PCM通信系統(tǒng)性能分析MATLAB仿真

1、淮海工學(xué)院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū) 課程名稱(chēng)：通信系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì) 題目PCMi!信系統(tǒng)的性能分析與 MATLA筋真 系v院）： 電子項(xiàng)目學(xué)院 學(xué) 期：10-11-2 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 通信項(xiàng)目082 姓名： 劉懷玉 學(xué) 號(hào)： 040822108 1 緒 評(píng)語(yǔ): 成績(jī): 簽名: 日期: 目錄 1 緒論 . 2 1.1 研究背景與研究意義 . 2 1.2 課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù) .2 2 PCM 通信系統(tǒng). 2 2.1 蒙特卡羅模型通信系統(tǒng)基本模型 . 2 2.2 PCM 通 信 系 統(tǒng) 的 主 要 性 能 指 標(biāo) . 3 3.1 信號(hào)源 . 3 3.2 抽樣 . 3 3.3 量化 . 3 3.4 信 道

2、編 . 4 3.4.1 無(wú)信道編碼 . 4 3.4.2 漢明編碼 . 4 3.4.3 循環(huán)編碼 . 4 3.6 加入高斯加性白噪聲并解調(diào)判決和譯碼 . 5 3.7 計(jì)算誤碼率 . 5 4 PCM 通信系統(tǒng)仿真圖和結(jié)果分析 . 5 4.1 PCM 通信系統(tǒng)的仿真圖 . 6 4.2 結(jié)果分析 . 7 3 PCM 通信系統(tǒng)主要模 . 3 3.5 調(diào)制 . 4 5 參考文獻(xiàn) . 71 緒論 1.1 研究背景與研究意義 實(shí)驗(yàn)在高等學(xué)校的人才培養(yǎng)過(guò)程中起著非常重要的作用。實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新 ，必須“四 個(gè)有利于”出發(fā)：有利于激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣和積極性，有利于提高學(xué)生 理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)踐性，有利于引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)

3、科學(xué)的工作和學(xué)習(xí)作風(fēng)及創(chuàng)新能力 有利于促進(jìn)學(xué)生對(duì)整個(gè)學(xué)科體系全面而又深入的理解。大多數(shù)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是硬件 實(shí)驗(yàn)，即采用由元件、電路等硬代替實(shí)際應(yīng)用的設(shè)備、系統(tǒng) ，具有真實(shí)、直觀(guān)、 形象等特點(diǎn)，學(xué)生易于理解和操作，但它需要較大的資金投入和較大的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所, 且不能及時(shí)跟隨現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)理論的快速發(fā)展而創(chuàng)新，特別是通信等方面的專(zhuān)業(yè) 實(shí)驗(yàn)教案設(shè)備。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)手段是關(guān)鍵，它直接影響到實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量、 學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。實(shí)驗(yàn)手段要充分利用現(xiàn)代化手段 ，如電化、計(jì)算機(jī) 輔助、計(jì)算機(jī)仿真等手段，特別是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。計(jì)算機(jī)仿真實(shí) 驗(yàn)。 1.2 課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù) 1 課程設(shè)計(jì)的目的： 本次課

4、程設(shè)計(jì)是根據(jù)“通信項(xiàng)目專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃”要求而制定的。通信系統(tǒng)的計(jì) 算機(jī)仿真設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是通信項(xiàng)目專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在學(xué)完通信項(xiàng)目專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課、通 信項(xiàng)目專(zhuān)業(yè)主干課及科學(xué)計(jì)算與仿真專(zhuān)業(yè)課后進(jìn)行的綜合性課程設(shè)計(jì)。其目的 在于使學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠理論聯(lián)系實(shí)際，在實(shí)踐中充分利用所學(xué)理論 知識(shí)分析和研究設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的各類(lèi)技術(shù)問(wèn)題，鞏固和擴(kuò)大所學(xué)知識(shí)面，為 以后走向工作崗位進(jìn)行設(shè)計(jì)打下一定的基礎(chǔ)。 2 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)： 1）掌握一般通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程、步驟、要求、工作內(nèi)容及設(shè)計(jì)方法；掌握 用計(jì)算機(jī)仿真通信系統(tǒng)的方法。 2 ）訓(xùn)練學(xué)生網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)能力。 3.2 抽樣 (a 抽樣 所謂抽樣，就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性?huà)?/p>

