有效载荷种类的增多和分辨率的不断提高，需要传输的信息量越来越大。本文对差分脉冲编码调制相关理论进行了分析研究，基于matlable/simulink构建了dpcm串行传输的仿真模型及仿真验证，并基于simulink实现了pcm及dpcm语音信号的传输，并进行传输误码与解码话音质量的性能比对和分析。
　　关键词：模拟信号；提高；分析
　　1 引言
　　随着通信技术的发展，数字通信成为主流技术。那模拟信源提供的模拟信号如何在数字通信系统中传输呢？模拟信号要想在数字通信系统进行传输，首先需要在发送端把模拟信号数字化，即进行模数转换，然后在数字通信系统进行传输；在接收端需把数字信号还原成模拟信号，即进行数模变换。一般模数转换常采用脉冲编码调制（pcm）、差分脉冲编码调制等。
　　1.1 脉冲编码调制
　　脉冲编码调制（pulse code modulation——pcm）是典型的编码方式，通常把从模拟信号抽样、量化、直到变为二进制符号的基本过程称为pcm。
　　1.2 差分脉冲编码调制
　　pcm体制需要用64kb的速率传输1路数字信号，而传输一路模拟电话仅占用4khz带宽。相比之下，采用pcm，则数码率太高，传输pcm信号占用更大带宽。例如，对于频带为1mhz的可视电话信号进行编码，根据采样定理，采样速率 ，若每样值采用8位编码，则数码率为16mbit/s。对于电视信号，图像信号宽带为6mhz，若也采用8位编码，则数码率将达100mbit/s。wwW.11665.CoM为了降低数字电话信号的比特率，改进方法之一是采用预测编码方法。预测编码方法有多种，差分脉冲编码调制，简称差分脉码调制dpcm，是其中广泛应用的一种基本预测方法。
　　2 dpcm的simulink仿真
　　simulink模块库中提供了dpcm编码模块“dpcm encoder”、解码模块“dpcm decoder”等，利用这些模块构建dpcm串行传输仿真模型，如图1所示。
　　信号源输出200hz正弦波，经放大、dpcm编码输出，再经过并串转换得到二进制码流送入二进制对称信道。解码端信道输出经串并转换送入dpcm解码，之后输出解码结果并显示波形。改变信道错误比特率，以观察信道误码对dpcm传输的影响。当信道错误比特率为0.02时仿真结果和波形如图2所示。
　　由图2可知，对应于信道产生误码的位置，解码输出波形中出现的干扰脉冲，干扰脉冲的大小取决于信道中错误比特位于一个dpcm编码字串中的位置，位于高位时将导致解码值极性错误，这时引起的干扰最大，而位于低位的误码引起的干扰最轻微。
　　3 信道误码对语音质量影响的仿真分析
　　以一语音文件gdgvoice8000.wav为信号源，基于前面最佳预测器的理论来进行仿真分析。先计算一段采样率为8000hz的语音信号（文件名cdgvoice8000.wav）的最佳预测器抽头系数。给定预测器的阶数p=5。首先估计出语音信号的归一化自相关函数值rj，j=1，…，5，常用的估计方法是： 代入归一化自相关函数然后列出方程并求解即可。
　　3.1 构建测试模型及仿真
　　基于上面的原理构建一个dpcm编解码仿真系统。其中预测器为5阶fir滤波器，抽头系数设置为实例1的计算结果，被编码信号为语音文件“gdgvoice8000.wav”，量化器采用均匀量化方式，将[-1，1]上的归一化信号样值量化为n=4比特编码序列。
　　simulink通信库中提供了dpcm编码解码模块“dpcm encoder”和“dpcm decoder”。 dpcm解码模块的设置参数要和编码模块相对应。其输出为解码恢复信号以及量化预测误差。
　　dpcm编码模块的输入为被编码的样值序列，输出为量化电平序号以及相应的量化信号值，设置参数如下：预测器滤波分子分母系数响亮，一般采用fir滤波器，分母系数设置为1，分子系数可由实例所示的有话方法进行确定；量化分割电平集合；量化输出电平集合；当给定被量化的样本信号时，可以通过函数dpcmopt来计算最优化的预测器抽头系数，最佳量化分割电平以及最佳量化输出电平。
　　dpcm解码模块的设置参数要和编码模块相对应。其输出为解码恢复信号以及量化预测误差。dpcm编解码模块的构成细节可以通过选中模块以鼠标右键打开内部子系统来观察，其 dpcm传输误码与解码话音质量仿真模型。
　　设置bsc信道的误码率分别为0.1、0.01、0.001、0.0001等，执行仿真，从听到的输出音质中，发现将误码率设置在0.1，话音基本可懂，但解码输出信

中“咯咯”的噪声很严重；误码率在0.01数量级上解码噪声仍比较明显，但音质已经大为改善；误码率在0.001数量级上，解码噪声就不明显了。在dpcm电话系统中，对话音解码通常要求误码率在10-3或10-4以下，本仿真验证了该指标的合理性。但对于数据通信，对误码率要求更加严格，如果信道误码率不能满足要求，可采用纠错编码来进一步降低传输误码率。
　　3.2 与pcm话音解码对比分析
　　使用simulink中的dsp模块库的音频输入输出模块可以对真实的音频信号（文件名“gdgvoice8000.wav”）进行处理，并基于pcm编解码模块构建pcm传输误码与解码话音质量仿真模型。同样，设置bsc信道的误码率分别为0.1、0.01、0.001、0.0001等，执行仿真，从听到的输出音质中，发现将误码率设置在0.1，输出为纯噪声，相当于通信中断。若将误码率设置在0.01，解码输出信号中“咯咯”的噪声虽很严重但话音基本可懂，误码率在0.001数量级上解码噪声仍比较明显，但音质已经大为改善；误码率在0.0001数量级上，解码噪声就不明显了。
　　通过与前面dpcm话音进行对比，说明dpcm的抗噪声能力比pcm强。所以，尽管在无误码传输中dpcm的解码音质不如pcm强，但dpcm的抗噪声能力比pcm强，因此得到广泛应用。
　　4 结论
　　本文对差分脉冲编码调制相关理论进行了分析研究，给出了编解码器的结构；构建了dpcm串行传输的simulink的仿真模型，进行仿真验证；并基于simulink对pcm及dpcm进行传输误码与解码话音质量的性能分析，仿真结果表明在无误码传输中dpcm的解码音质不如pcm强，但dpcm的抗噪声能力比pcm强。