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專業(yè)班級(jí)：通信項(xiàng)目082姓名：劉懷玉學(xué) 號(hào)：0408221081 緒評(píng)語:成績(jī):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(hào)源 33.2 抽樣 33.3 量化 33.4 信道編43.4.1 無信道編碼 43.4.2 漢明編碼 43.4.3 循環(huán)

2、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) 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)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、形象等特點(diǎn)，學(xué)生易

3、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

4、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(shí)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(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)行周期性掃描，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)過抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號(hào)中所有信息，也就是說能無失真的恢復(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 3

5、00 個(gè)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/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 。subplo

6、t(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)上來看，量化就是把一個(gè)連續(xù)幅度值的無限數(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。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(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，均勻量化時(shí)的

7、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?。环粗炕g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(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。elseif(y=16&yc(2=0。c(3=0。c(4=1。step=1。st=16。elseif(y=32 &yc(2=0。c(3=1 o

8、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 。endif(yt=floor(y-st/step 。 p=dec2bin(t,4-48 。c(5:8=p(1:4。elsestep=4 。 st=64 。 step=8。 st=128。 step= 1 6 。 st=

9、256 。 step=32。 st=512。step=64。 st=1024。c(5:8=1 1 1 1end3.4 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，其相反的過程稱為譯碼。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(jié)為三類：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。極性判斷捕祥燥持L龍

10、器b2b3b4b5bb6b7b8本地譯碼圖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。341無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。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。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)制無信道編碼，漢明編碼和循環(huán)編碼

11、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 。r

12、x仁 tx1+sigma*ra ndn(800,7。rx2=tx2+sigma*randn(400,15。加噪聲r(shí)x1(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。 %hammin信道譯碼 800*4c33=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圖，主

13、要MATLAB?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end4 PCM通信系統(tǒng)仿真圖和結(jié)果分析對(duì)PCM

14、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 率信噪比曲線圖，2ASK勺星座圖。4.1 PCM通信系統(tǒng)的仿真圖莓9?2236020101D申1D25510152025dB1nSF%原信號(hào)液形20001000-1000-2000 L-5-1 0 1 時(shí)間 原信號(hào)頻譜圖二誤碼率一信噪比曲線圖圖一抽樣信號(hào)時(shí)域圖及頻譜圖4006D0800 1000-1000 -BOO -E00-400-2000200頻率無信道編碼: -Q- b叔餌1 -. r* 環(huán)碼圖三 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

15、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(dbclear 。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(

16、 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=1:400y=s2(i。d=0 0 0 0 0 0 0 0 if(y0d(1=1 。 elsed(1=0 。endy=abs(y 。if(y=0&yd(2=0 。 d(3=0。 d(4=0。elseif(y=16&yd(2=0

17、。 d(3=0。 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

18、。 st=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 。 c仁c1. 。 %c1=800*4前兩行對(duì)應(yīng) c 第一行c2=encode(c1,7 ,4,hamming/binary。 %(7,4hammin

19、g信道編碼 800*7c3=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=-25:5:25for q=1:11biterrors=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*8rx1=tx1+sigma*randn(800,7 。