PCM通信系统性能分析MATLAB仿真

1、淮海工学院课程设计报告书课程名称：通信系统的计算机仿真设计题目：PCM通信系统的性能分析与MATLAB仿真系院）:电子项目学院学期：10-11-2专业班级：通信项目082姓名：刘怀玉学号：0408221081绪目录1绪论21.1研究背景与研究意义21.2课程设计的目的和任务22 PCM通信系统22.1蒙特卡罗模型通信系统基本模型22.2 PCM通信系统的主要性能指标33 PCM通信系统主要模块33.1信号源33.2抽样33.3量化33.4信道编码43.4.1无信道编码43.4.2汉明编码43.4.3循环编码43.5调制43.6加入高斯加性白噪声并解调判决和译码53.7计算误码率54 PCM通信

2、系统仿真图和结果分析54.1 PCM通信系统的仿真图64.2结果分析75参考文献76附录1绪论1.1研究背景与研究意义实验在高等学校的人才培养过程中起着非常重要的作用。实验的创新,必须“四个有利于”出发:有利于激发学生对实验的学习兴趣和积极性,有利于提高学生理论联系实际的实践性,有利于引导学生培养科学的工作和学习作风及创新能力,有利于促进学生对整个学科体系全面而又深入的理解。大多数传统实验是硬件实验,即采用由元件、电路等硬代替实际应用的设备、系统,具有真实、直观、形象等特点,学生易于理解和操作,但它需要较大的资金投入和较大的实验场所,且不能及时跟随现代科学技术理论的快速发展而创新,特别是通信等

3、方面的专业实验教案设备。在实验的过程中,实验手段是关键,它直接影响到实验的质量、学生的学习兴趣和学习效果。实验手段要充分利用现代化手段,如电化、计算机辅助、计算机仿真等手段,特别是利用计算机进行实验仿真。计算机仿真实验。1.2课程设计的目的和任务1课程设计的目的：本次课程设计是根据“通信项目专业培养计划”要求而制定的。通信系统的计算机仿真设计课程设计是通信项目专业的学生在学完通信项目专业基础课、通信项目专业主干课及科学计算与仿真专业课后进行的综合性课程设计。其目的在于使学生在课程设计过程中能够理论联系实际，在实践中充分利用所学理论知识分析和研究设计过程中出现的各类技术问题，巩固和扩大所学知识面

4、，为以后走向工作岗位进行设计打下一定的基础。2课程设计的任务：<1）掌握一般通信系统设计的过程、步骤、要求、工作内容及设计方法；掌握用计算机仿真通信系统的方法。<2）训练学生网络设计能力。<3）训练学生综合运用专业知识的能力，提高学生进行通信项目设计的能力。2 PCM通信系统2.1蒙特卡罗模型通信系统基本模型仿真基本框图如下：噪声2.1.1脉冲编码基本原理脉冲编码调制就是把一个时间连续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字信号后在信道中传输。对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程。将模拟信号离散化，即对模拟信号按一定的时间间隔进行抽样；然后再将无限个可能的

5、抽样值不是指抽样点的个数，而是每个抽样点的可能取值）变成有限个可能取值，我们称之为量化；最后对量化后的抽样值用二进制或多进制）码元进行编码，就可得到所需要的数字信号。所谓编码就是用一组符号码组）取代或表示另外一组符号码组或数字）的过程。这种将模拟信号经过抽样、量化、编码三个处理步骤变成数字信号的A/D转换方式称为脉冲编码调制（PCM,PulseCodeModulation）。PCM传输系统图如图1。图1PCM传输系统2.2PCM通信系统的主要性能指标信噪比范围在-25dB25dB之间，抽样频率为8000Hz,抽样点数为4003 PCM通信系统主要模块PCM通信系统的主要模块为信号源，抽样，量化

6、，信道编码，调制，加入高斯加性白噪声并解调判决和译码，计算误码率。3.1 信号源本实验采用正弦信号，幅度为2048，即S=2048*sin(w*t。3.2 抽样(a抽样所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。本实验中所选抽样周期ts=0.000125s，抽取300个样值，抽样后画出其时域上的图形，然后进行离散傅里叶变换得到其频谱图。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('时间。title('原信号波形。axis(-0.0050subplot(2,1,2。plot(f,abs(fftshift(n。axis(-l000,l000,0,60。xlabel('频率。ylabel('幅频。title('原信号频谱。3.3 量化(b量

