基于MATLAB的数字通信仿真PCM仿真

1、 分类号 编号 毕 业 论 文（设 计）基于MATLAB的数字通信仿真 Digital Communication Simulation Based On The MATLAB 申请学位： 工学学士学位 院 系： 光电信息科学技术学院 专 业： 通信工程 姓 名： 学 号： 指导老师： 2012年5月20日XX大学 基于MATLAB的数字通信仿真姓 名： 导 师： 2012年5月20日XX大学 摘要 现在数字通信发展迅速，而在现实生活中，多数信源源本都是模拟的，本文主要讨论的就是如何将模拟信号数字化的这个过程既PCM传输系统进行仿真。包括抽样，量化，编码几个部分。将对整个过程中的信号变换做详细

2、的分析，并提供方仿真波形图。利用Matlab仿真软件，完成一个基本的数字通信系统。脉冲编码调制（PCM）是现代语音通信中数字化的重要编码方式。学习通过利用计算机建立通信系统模型的基本方法和基本技能，学习会利用仿真的手段对通信系统的基本理论和基本算法进行验证。学习现有流行的通信系统仿真软件的基本使用方法，利用Matlab软件解决通信中存在的问题。关键词 PCM；Matlab；仿真 Abstract Now the digital communication development is rapid, and in real life, most believe this is the strea

3、m simulation, this paper mainly discusses how to analog signal digital this process is PCM transmission system was simulated. Including sampling, quantification, coding several parts. Will the whole process of the signal transformation for detailed analysis, and the supplier simulation waveform figu

4、re. Use of Matlab simulation software to a basic digital communication system. Pulse code modulation (PCM) is the modern voice communication in the important digital coding way. Learning by using a computer model established communication system the basic method and the basic skills, learning, using

5、 simulation method for communication system of basic theory and basic algorithm is verified. Learning the existing popular communication system simulation software。Key words PCM； Matlab；the simulationXX大学毕业论文（设计）目 录1 绪论11.1 PCM技术的产生和发展11.2 设计要求11.3 课题目标及内容21.3.1 论文课题目标21.3.2 论文主要内容22 MATLAB工具介绍32.1

6、MATLAB简介32.2 MATLAB的功能和特点33 PCM基本原理43.1 抽样43.2 量化43.3 编码63.4 时分多路复用84 系统设计104.1 通信系统的原理104.2 所设计子系统的原理114.3 详细设计与编码114.3.1 设计方案114.3.2 编码与测试124.3 .3 运行结果与分析13结束语18致谢19参考文献20附录21281 绪论数字通信系统己经成为现今通信发展的方向，但是经过传感器的转换以后自然界中的很多信息，大多数依旧为模拟量，PCM(脉冲编码调制)它是一种调制方式就是把模拟信号转换作数字信号。重点运用在语音传输，并且在数字微波通信、卫星通信、光纤通信当中

7、得到了广阔的运用，通过凭借MATLAB软件，能够更便捷、直接的来仿真与计算。因此可以通过运行出的结果，分析系统特性。MATLAB是美国Math Works公司开发的一套面向理论分析研究和工程设计处理的系统仿真软件。MATLAB具有强大的图形处理的能力，功能强大的数值运算功能 ，丰富的工具箱，高级且简单的程序环境。它被广泛应用在通信仿真中。1.1 PCM技术的产生和发展脉冲编码调制，是由A.里弗斯在1937年提出的，这一概念为数字通信奠定了基础1。光纤通信系统中，光纤中传送的是“0码”和“1码”二进制光脉冲。而数字信号是需要对持续不断变化的模拟的信号进行抽样、量化和编码所得出来的，称为PCM1。

8、此电的数字信号可被称作数字基带信号，通过 PCM电端机所产生的，现在的数字传输系统都是采用脉冲编码调制体制。PCM最初并非传输计算机数据用的，而是使交换机之间有一条中继线不是只传送一条电话信号。PCM有两种标准（表现形式）即T1和E1。中国采用的是欧洲的E1标准2。T1的速率是1.544Mbit/s，E1的速率是2.048Mbit/s。脉冲编码调制是七十年代末期发展起来的，记录媒体的CD之一，在八十年代初期由索尼同飞利浦公司联合推出。脉冲编码调制所具有的音频格式同样是被DVD-A所采用的，他支持5.1环绕声与立体声，被DVD讨论会发布且推出在1999年。脉冲编码调制的比特率，从14-bit一直

