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 課程名稱： 通信系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì) 題 目： PCM通信系統(tǒng)的性能分析與 MATLAB仿真 系 院） : 電子項(xiàng)目學(xué)院 學(xué) 期： 10-11-2 專業(yè)班級： 通信項(xiàng)目 082姓 名： 劉懷玉學(xué) 號： 0408221081緒評語：成績：簽名： 日期：目錄1 緒論 21.1 研究背景與研究意義 21.2 課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù) 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(biāo)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43.4.1 無信道編碼

2、43.4.2 漢明編碼 43.4.3 循環(huán)編碼 43.5 調(diào)制43.6 加入高斯加性白噪聲并解調(diào)判決和譯碼 53.7 計(jì)算誤碼率 54 PCM通信系統(tǒng)仿真圖和結(jié)果分析 54.1 PCM通信系統(tǒng)的仿真圖 64.2 結(jié)果分析 75 參考文獻(xiàn) 76 附錄 81 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)過程中起著非常重要的作用。實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新 , 必須“四 個有利于”出發(fā) :有利于激發(fā)學(xué)生對實(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)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)生對整個學(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

3、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、 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業(yè) 實(shí)驗(yàn)教案設(shè)備。在實(shí)驗(yàn)的過程中 , 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： 本次課程設(shè)計(jì)是根據(jù)“通信項(xiàng)目專業(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

4、信項(xiàng)目專業(yè)的學(xué)生在學(xué)完通信項(xiàng)目專業(yè)基礎(chǔ)課、通 信項(xiàng)目專業(yè)主干課及科學(xué)計(jì)算與仿真專業(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 知識分析和研究設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的各類技術(shù)問題，鞏固和擴(kuò)大所學(xué)知識面，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，就是對模擬信號進(jìn)行周期性掃描，把時(shí)間上連續(xù)的信號變成時(shí)間上離散的信號。該模擬信號經(jīng)過抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號中所有信息，也就是

5、說能無失真的恢復(fù)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(shí)驗(yàn)中所選抽樣周期 ts=0.000125s, 抽取 300 個樣值，抽樣后畫出其時(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 MATLANB程序如下： figure(1clear 。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(t1,s 。

6、xlabel( 時(shí)間 。title( 原信號波形 。 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( 原信號頻譜 。3.3 量化(b 量化 從數(shù)學(xué)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?yàn)榫鶆蛄炕嬖诘闹饕秉c(diǎn)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(dāng)信號 較小時(shí)，則信號量化噪聲功率比也就很 小，這樣，對

7、于弱信號時(shí)的量化信噪比就難以達(dá)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(shí)的信號動態(tài)范圍將受到較大的限制。為了克服這個 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?。环粗?，量化間隔就大。它與 均勻量化相比，有兩個突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，當(dāng)輸入量化器的信號具 有非均勻分布的概率密度 c=0 0 0 0 0 0 0 0 if(y0c(1=1 。elsec(1=0 。endy=abs(y 。if(y=0&yc(2=0 。c(3=0 。c(4=0 。 step=1 。st=0 。els

8、eif(y=16&yc(2=0 。c(3=0 。c(4=1 。 step=1 。st=16 。elseif(y=32&yc(2=0 。c(3=1 。c(4=0 。 step=2 。st=32 。elseif(y=64&yc(2=0 。c(3=1 。c(4=1 。 elseif(y=128&yc(2=1 。c(3=0 。c(4=0 。 elseif(y=256&yc(2=1 。c(3=0 。c(4=1 。 elseif(y=512&yc(2=1 。c(3=1 。c(4=0 。 elseif(y=1024&yc(2=1 。c(3=1 。c(4=1 。 end if(yt=floor(y-st/st

9、ep 。 p=dec2bin(t,4-48 。c(5:8=p(1:4 。elsestep=4 。st=64 。 step=8 。st=128 。step=16 。 st=256 。step=32 。 st=512 。 step=64 。 st=1024 。c(5:8=1 1 1 1 end3.4 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(dāng)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(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

