PCM通信系統(tǒng)性能分析MATLAB仿真

1、淮海工學院課程設計報告書課程名稱：通信系統(tǒng)的計算機仿真設計題目：PCM通信系統(tǒng)的性能分析與MATLAB仿真系院）:電子項目學院學期：10-11-2專業(yè)班級：通信項目082姓名：劉懷玉學號：0408221081緒目錄1緒論21.1研究背景與研究意義21.2課程設計的目的和任務22 PCM通信系統(tǒng)22.1蒙特卡羅模型通信系統(tǒng)基本模型22.2 PCM通信系統(tǒng)的主要性能指標33 PCM通信系統(tǒng)主要模塊33.1信號源33.2抽樣33.3量化33.4信道編碼43.4.1無信道編碼43.4.2漢明編碼43.4.3循環(huán)編碼43.5調制43.6加入高斯加性白噪聲并解調判決和譯碼53.7計算誤碼率54 PCM通信

2、系統(tǒng)仿真圖和結果分析54.1 PCM通信系統(tǒng)的仿真圖64.2結果分析75參考文獻76附錄1緒論1.1研究背景與研究意義實驗在高等學校的人才培養(yǎng)過程中起著非常重要的作用。實驗的創(chuàng)新,必須“四個有利于”出發(fā):有利于激發(fā)學生對實驗的學習興趣和積極性,有利于提高學生理論聯(lián)系實際的實踐性,有利于引導學生培養(yǎng)科學的工作和學習作風及創(chuàng)新能力,有利于促進學生對整個學科體系全面而又深入的理解。大多數(shù)傳統(tǒng)實驗是硬件實驗,即采用由元件、電路等硬代替實際應用的設備、系統(tǒng),具有真實、直觀、形象等特點,學生易于理解和操作,但它需要較大的資金投入和較大的實驗場所,且不能及時跟隨現(xiàn)代科學技術理論的快速發(fā)展而創(chuàng)新,特別是通信等

3、方面的專業(yè)實驗教案設備。在實驗的過程中,實驗手段是關鍵,它直接影響到實驗的質量、學生的學習興趣和學習效果。實驗手段要充分利用現(xiàn)代化手段,如電化、計算機輔助、計算機仿真等手段,特別是利用計算機進行實驗仿真。計算機仿真實驗。1.2課程設計的目的和任務1課程設計的目的：本次課程設計是根據(jù)“通信項目專業(yè)培養(yǎng)計劃”要求而制定的。通信系統(tǒng)的計算機仿真設計課程設計是通信項目專業(yè)的學生在學完通信項目專業(yè)基礎課、通信項目專業(yè)主干課及科學計算與仿真專業(yè)課后進行的綜合性課程設計。其目的在于使學生在課程設計過程中能夠理論聯(lián)系實際，在實踐中充分利用所學理論知識分析和研究設計過程中出現(xiàn)的各類技術問題，鞏固和擴大所學知識面

4、，為以后走向工作崗位進行設計打下一定的基礎。2課程設計的任務：<1）掌握一般通信系統(tǒng)設計的過程、步驟、要求、工作內容及設計方法；掌握用計算機仿真通信系統(tǒng)的方法。<2）訓練學生網(wǎng)絡設計能力。<3）訓練學生綜合運用專業(yè)知識的能力，提高學生進行通信項目設計的能力。2 PCM通信系統(tǒng)2.1蒙特卡羅模型通信系統(tǒng)基本模型仿真基本框圖如下：噪聲2.1.1脈沖編碼基本原理脈沖編碼調制就是把一個時間連續(xù)，取值連續(xù)的模擬信號變換成時間離散，取值離散的數(shù)字信號后在信道中傳輸。對模擬信號先抽樣，再對樣值幅度量化，編碼的過程。將模擬信號離散化，即對模擬信號按一定的時間間隔進行抽樣；然后再將無限個可能的