5、描，把時(shí)間上連續(xù)的 信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)。該模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原 信號(hào)中所有信息，也就是說(shuō)能無(wú)失真的恢復(fù)原模擬信號(hào)。它的抽樣 速率的下限是由抽樣定理確定的。 本實(shí)驗(yàn)中所選抽樣周期 ts=0.000125s, 抽取 300 個(gè)樣值，抽樣后畫(huà)出其時(shí)域上 的圖形，然后進(jìn)行離散傅里葉變換得到其頻譜圖。主要 MATLAN 程序如下： figure(1 clear 。 t=0.05 。 ts=0.000125 。 fs=1/ts 。 df=0.5 。 t1=-t/2:ts:t/2 。 s=2048*sin(300*2*pi*t1 。 n,mn,dy=fftseq(s,ts,df 。 n=n/

6、fs 。 f=0:dy:dy*length(mn-dy-fs/2 。 subplot(2,1,1 。 stem(t1,s 。 xlabel( 時(shí)間 。 title( 原信號(hào)波形 。 axis(-0.005 0.005 -2048 2048 。 subplot(2,1,2 。 plot(f,abs(fftshift(n 。 axis(-1000,1000,0,60 。 xlabel( 頻率。 ylabel( 幅頻。 title( 原信號(hào)頻譜 。 3.3 量化 (b 量化 從數(shù)學(xué)上來(lái)看，量化就是把一個(gè)連續(xù)幅度值的無(wú)限數(shù)集合映射 成一個(gè)離散幅度值的有限數(shù)集合。 模擬信號(hào)的量化分為均勻量化和非均勻量化

7、。因?yàn)榫鶆蛄炕?在的主要缺點(diǎn)是：無(wú)論抽樣值大小如何，量化噪聲的均方根值都固 定不變。因此，當(dāng)信號(hào) I 較小時(shí)，則信號(hào)量化噪聲功率比也就很 小，這樣，對(duì)于弱信號(hào)時(shí)的量化信噪比就難以達(dá)到給定的要求。通 常，把滿(mǎn)足信噪比要求的輸入信號(hào)取值范圍定義為動(dòng)態(tài)范圍，可 見(jiàn)，均勻量 化時(shí)的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍將受到較大的限制。為了克服這個(gè) 缺點(diǎn)，實(shí)際中，往往采用非均勻量化。 非均勻量化是根據(jù)信號(hào)的不同區(qū)間來(lái)確定量化間隔的。對(duì)于信 號(hào)取值小的區(qū)間，其量化間隔 也??；反之，量化間隔就大。它與 均勻量化相比，有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，當(dāng)輸入量化器的信號(hào)具 有非均勻分布的概率密度 c=0 0 0 0 0 0 0 0 if(y

8、0 c(1=1 。 else c(1=0 。 end y=abs(y。 if(y=0&y c(2=0 。 c(3=0。 c(4=0。 step=1。st=0。 elseif(y=16&y c(2=0 。c(3=0。c(4=1。step=1。st=16。 elseif(y=32 &y c(2=0 。c(3=1 o c(4=0。step=2。st=32。 elseif(y=64&y2 c(2=0 。c(3=1。c(4=1。 elseif(y=128&y c(2=1 。 c(3=0。 c(4=0。 elseif(y=256&y c(2=1 。 c(3=

9、0。 c(4=1 。 elseif(y=512&y c(2=1 。 c(3=1 。 c(4=0。 elseif(y=1024&y c(2=1 。 c(3=1 。 c(4=1 。 end if(y t=floor(y-st/step 。 p=dec2bin(t,4-48 。 c(5:8=p(1:4 。 else c(5:8=1 1 1 1 end 3.4 信道編碼 (c 編碼 所謂編碼就是把量化后的信號(hào)變換成代碼，其相反的過(guò)程稱(chēng)為 譯碼。當(dāng)然，這里的編碼和譯碼與差錯(cuò)控制編碼和譯碼是完全不同 的，前者是屬于信源編碼的范疇。 編碼的實(shí)現(xiàn)是由編碼器完成的。在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編 碼