9、发展直到24-bit；采样的频率也从44.1kHz一直发展达到192kHz3。PCM脉冲编码调制此技术能够提高和改善的部分却一直在变小。仅是单纯的提增PCM脉冲编码调制采样率以及比特率，不能彻底的改换它的根基问题。它的原因是PCM主要的问题所在为：任何的脉冲编码调制数字音频系统必须要在它的输入端置设可以快速降升的滤波器，仅仅让20Hz-22.05Hz的频率通过（22.05kHz是由CD44.1kHz频率的一半所确定的）。录音的时候采用串联抽选或多级数字滤波器（降低采样频率），在重放的时候采纳用有多级内插的数字滤波器（提升采样的频率）8，二者加入重复定量噪声可以控制小信号编码的时候的失真。以此限

10、制了在音频还原时候脉冲编码调制技术的保真度。1.2 设计要求（1）自己要独立完成题目内容。（2）对通信系统有整体且深入的理解，深入理解自己需要仿真部分的原理的基础内容，画出相互对应的通信子系统的原理框图。（3）提出仿真的方案；（4）独立的完成仿真软件的编制；（5）演示仿真软件；1.3 课题目标及内容1.3.1 论文课题目标（1）培养我综合运用多门课程知识的能力。（2）培养我熟练掌握MATLAB，运用此MATLAB软件工具进行通信系统仿真的能力。（3）培养我发现问题，解决问题，查阅资料解决问题的能力。（4）加强我对通信系统各个不同方面的理解。（5）培养我们系统设计和系统开发的良好的思想。1.3.

11、2 论文主要内容本课题是基于MATLAB的通信系统仿真 PCM系统仿真, 用Matlab软件仿真来实现PCM的编码过程并得出相应的图形。2 MATLAB工具介绍2.1 MATLAB简介Matlab是由美国的mathworks公司出品的一款商业性数学软件4。可用于数据的可视化、算法的开发、数值的计算和数据分析的交互式的环境和高级的技术计算语言。其主要包括SIMULINK与MATLAB两大部分。其把科学数据可视化、数值计算，数值分析，矩阵计算，及其非线性动态系统的仿真与建模等众多的高级的功用统一于一个比较容易使用地视窗环境当中，它代表了当今的国际科学计算软件的先进水平。三大数学软件包括MATLAB

12、和MATHEMATICA、MAPLE。MATLAB能够进行绘制函数与数据、运算矩阵、用户界面的创建、算法的实现、matlab的开发工作界面连到其它编程语言程序等等。它重点运用在控制设计、工程的计算、金融建模分析和设计、检测信号、处理图像、信号通讯和处理等方面。2.2 MATLAB的功能和特点我这次所要选用的软件是MATLAB，因为这款软件的功能很是强大，学习起来也很方便，仿真也比较容易实现。MATLAB具有以下六个特点：（1）较高的编程效率（2）MATLAB把连接、编辑、编译及其执行融合为一体。可以使用户方便的使用。（3）具有很强扩充能力，数学运算可以直接调用丰富得库函数用户文件也能调用当做库

13、函数。（4）matlab的语句很简单，内涵也是十分的丰富（5）在matlab中矩阵和数组运算是十分高效十分方便的（6）有一系列绘图命令可调用，能够更加方便的进行绘图，自变量可调。最主要的是MATLAB软件学习起来方便容易，以前有学习C、VB语言的基础，MATLAB与C、VB语言有类似之处，编程流程大概差不多，但要注意的是MATLAB与C、VB语言在程序代码上也有细微的差别，MATLAB是一种解释性的语言，在写程序代码时相对容易方便些，与C、VB语言相比较来说它的运算速度慢，但是它功能强大。3 PCM基本原理脉冲编码调制（PCM）简称脉码调制，它是一种用二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而

14、实现通信的方式。因为此种通信方式抗干扰能力强，因此在光钎通信、数字微波通信、卫星通信中均获得了极为广泛的运用1。PCM信号的形成是模拟信号经过“抽样、量化、编码”三个步骤实现的。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。根据CCITT的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A律和律方式，我国采用了A律方式，由于A律压缩实现复杂，常使用 13 折线法编码2。3.1 抽样抽样，即是对模拟的信号所进行的周期性的扫描，将在时间上连续的信号变为在时间上离散的信号1。这个模拟信号经过抽样以后还应要包含原有信号当中所有信息，也就是说能够无失真的恢复原有模拟信号。

