課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū) 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）： 學(xué) 期： 專業(yè)班級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 評(píng)語(yǔ)：成績(jī)：簽名：日期：PCM通信系統(tǒng)的性能分析與MATLAB仿真1 緒論1.1 研究背景與研究意義 數(shù)字通信系統(tǒng)已成為當(dāng)今通信的發(fā)展方向，然而自然界的許多信息通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換后，絕大部分是模擬量，脈沖編碼調(diào)制（PCM）是把模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的一種調(diào)制方式，主要用于語(yǔ)音傳輸，在光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信中得到廣泛的應(yīng)用1.2 課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù) 課程設(shè)計(jì)的目的在于使學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)程中出現(xiàn)的各類技術(shù)問(wèn)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)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是：（1）掌握一般通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)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)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力，提高進(jìn)行通信工程設(shè)計(jì)的能力1.3 可行性分析數(shù)字通信系統(tǒng)中，脈沖編碼調(diào)制（PCM）把模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，借助于MATLAB軟件，可以直觀、方便地進(jìn)行計(jì)算和仿真因此可以通過(guò)運(yùn)行結(jié)果，分析系統(tǒng)特性通過(guò)模擬信源產(chǎn)生正弦信號(hào)，經(jīng)過(guò)抽樣、量化、編碼，然后調(diào)制后在信道中傳輸，加入高斯加性白噪聲，之后進(jìn)行解調(diào)及譯碼整個(gè)過(guò)程均可通過(guò)MATLAB仿真系統(tǒng)模擬出來(lái)，進(jìn)而可在接收端，將得到的數(shù)據(jù)與原始信號(hào)源數(shù)據(jù)比較，得到在特定信噪比下的誤碼率故該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是可行的2 PCM通信系統(tǒng) 2.1 PCM通信系統(tǒng)基本模型 本次課程設(shè)計(jì)應(yīng)用Matlab進(jìn)行仿真，仿真采用蒙特卡羅模型仿真基本框圖如下： PCM系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示，模擬信號(hào)m(t)經(jīng)抽樣、量化、編碼后變換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)信道傳送到接收端的譯碼器，由譯碼器還原出抽樣值其中：信號(hào)源：模擬的正弦波語(yǔ)音信號(hào)抽樣：低通連續(xù)信號(hào)采樣，繪出信號(hào)時(shí)、頻域圖形。

量化：非均勻量化，給出編碼器的輸出碼組序列編碼：實(shí)現(xiàn)A率PCM編碼信道：信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后，通過(guò)信道信道選擇高斯加性白噪聲信道解調(diào)：根據(jù)調(diào)制方式，選擇相應(yīng)的解調(diào)方式譯碼：根據(jù)信道編碼方式，選擇對(duì)應(yīng)的信道解碼方式性能分析：信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制、信道、解調(diào)過(guò)程在接收端，將得到的數(shù)據(jù)與原始信號(hào)源數(shù)據(jù)比較，得到在特定信噪比下的誤碼率改變系統(tǒng)信噪比，從而得到系統(tǒng)的誤碼率曲線圖，并給出各關(guān)鍵點(diǎn)信號(hào)圖與星座圖2.2 PCM通信系統(tǒng)的性能指標(biāo) (1)有效性指標(biāo)有效性指標(biāo)具體包括以下三項(xiàng)內(nèi)容 ①信息傳輸速率(R) 信息傳輸速率簡(jiǎn)稱傳信率，也叫數(shù)碼率它的定義是：每秒所傳輸?shù)男畔⒘啃畔鬏斔俾识x：一秒所傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元數(shù)，其單位為bit／s②符號(hào)速率(N) 符號(hào)速率也叫碼元速率，它的定義是：1秒所傳輸?shù)拇a元數(shù)目(這里的碼元可以是多進(jìn)制的，也可以是二進(jìn)制的)，其單位為“波特”(Bd)③頻帶利用率 真正用來(lái)衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率的指標(biāo)(有效性)應(yīng)當(dāng)是單位頻帶內(nèi)的傳輸速率2)可靠性指標(biāo)反映數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的主要指標(biāo)是誤碼率誤碼率的定義為：在傳輸過(guò)程中發(fā)生誤碼的碼元個(gè)數(shù)與傳輸?shù)目偞a元之比3 PCM通信系統(tǒng)主要模塊 3.1 信源/信宿及其編譯碼 信源:被變換成原始電信號(hào)的原始信息。