10、的速度來(lái)分，大致可分為兩大類(lèi)：低速編碼和高速編碼。通信中 一般都采用第二類(lèi)。編碼器的種類(lèi)大體上可以歸結(jié)為三類(lèi)：逐次比 較型、折疊級(jí)聯(lián)型、混合型。在逐次比較型編碼方式中，無(wú)論采用 幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的順序排列。圖 為逐次反饋型編碼器。step=4 。 st=64 。 step=8。 st=128。 step= 1 6 。 st=256 。 step=32。 st=512。 step=64。 圖 2 編碼器 在相同信噪比的情況下分別進(jìn)行三種不同的信道編碼，分別是無(wú)信道編碼，漢 明編碼和循環(huán)編碼。 341 無(wú)信道編碼 基帶波形采用雙極性不歸零波形，不對(duì)信道進(jìn)行編碼。 3.4.2

11、漢明編碼 對(duì)信道進(jìn)行漢明編碼，其程序如下： c1=c. o c7=c。 c1= reshape(c1,4,800。c1= c1.。c1=800*4 前兩行對(duì)應(yīng) c 第一行 c2=e ncode(c1,7 ,4,hammi ng/bi nary 。 3.4.3 循環(huán)編碼 對(duì)信道進(jìn)行循環(huán)編碼，其程序如下： c3=encode(c7,15,8,cyclic/binary 。(15,8循環(huán)碼編碼 3.5 調(diào)制 無(wú)信道編碼，漢明編碼和循環(huán)編碼均采用 2ASK 進(jìn)行調(diào)制。 3.6 加入高斯加性白噪聲并解調(diào)判決和譯碼 在相同條件下分別加入高斯加性白噪聲，信噪比范圍在 -25dB25dB 之間，步 長(zhǎng)為 5d

12、B,然后在接受端進(jìn)行相應(yīng)的解調(diào)并經(jīng)行判決和譯碼，如果所得值大于 0 則判為 1,小于 0 判為 0。主要 MATLABS 現(xiàn)程序如下： m=m+sigma*ra ndn(400,8 。 m(find(m=0=1 。 m(find(m=0。 errors=zeros(400,8 。errors (fin d(m=c=1 。 errors=reshape(errors,1,3200 。 biterrors=sum(errors 。 bit1(q=biterrors/(400*8 。 rx 仁 tx1+sigma*ra ndn(800,7 。 rx2=tx2+sigma*randn(400,15 。

13、加噪聲 rx1(find(rx1=0=1 。rx1(find(rx1=0 。判決，解調(diào) 本地譯碼 極性判 捕祥燥持 L 龍器 b2b3b4b5bb6b7b8 rx2(find(rx2=0=1 。rx2(find(rx2=0 。 c22=decode(rx1,7,4,hamming/binary 。 %hammin 信道譯碼 800*4 c33=decode(rx2,15,8,cyclic/binary 。 %循環(huán)譯碼 3.7 計(jì)算誤碼率 依次改變信噪比，得到在特定信噪比下的誤碼率。信噪比范圍在 -25dB25dB 之間，步長(zhǎng)為 5dB。根據(jù)得到的誤碼率數(shù)據(jù)，繪出誤碼率信噪比曲線(xiàn)圖，主 要MAT

14、LAB?序如下： errors1=zeros(800,4 。 errors2=zeros(400,8 。 errors1(find(c22=c1=1 。 errors2(find(c33=c7=1 。 errors1=reshape(errors1,1,3200 。 errors2=reshape(errors2,1,3200 。 biterrors1=sum(errors1 。 biterrors2=sum(errors2 。 %統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤 errorbit(q=biterrors1/(400*8 。 errorbit2(q=biterrors2/(400*8 。 %誤碼率 end 4 PCM

15、 通信系統(tǒng)仿真圖和結(jié)果分析 對(duì) PCM 通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到抽樣信號(hào)時(shí)域圖及頻譜圖，三種情況下的誤碼 率信噪比曲線(xiàn)圖，2ASK 勺星座圖。 4.1 PCM 通信系統(tǒng)的仿真圖 莓 9 ? 2 2 3 60 20 10 1D 申 1D 25 5 10 15 20 25 dB 1nS F % 原信號(hào)液形 2000 1000 -1000 -2000 L -5 -1 0 1 時(shí)間 原信號(hào)頻譜 圖一抽樣信號(hào)時(shí)域圖及頻譜圖 400 6D0 800 1000 -1000 -BOO -E00 -400 -200 0 200 頻率 無(wú)信道編碼: -Q- b叔餌 1 -. r* 環(huán)碼 圖二誤碼率一信噪比曲線(xiàn)圖 圖