8、化从数学上来看，量化就是把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。模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。因为均匀量化存在的主要缺点是：无论抽样值大小如何，量化噪声的均方根值都固定不变。因此，当信号I较小时，则信号量化噪声功率比也就很小，这样，对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。通常，把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围，可见，均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。为了克服这个缺点，实际中，往往采用非均匀量化。非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的优点

9、。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度实际中常常是这样)时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。采用不均匀量化，本实验采用13折线法，主要MATLAB实现程序如下：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 信道编码(c>编码所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。编码的实现是由编码器完成的。在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。图2为逐次反馈型编码器。bl极

13、性判断-Al!>b2b3t4b5bb6bTt8A本地译码<1-II图2编码器在相同信噪比的情况下分别进行三种不同的信道编码，分别是无信道编码，汉明编码和循环编码。3.4.1无信道编码基带波形采用双极性不归零波形，不对信道进行编码。3.4.2汉明编码对信道进行汉明编码，其程序如下：cl=c.。c7=c。cl二reshape(cl,4,800>。cl二cl.'。cl=800*4,前两行对应c第一行c2二encode(cl,7,4,'hamming/binary'>。3.4.3循环编码对信道进行循环编码，其程序如下：c3二encode(c7,15,8,

14、'cyclic/binary'>。(15,8>循环码编码3.5调制无信道编码，汉明编码和循环编码均采用2ASK进行调制。3.6加入高斯加性白噪声并解调判决和译码在相同条件下分别加入高斯加性白噪声，信噪比范围在-25dB25dB之间，步长为5dB，然后在接受端进行相应的解调并经行判决和译码，如果所得值大于0则判为1,小于0判为0。主要MATLAB实现程序如下：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>。加噪声rx1(find(rx1>=0>>=1。rx1(find(rx1<0>>=0。判决，解调rx2(find(rx2>=0>>=1。rx2(find(rx2<0>>=0。c22二decod

16、e(rxl,7,4,'hamming/binary'。hamming信道译码800*4c33二decode(rx2,15,&'cyclic/binary'。循环译码3.7计算误码率依次改变信噪比，得到在特定信噪比下的误码率。信噪比范围在-25dB25dB之间，步长为5dB。根据得到的误码率数据，绘出误码率一信噪比曲线图，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。统计错误errorbit(q=biterrors1/(400*8。errorbit2(q二biterrors2/(400*8。误码率end4 PCM通信系统仿真图和结果分析对PCM通信系统进行仿真，得到抽样信号时域图及频谱图，三种情况下的误码率一信噪比曲线图，2ASK的星座图。4.1 PCM通信系统的仿真图原信号漩形20001000It6-1000-3-223-2000-5-10时间原信号頻语x10'340=2060

18、2DD图一抽样信号时域图及频谱图-!-6DD-400-2DDT“mo无彳言道编疗马:血汉明+-环码2016B52DT图二误码率一信噪比曲线图-6O-252-图三2ASK的星座图4.2结果分析从图二中可以得出在其他条件相同时同一信道编码条件下不同信噪比时所得的误码率不一样，且信噪比越高所得到的误码率越小，；在同一信噪比条件下不同的信道编码所得到的误码率也不一样，其中汉明编码对应的误码率最小，循环编码的误码率次之，无信道编码时对应的误码率最大，从表一中可以清楚的得出如上结论，表一如下：信道编码方式信噪比(db><)-20-15-10-50无信道编码048560.48720.46440.

19、44250.4188循环编码0.45120.42750.36530.24630.0553汉明编码0.44180.41470.33220.20520.0338表一不同信噪比时的误码率5参考文献1赵静基于MATLAB的通信系统仿真北京：北京航空航天大学出版社，20072樊昌信，曹丽娜通信原理北京：国防工业出版社，20183王华.MATLAB电子仿真与应有教程北京：国防工业出版社，20184王世一数字信号处理北京：北京理工大学出版社，20185邓华.MATLAB通信仿真及应用实例详解北京:人民邮电出版社，20066孙祥.MATLAB7.0基础教程.北京：清华大学出版社，20056附录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('时间>。title('原信号波形>。axis(-0.0050gt;。subplot(2,1,2>。plot(f,abs(fftshift(n>>

21、;>。axis(-l000,l000,0,60>。xlabel('频率>。ylabel('幅频>。title('原信号频谱>。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。调制无信道编码cl=c.。c7=c。cl二reshape(cl,4,800>。cl二cl.'。cl=800*4,前两行对应c第一行c2二encode(cl,7,4,'hamming/binary'>。(7,4>hamming信道编码800*7c3二encode(c7,15,&'cyclic/binary'。(15,8>循环码编码tx1=2*c2-1。tx2=2*c3T。2ASKBNRZ调制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