5、抽樣值不是指抽樣點的個數(shù)，而是每個抽樣點的可能取值）變成有限個可能取值，我們稱之為量化；最后對量化后的抽樣值用二進制或多進制）碼元進行編碼，就可得到所需要的數(shù)字信號。所謂編碼就是用一組符號碼組）取代或表示另外一組符號碼組或數(shù)字）的過程。這種將模擬信號經過抽樣、量化、編碼三個處理步驟變成數(shù)字信號的A/D轉換方式稱為脈沖編碼調制（PCM,PulseCodeModulation）。PCM傳輸系統(tǒng)圖如圖1。圖1PCM傳輸系統(tǒng)2.2PCM通信系統(tǒng)的主要性能指標信噪比范圍在-25dB25dB之間，抽樣頻率為8000Hz,抽樣點數(shù)為4003 PCM通信系統(tǒng)主要模塊PCM通信系統(tǒng)的主要模塊為信號源，抽樣，量化

6、，信道編碼，調制，加入高斯加性白噪聲并解調判決和譯碼，計算誤碼率。3.1 信號源本實驗采用正弦信號，幅度為2048，即S=2048*sin(w*t。3.2 抽樣(a抽樣所謂抽樣，就是對模擬信號進行周期性掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號。該模擬信號經過抽樣后還應當包含原信號中所有信息，也就是說能無失真的恢復原模擬信號。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。本實驗中所選抽樣周期ts=0.000125s，抽取300個樣值，抽樣后畫出其時域上的圖形，然后進行離散傅里葉變換得到其頻譜圖。主要MATLANB程序如下：figure(1clear。t=0.05。ts=0.000125。fs=1/t

7、s。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/fs。f=0:dy:dy*length(mn-dy-fs/2。subplot(2,1,1。stem(tl,s。xlabel('時間。title('原信號波形。axis(-0.0050subplot(2,1,2。plot(f,abs(fftshift(n。axis(-l000,l000,0,60。xlabel('頻率。ylabel('幅頻。title('原信號頻譜。3.3 量化(b量

8、化從數(shù)學上來看，量化就是把一個連續(xù)幅度值的無限數(shù)集合映射成一個離散幅度值的有限數(shù)集合。模擬信號的量化分為均勻量化和非均勻量化。因為均勻量化存在的主要缺點是：無論抽樣值大小如何，量化噪聲的均方根值都固定不變。因此，當信號I較小時，則信號量化噪聲功率比也就很小，這樣，對于弱信號時的量化信噪比就難以達到給定的要求。通常，把滿足信噪比要求的輸入信號取值范圍定義為動態(tài)范圍，可見，均勻量化時的信號動態(tài)范圍將受到較大的限制。為了克服這個缺點，實際中，往往采用非均勻量化。非均勻量化是根據(jù)信號的不同區(qū)間來確定量化間隔的。對于信號取值小的區(qū)間，其量化間隔也小；反之，量化間隔就大。它與均勻量化相比，有兩個突出的優(yōu)點

9、。首先，當輸入量化器的信號具有非均勻分布的概率密度實際中常常是這樣)時，非均勻量化器的輸出端可以得到較高的平均信號量化噪聲功率比；其次，非均勻量化時，量化噪聲功率的均方根值基本上與信號抽樣值成比例。因此量化噪聲對大、小信號的影響大致相同，即改善了小信號時的量化信噪比。采用不均勻量化，本實驗采用13折線法，主要MATLAB實現(xiàn)程序如下：functionc二PCMcode(y>c=00000000if(y>0>c(1>=1。elsec(1>=0。endy=abs(y>oif(y>=0&y16>c(2>=0。c(3>=0。c(4&g

10、t;=0。step=1。st=0。elseif(y>=16&y<32>c(2>=0。c(3>=0。c(4>=1。step=1。st=16。elseif(y>=32&y<64>c(2>=0。c(3>=1。c(4>=0。step=2。st=32。elseif(y>=64&y128>c(2>=0。c(3>=l。c(4>=l。step=4。st=64。elseif(y>=128&y<256>c(2>=l。c(3>=0。c(4>=0。s