16、三 2ASK 的星座圖 4.2 結(jié)果分析 從圖二中可以得出在其他條件相同時(shí)同一信道編碼條件下不同信噪比時(shí)所得的 誤碼率不一樣，且信噪比越高所得到的誤碼率越小，；在同一信噪比條件下不 同的信道編碼所得到的誤碼率也不一樣，其中漢明編碼對(duì)應(yīng)的誤碼率最小，循 環(huán)編碼的誤碼率次之，無(wú)信道編碼時(shí)對(duì)應(yīng)的誤碼率最大，從表一中可以清楚的 得出如上結(jié)論，表一如下： 信道編碼方式 信噪比(db clear 。 t=0.05 。 ts=0.000125 。 fs=1/ts 。 df=0.5 。 t1=-t/2:ts:t/2 。 s=2048*sin(300*2*pi*t1 。 n,mn,dy=fftseq(s,ts,

17、df 。 n=n/fs 。 f=0:dy:dy*length(mn-dy-fs/2 。 subplot(2,1,1 。stem(t1,s 。 xlabel( 時(shí)間 。 title( 原信號(hào)波形 。 axis(-0.005 0.005 -2048 2048 。 subplot(2,1,2 。 plot(f,abs(fftshift(n 。 axis(-1000,1000,0,60 。 xlabel( 頻率 。 ylabel( 幅頻 。 title( 原信號(hào)頻譜 。 s1=s./max(s 。 s2=s1./(1/2048 。 for i=1:400 y=s2(i 。 d=0 0 0 0 0 0

18、0 0 if(y0 d(1=1 。 else d(1=0 。 end y=abs(y 。 if(y=0&y d(2=0 。 d(3=0。 d(4=0。 elseif(y=16&y d(2=0 。 d(3=0。 d(4=1 。 elseif(y=32&y d(2=0 。 d(3=1 。 d(4=0。 elseif(y=64&y d(2=0 。 d(3=1 。 d(4=1 。 elseif(y=128&y d(2=1 。 d(3=0。 d(4=0。 elseif(y=256&y d(2=1 。 d(3=0。 d(4=1 。 elseif(y=512&

19、amp;y d(2=1 。 d(3=1 。 d(4=0。 elseif(y=1024&y d(2=1 。 d(3=1 。 d(4=1 。step=1 。 st=0 。 step=1 。 st=16 。 step=2 。 st=32 。 step=4 。 st=64 。 step=8。 st=128。 step=16。 st=256 。 step=32。 st=512。 step=64 。 st=1024 。 end if(y t=floor(y-st/step p=dec2bin(t,4-48 。 d(5:8=p(1:4 。 else d(5:8=1 1 1 1 end c(i,1:8

20、=d(1:8 。 end m=c。 m=2*m-1。 %調(diào)制 % 無(wú)信道編碼 c1=c. 。 c7=c。 c1=reshape(c1,4,800 。 c 仁 c1. 。 %c1=800*4 前兩行對(duì)應(yīng) c 第一行 c2=encode(c1,7 ,4,hamming/binary 。 %(7,4hamming 信道編碼 800*7 c3=encode(c7,15,8,cyclic/binary 。 %(15,8循環(huán)碼編碼 tx 仁 2*c2-1 。tx2=2*c3-1 。 %2ASK BNF 調(diào)制 errorbit=0 。 dB=-25:5:25 for q=1:11 biterrors=0 。 biterrors1=0 。 biterrors2=0 。 r1=10.A(dB(q/10 。 r1=0.5./(r1 。 sigma=sqrt(r1 。 m=m+sigma*randn(400,8 。 m(find(m=0=1 。 m(find(m=0。 errors=zeros(400,8 。 errors(find(m=c=1 。 errors=reshape(errors,1,3200 。 biterrors=sum(errors 。 bit1(q=biterrors/(400*8 rx1=tx1+sigm