10、大體上可以歸結(jié)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(nèi)碼的順序排列。圖 為逐次反饋型編碼器。2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(jìn)行編碼。3.4.2 漢明編碼 對信道進(jìn)行漢明編碼，其程序如下： c1=c. 。 c7=c。c1=reshape(c1,4,800 。 c1=c1. 。 %c1=800*4,前兩行對應(yīng) c 第一行c2=encode(c1,7 ,4,hamming/binary。3.4.3

11、循環(huán)編碼 對信道進(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，步長為 5dB，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 MATLAB實(shí)現(xiàn)程序如下： m=m+sigma*randn(400,8 。m(find(m=0=1 。m(find(m=0 。 errors=zeros(400,8 。

12、 errors(find(m=c=1 。 errors=reshape(errors,1,3200 。biterrors=sum(errors 。 bit1(q=biterrors/(400*8 。 rx1=tx1+sigma*randn(800,7 。rx2=tx2+sigma*randn(400,15 。 %加噪聲 rx1(find(rx1=0=1 。 rx1(find(rx1=0 。%判決，解調(diào) rx2(find(rx2=0=1 。 rx2(find(rx2=0 。c22=decode(rx1,7,4,hamming/binary。 %hamming信道譯碼 800*4c33=decod

13、e(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(errors1,1,3200 。 errors2=reshape(errors2,1,3200 。 biterrors1=sum(er

14、rors1 。 biterrors2=sum(errors2。 %統(tǒng)計(jì)錯誤errorbit(q=biterrors1/(400*8 。 errorbit2(q=biterrors2/(400*8。 %誤碼率end4 PCM通信系統(tǒng)仿真圖和結(jié)果分析對 PCM通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到抽樣信號時(shí)域圖及頻譜圖，三種情況下的誤碼 率信噪比曲線圖， 2ASK的星座圖。4.1 PCM通信系統(tǒng)的仿真圖圖二 誤碼率信噪比曲線圖圖一 抽樣信號時(shí)域圖及頻譜圖圖三 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

15、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(yīng)的誤碼率最小，循 環(huán)編碼的誤碼率次之，無信道編碼時(shí)對應(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,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(

16、 原信號波形 。 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( 原信號頻譜 。s1=s./max(s 。 s2=s1./(1/2048 。 for i=1:400y=s2(i 。d=0 0 0 0 0 0 0 0 if(y0d(1=1 。elsed(1=0 。end y=abs(y 。 if(y=0&yd(2=0 。 d(3=0 。 d(4=0 。 elseif(y=16&yd(2=0 。 d(3=0

17、。 d(4=1 。 elseif(y=32&yd(2=0 。 d(3=1 。 d(4=0 。 elseif(y=64&yd(2=0 。 d(3=1 。 d(4=1 。 elseif(y=128&yd(2=1 。 d(3=0 。 d(4=0 。 elseif(y=256&yd(2=1 。 d(3=0 。 d(4=1 。 elseif(y=512&yd(2=1 。 d(3=1 。 d(4=0 。 elseif(y=1024&ystep=1 。st=0 。step=1 。st=16 。step=2 。st=32 。step=4 。st=64 。step=8 。st=128 。step=16 。 st

18、=256 。step=32 。 st=512 。step=64 。 st=1024 。d(2=1 。 d(3=1 。 d(4=1 。endif(yt=floor(y-st/step p=dec2bin(t,4-48 。d(5:8=p(1:4 。 elsed(5:8=1 1 1 1 end c(i,1:8=d(1:8 。 endm=c。m=2*m-1。 %調(diào)制 % 無信道編碼c1=c. 。 c7=c。c1=reshape(c1,4,800 。 c1=c1. 。 %c1=800*4,前兩行對應(yīng) c 第一行 c2=encode(c1,7 ,4,hamming/binary。 %(7,4hamming

19、信道編碼 800*7c3=encode(c7,15,8,cyclic/binary。%(15,8循環(huán)碼編碼tx1=2*c2-1 。tx2=2*c3-1 。%2ASK BNR調(diào)Z 制 errorbit=0 。dB=-25:5:25for q=1:11biterrors=0。biterrors1=0 。 biterrors2=0 。r1=10.(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*8rx1=tx1+sigma*randn(800,7 。rx2=tx2+