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PCMi!信系統(tǒng)的性能分析與 MATLA筋真 系v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： 040822108 1 緒 評語: 成績: 簽名: 日期: 目錄 1 緒論 . 2 1.1 研究背景與研究意義 . 2 1.2 課程設計的目的和任務 .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 . 3 3.1 信號源 . 3 3.2 抽樣 . 3 3.3 量化 . 3 3.4 信 道

2、編 . 4 3.4.1 無信道編碼 . 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 . 71 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)

3、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(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) 實驗教案設備。在實驗的過程中，實驗手段是關(guān)鍵，它直接影響到實驗的質(zhì)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

4、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(shù)問題，鞏固和擴大所學知識面，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(nèi)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。 3.2 抽樣 (a 抽樣 所謂抽樣，就是對模擬信號進行周期性掃

5、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(jīng)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 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

7、。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。首先，當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(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

10、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。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，不對信道進行編碼。 3.4.2

11、漢明編碼 對信道進行漢明編碼，其程序如下： c1=c. o c7=c。 c1= reshape(c1,4,800。c1= c1.。c1=800*4 前兩行對應 c 第一行 c2=e ncode(c1,7 ,4,hammi ng/bi nary 。 3.4.3 循環(huán)編碼 對信道進行循環(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 5d

12、B,然后在接受端進行相應的解調(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)計錯誤 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 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 ? 2 2 3 60 20 10 1D 申 1D 25 5 10 15 20 25 dB 1nS F % 原信號液形 2000 1000 -1000 -2000 L -5 -1 0 1 時間 原信號頻譜 圖一抽樣信號時域圖及頻譜圖 400 6D0 800 1000 -1000 -BOO -E00 -400 -200 0 200 頻率 無信道編碼: -Q- b叔餌 1 -. r* 環(huán)碼 圖二誤碼率一信噪比曲線圖 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(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 。 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 % 無信道編碼 c1=c. 。 c7=c。 c1=reshape(c1,4,800 。 c 仁 c1. 。 %c1=800*4 前兩行對應 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