11、tep=8。st=128。elseif(y>=256&y<512>c(2>=1。c(3>=0。c(4>=1。step=16。st二256。elseif(y>=512&y<1024>c(2>=1。c(3>=1。c(4>=0。step=32。st=512。elseif(y>=1024&y<=2048>c(2>=1。c(3>=1。c(4>=1。step=64。st=1024。endif(y<2048>t=floor(y-st>/step>。p=d

12、ec2bin(t,4>-48。c(5:8>=p(1:4>。elsec(5:8>=1111end3.4 信道編碼(c>編碼所謂編碼就是把量化后的信號變換成代碼，其相反的過程稱為譯碼。當然，這里的編碼和譯碼與差錯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。編碼的實現(xiàn)是由編碼器完成的。在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來分，大致可分為兩大類：低速編碼和高速編碼。通信中一般都采用第二類。編碼器的種類大體上可以歸結為三類：逐次比較型、折疊級聯(lián)型、混合型。在逐次比較型編碼方式中，無論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內碼的順序排列。圖2為逐次反饋型編碼器。bl極

13、性判斷-Al!>b2b3t4b5bb6bTt8A本地譯碼<1-II圖2編碼器在相同信噪比的情況下分別進行三種不同的信道編碼，分別是無信道編碼，漢明編碼和循環(huán)編碼。3.4.1無信道編碼基帶波形采用雙極性不歸零波形，不對信道進行編碼。3.4.2漢明編碼對信道進行漢明編碼，其程序如下：cl=c.。c7=c。cl二reshape(cl,4,800>。cl二cl.'。cl=800*4,前兩行對應c第一行c2二encode(cl,7,4,'hamming/binary'>。3.4.3循環(huán)編碼對信道進行循環(huán)編碼，其程序如下：c3二encode(c7,15,8,

14、'cyclic/binary'>。(15,8>循環(huán)碼編碼3.5調制無信道編碼，漢明編碼和循環(huán)編碼均采用2ASK進行調制。3.6加入高斯加性白噪聲并解調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，步長為5dB，然后在接受端進行相應的解調并經行判決和譯碼，如果所得值大于0則判為1,小于0判為0。主要MATLAB實現(xiàn)程序如下：m二m+sigma*randn(400,8>。m(find(m>=0>>=1。m(find(m<0>>=0。errors二zeros(400,8>。errors(f

15、ind(m=c>>=1。errors二reshape(errors,1,3200>。biterrors二sum(errors>。bit1(q>二biterrors/(400*8>。rxl二txl+sigma*randn(800,7>。rx2二tx2+sigma*randn(400,15>。加噪聲rx1(find(rx1>=0>>=1。rx1(find(rx1<0>>=0。判決，解調rx2(find(rx2>=0>>=1。rx2(find(rx2<0>>=0。c22二decod

16、e(rxl,7,4,'hamming/binary'。hamming信道譯碼800*4c33二decode(rx2,15,&'cyclic/binary'。循環(huán)譯碼3.7計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，步長為5dB。根據(jù)得到的誤碼率數(shù)據(jù)，繪出誤碼率一信噪比曲線圖，主要MATLAB程序如下：errors1=zeros(800,4。errors2=zeros(400,8。errors1(find(c22=c1=1。errors2(find(c33=c7=1。errors1=reshape(errors

17、1,1,3200。errors2=reshape(errors2,1,3200。biterrors1=sum(errors1。biterrors2二sum(errors2。統(tǒng)計錯誤errorbit(q=biterrors1/(400*8。errorbit2(q二biterrors2/(400*8。誤碼率end4 PCM通信系統(tǒng)仿真圖和結果分析對PCM通信系統(tǒng)進行仿真，得到抽樣信號時域圖及頻譜圖，三種情況下的誤碼率一信噪比曲線圖，2ASK的星座圖。4.1 PCM通信系統(tǒng)的仿真圖原信號漩形20001000It6-1000-3-223-2000-5-10時間原信號頻語x10'340=2060