15、抽样定理可确定其抽样速率下限。于一个频带限制在(0，fh )内的时间连续信号f(t)，若以1/2 fh的时间间隔对它进行抽样，以此能完全恢复有原信号依靠这些个抽样值。也就是说，要是一个连续信号f(t)的频谱当中其最高的频率不大于fh，在抽样的频率fs2fh时候，原有连续的所有信息也就包含于抽样后的信号1。这就是抽样定理。3.2 量化从数学上来看，量化是将一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合5。像图 3.1所展现出来的量化器Q传输出来M个量化的值yk，k=1，2，3，M。yk常被称作量化电平或者是重建电平。在量化器所要输进去的信号的幅度值x落在xk和xk+1当中的时候，量化

16、器就传送输出的电平是yk。此量化过程就可写成表达式为： Y=Q(x)=QXkx0)&(x(i)=1/64)&(x(i)=1/32)&(x(i)=1/16)&(x(i)=1/8)&(x(i)=1/4)&(x(i)=1/2)&(x(i)=1) y(i)=1/4*x(i)+3/4; end; end; end; end; end; end; end;end;y1=z.*y;end此子函数的功能是将抽样后得到的值用13折线转换成对应的值。子函数2：function bit=bianma(y4,n)m=2/n;for i=1:n+1 q(i)=min(y4)+(i-1)*m;end%量化过程 t=len

17、gth(q); ttt=; %存放将抽样信号量化后的值 tt=; e=1; tt(1)=-1; for x=2:length(q) tt(x)=(q(x-1)+q(x)/2; %存放第几个电平段的电平值 end tt=tt,max(y4); b_duan=; %存放电平段for x=1:length(y4) if y4(x)=q(t) b_duan(x)=length(tt); else if y4(x)=min(q) b_duan(x)=1; else for y=1:t-1 if (q(y)=y4(x)& (y4(x)(1/4) ss(i-tt/2+1):(i+tt/2)=zeros (

18、1,3000); bit1=bit1,0; else ss(i-tt/2+1):(i+tt/2)=ones ( 1,3000); bit1=bit1,1; endendfigureplot (t,ss,r-);axis( 0,Ts*(L+1), -1/2,3/2 );title ( 信道译码信号 );gridbb=; U1=rem(length(bit1),7); l=length(bit1);sheng1=bit1(length(bit1)-U1+1:bit1(length(bit1);bit1(l-U1+1:bit1(l)=;bb=xianxiyima(bit1); %线性分组码译码;bb

19、=bb,sheng1;此函数的功能是将信源编码后的0、1序列再经过信道编码（7，4）线性分组码编码，将信道编码后的信号进行BPSK调制，由于考虑到在信道中传输是会有噪声的影响，所以在仿真时我人为的加入一定的噪声。在接收端进行相干解调，用一个与调制信号同频的信号与接收到的信号（加入噪声后的已调信号）相乘，再用一个数字滤波器进行滤波，去掉了信号中的高频成份和噪声，取出直流分量，得到方波信号，对这个信号进行抽样判决将其转换成0、1比特流后，再经过信道译码。子函数5：function a3=yima(y,n)m=2/n;for i=1:n+1 q(i)=(-1)+(i-1)*m;end tt=; tt

20、(1)=-1; for x=2:length(q) tt(x)=(q(x-1)+q(x)/2; %存放第几个电平段的电平值 end tt=tt,1;nu=ceil(log2(n);decode=;for i=1:length(y)/(nu+1) decode(i,1:(nu+1)=y(i-1)*(nu+1) + 1 : i*(nu+1);endab= ; % 存放的十进制数，到tt中去找对应值 w,z=size(decode); for j=1:w L=nu; value=0; for i=0:L value=decode(j,i+1)*(2(L-i)+ value; end ab(j)=value; end decode; w; a3= ; % 存放信源译码值 for i=1:w a3(i)=tt(ab(i); end此函数的功能是将接收到的0、1比特流分为八位二进制一组一组的，再将每八位二进制转换为十进制数，再到每段中去寻到与发关端有相同约定段号值。即可恢复原信号的量化值。子函数6：function y5=Ayi(y,A)for i=1:length(y)if(abs(y(i)=0)&(abs(y(i)=(1/(