常見(jiàn)的信源有產(chǎn)生模擬信號(hào)的電話機(jī)、話筒、攝像機(jī)和輸出數(shù)字信號(hào)的電子計(jì)算機(jī)、各種數(shù)字終端設(shè)備等 y=4sin(2f) f=800Hz信宿：接收信息的人或各種終端設(shè)備信源編碼：把模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，即完成模數(shù)變換的任務(wù)如果信源產(chǎn)生的已經(jīng)是數(shù)字信號(hào)，可省去信源編碼部分本設(shè)計(jì)中使用編譯碼使用（7,4）漢明碼及（14,8）循環(huán)碼3.2 基帶信號(hào)處理 基帶信號(hào)是指沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制的原始信號(hào)，其特點(diǎn)是頻率較低，具有低通形式信道編碼：完成自動(dòng)檢錯(cuò)或糾錯(cuò)功能傳輸過(guò)程中由于信道中存在噪聲干擾，使得傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)產(chǎn)生差錯(cuò)——誤碼為了在接收端能自動(dòng)進(jìn)行檢錯(cuò)或糾正差錯(cuò)，在信源編碼后的信息碼元中，按一定的規(guī)律，附加一些監(jiān)督碼元，形成新的數(shù)字信號(hào)接收端可按數(shù)字信號(hào)的規(guī)律性來(lái)檢查接收信號(hào)是否有差錯(cuò)或糾正錯(cuò)碼3.3 調(diào)制/解調(diào) 調(diào)制：將基帶數(shù)字信號(hào)搬移到適合于信道傳輸?shù)念l帶上將基帶數(shù)字信號(hào)直接送到信道傳輸?shù)姆绞椒Q為基帶傳輸；將基帶數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后再送到信道傳輸?shù)姆绞椒Q為頻帶傳輸解調(diào)是從攜帶消息的已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)消息的過(guò)程在各種信息傳輸或處理系統(tǒng)中，發(fā)送端用所欲傳送的消息對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生攜帶這一消息的信號(hào)接收端必須恢復(fù)所傳送的消息才能加以利用，這就是解調(diào)。

3.4 信道信道：是指?jìng)鬏斝盘?hào)的通道根據(jù)傳輸媒介可分為有線信道(明線、電纜、光纜信道)與無(wú)線信道(短波電離層傳播、微波視距傳播、衛(wèi)星中繼信道)3.5 量化 量化過(guò)程就是把在輸入端連續(xù)變化的無(wú)限種幅度的模擬量變成在輸出端的有限種幅度的模擬量利用預(yù)先規(guī)定的有限個(gè)電平來(lái)表示模擬抽樣值的過(guò)程稱為量化抽樣把一個(gè)時(shí)間連續(xù)信號(hào)變換成時(shí)間離散的信號(hào)，但在幅度上仍然是連續(xù)的，因此仍屬模擬信號(hào)而量化則是將取值連續(xù)的抽樣變成取值離散的抽樣量化后的抽樣值稱為量化值，也叫量化電平；量化值的個(gè)數(shù)稱為量化級(jí)；相鄰兩個(gè)量化值之差稱為量化間隔實(shí)際中，壓縮律通常采用13折線來(lái)近似，13折線法如圖2所示，圖中先把軸的[0,1]區(qū)間分為8個(gè)不均勻段圖2 13 折線圖 表1 13折線表段落12345678斜率161684211/21/4　　從表1中可以看出，除一、二段外，其他各段折線的斜率都不相同圖2中只畫(huà)出了第一象限的壓縮特性，第三象限的壓縮特性的形狀與第一象限的壓縮特性的形狀相同，且它們以原點(diǎn)為奇對(duì)稱，所以負(fù)方向也有八段直線，總共有16個(gè)線段但由于正向一、二兩段和負(fù)向一、二兩段的斜率相同，所以這四段實(shí)際上為一條直線，因此，正、負(fù)雙向的折線總共由13條直線段構(gòu)成，這就是13折線的由來(lái)。

其具體分法如下:將區(qū)間[0，1]一分為二，其中點(diǎn)為1/2,取區(qū)間[1/2,1]作為第八段;將剩下的區(qū)間[0,1/2]再一分為二，其中點(diǎn)為1/4,取區(qū)間[1/4,1/2]作為第七段;將剩下的區(qū)間[0,1/4]再一分為二，其中點(diǎn)為1/8,取區(qū)間[1/8,1/4]作為第六段;將剩下的區(qū)間[0,1/8]再一分為二，其中點(diǎn)為1/16,取區(qū)間[1/16,1/8]作為第五段;將剩下的區(qū)間[0,1/16]再一分為二，其中點(diǎn)為1/32,取區(qū)間[1/32,1/16]作為第四段; 將剩下的區(qū)間[0,1/32]再一分為二，其中點(diǎn)為1/64,取區(qū)間[1/64,1/32]作為第三段;將剩下的區(qū)間[0,1/64]再一分為二，其中點(diǎn)為1/128,取區(qū)間[1/128,1/64]作為第二段;最后剩下的區(qū)間[0,1/128]作為第一段　　然后將軸的[0,1]區(qū)間均勻地分成八段，從第一段到第八段分別為[0,1/8],(1/8,2/8],(2/8,3/8],(3/8,4/8],(4/8,5/8],(5/8,6/8],(6/8,7/8],(7/8,1]分別與軸的八段一一對(duì)應(yīng)4 PCM通信系統(tǒng)的MATLAB仿真 4.1 MATLAB主要模塊及設(shè)置4.1.1 模擬信號(hào)的抽樣 抽樣定理：傳送限帶連續(xù)信號(hào)時(shí)，只要傳送信號(hào)的單個(gè)抽樣值（脈沖）的序列就足夠了。