18、2DD圖一抽樣信號時域圖及頻譜圖-!-6DD-400-2DDT“mo無彳言道編療馬:血漢明+-環(huán)碼2016B52DT圖二誤碼率一信噪比曲線圖-6O-252-圖三2ASK的星座圖4.2結果分析從圖二中可以得出在其他條件相同時同一信道編碼條件下不同信噪比時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，其中漢明編碼對應的誤碼率最小，循環(huán)編碼的誤碼率次之，無信道編碼時對應的誤碼率最大，從表一中可以清楚的得出如上結論，表一如下：信道編碼方式信噪比(db><)-20-15-10-50無信道編碼048560.48720.46440.

19、44250.4188循環(huán)編碼0.45120.42750.36530.24630.0553漢明編碼0.44180.41470.33220.20520.0338表一不同信噪比時的誤碼率5參考文獻1趙靜基于MATLAB的通信系統(tǒng)仿真北京：北京航空航天大學出版社，20072樊昌信，曹麗娜通信原理北京：國防工業(yè)出版社，20183王華.MATLAB電子仿真與應有教程北京：國防工業(yè)出版社，20184王世一數(shù)字信號處理北京：北京理工大學出版社，20185鄧華.MATLAB通信仿真及應用實例詳解北京:人民郵電出版社，20066孫祥.MATLAB7.0基礎教程.北京：清華大學出版社，20056附錄figure(1

20、>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/fs。f=0:dy:dy*length(mn>-dy-fs/2。subplot(2,1,1>。stem(tl,s>。xlabel('時間>。title('原信號波形>。axis(-0.0050gt;。subplot(2,1,2>。plot(f,abs(fftshift(n>>

21、;>。axis(-l000,l000,0,60>。xlabel('頻率>。ylabel('幅頻>。title('原信號頻譜>。sl=s./max(s>。s2=sl./(l/2048>。fori=l:400y=s2(i>。d=00000000if(y>0>d(l>=l。elsed(l>=0。endy=abs(y>。if(y>=0&y<l6>d(2>=0。d(3>=0。d(4>=0。step=1。st=0。elseif(y>=l6&y<

22、;32>d(2>=0。d(3>=0。d(4>=1。step=1。st=16。elseif(y>=32&y<64>d(2>=0。d(3>=1。d(4>=0。step=2。st=32。elseif(y>=64&y<128>d(2>=0。d(3>=1。d(4>=1。step=4。st=64。elseif(y>=128&y<256>d(2>=1。d(3>=0。d(4>=0。step=8。st=128。elseif(y>=256&y&l

23、t;512>d(2>=1。d(3>=0。d(4>=1。step=16。st二256。elseif(y>=512&y<1024>d(2>=1。d(3>=1。d(4>=0。step=32。st=512。elseif(y>=1024&y<=2048>d(2>=1。d(3>=1。d(4>=1。step=64。st=1024。endif(y<2048>t=floor(y-st>/step>。p=dec2bin(t,4>-48。d(5:8>=p(1:4>

24、。elsed(5:8>=1111endc(i,1:8>=d(1:8>。endm=c。m=2*m-l。調制無信道編碼cl=c.。c7=c。cl二reshape(cl,4,800>。cl二cl.'。cl=800*4,前兩行對應c第一行c2二encode(cl,7,4,'hamming/binary'>。(7,4>hamming信道編碼800*7c3二encode(c7,15,&'cyclic/binary'。(15,8>循環(huán)碼編碼tx1=2*c2-1。tx2=2*c3T。2ASKBNRZ調制errorbit=

25、0。dB=-25:5:25forq=l:llbiterrors=0。biterrors1=0。biterrors2=0。r1=10."(dB(q>/10>。rl=0.5./(rl>。sigma=sqrt(rl>。m=m+sigma*randn(400,8>。m(find(m>=0>>=1。m(find(m<0>>=0。errors二zeros(400,8>。errors(find(m=c>>=1。errors=reshape(errors,l,3200>。biterrors=sum(errors>。bitl(q>=biterrors/(400*8>。rxl=txl