這些抽樣值的幅度等于連續(xù)信號(hào)在該時(shí)刻的瞬時(shí)值，而重復(fù)頻率至少等于所傳交流信號(hào)的2倍通常的通話頻帶的帶寬是4kHz(話音頻帶規(guī)定為300～3400Hz)因此抽樣頻率取在8000Hz就足夠了本設(shè)計(jì)中采用8000Hz的抽樣頻率4.1.2 量化與編碼把量化后的信號(hào)電平值轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制碼組的過(guò)程稱為編碼量化與編碼的組合稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器二進(jìn)制碼具有抗干擾能力強(qiáng)，易于產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)，且為了保證通信質(zhì)量，目前國(guó)際上采用8位二進(jìn)制碼的PCM系統(tǒng)循環(huán)碼是線性分組碼的一個(gè)重要子集，是目前研究得最成熟的一類碼它有許多特殊的代數(shù)性質(zhì)，這些性質(zhì)有助于按所要求的糾錯(cuò)能力系統(tǒng)地構(gòu)造這類碼，且易于實(shí)現(xiàn)；同時(shí)循環(huán)碼的性能也較好，具有較強(qiáng)的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力 在編碼時(shí)，首先需要根據(jù)給定循環(huán)碼的參數(shù)確定生成多項(xiàng)式g(x)，也就是從的因子中選一個(gè)（n-k）次多項(xiàng)式作為g(x)；然后，利用循環(huán)碼的編碼特點(diǎn)，即所有循環(huán)碼多項(xiàng)式A(x)都可以被g(x)整除，來(lái)定義生成多項(xiàng)式g(x) 根據(jù)上述原理可以得到一個(gè)較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)：設(shè)要產(chǎn)生（n,k）循環(huán)碼，m(x)表示信息多項(xiàng)式，循環(huán)碼編碼方法則其次數(shù)必小于k，而·m(x)的次數(shù)必小n，用·m(x)除以g(x)，可得余數(shù)r(x)，r(x)的次數(shù)必小于（n-k），將r(x)加到信息位后作監(jiān)督位，就得到了系統(tǒng)循環(huán)碼。

漢明編碼能夠糾正單個(gè)錯(cuò)誤的線性分組碼它有以下特點(diǎn)：碼長(zhǎng) 最小碼距d=3信息碼位 糾錯(cuò)能力t=1監(jiān)督碼位 這里m位的正整數(shù)，給定m行，既可構(gòu)造出具體的漢明碼 漢明碼的監(jiān)督矩陣有n列m行，它的n列分別有除了全0之外的m位編碼組構(gòu)成，每個(gè)碼組只在某列中出現(xiàn)一次系統(tǒng)中的監(jiān)督矩陣如下圖所示： 相應(yīng)的生成矩陣為： 4.2 PCM通信系統(tǒng)的仿真圖和結(jié)果分析 圖3抽樣信號(hào)圖4信源信號(hào)圖5 時(shí)域已抽樣信號(hào)圖圖6 已抽樣信號(hào)頻譜圖7 有無(wú)信道編碼誤碼率比較4.3 加入噪聲及干擾時(shí)系統(tǒng)性能指標(biāo)的變化分析 由圖7分析可得，當(dāng)無(wú)信道編碼時(shí)，隨著信噪比的增加，誤碼率基本保持不變，并且和其他兩種相比最大當(dāng)信道編碼采用（14,8）循環(huán)碼與（7,4）漢明碼時(shí)，誤碼率顯著降低5 結(jié)論課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。

通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，其實(shí)課程設(shè)計(jì)難免會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我收獲很多參考資料[1]趙靜，張瑾.基于MATLAB的通信系統(tǒng)仿真.北京:北京航空航天大學(xué)出版社.2007.[2]陳運(yùn).信息論與編碼. 北京：電子工業(yè)出版社，2007[3] 樊。