文档介绍：1 绪论
研究背景与研究意义
数字通信系统己成为当今通信的发展方向,然而自然界的许多信息通过传感器转换后,绝大部分是模拟量,脉冲编码调制(PCM)是把模拟信号变换为数字信号的一种调制方式,主要用于语音传输,在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中得到广泛的应用,借助于MATLAB 软件,可以直观、方便地进行计算和仿真。因此可以通过运行结果,分析系统特性。
课程设计的目的和任务
本次课程设计是根据“通信工程专业培养计划”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工程专业的学生在学完通信工程专业基础课、通信工程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,为以后走向工作岗位进行设计打下一定的基础。
课程设计的任务是:(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,提高学生进行通信工程设计的能力。
2 PCM通信系统
PCM通信系统基本模型
脉冲编码调制(pulse code modulation,PCM)是概念上最简单、理论上最完善的编码系统,是最早研制成功、使用最为广泛的编码系统,但也是数据量最大的编码系统。PCM 的编码原理比较直观和简单,PCM系统的仿真基本框图如图1:
噪声
信号源
信道
量化
解调
PCM编码
抽样
性能分析
译码
图1 PCM系统仿真基本框图
其中:
信源:模拟的正弦波语音信号,—。
抽样:低通连续信号采样,采用8k的抽样频率。
量化:均匀量化或非均匀量化,这里采用13折线法的非均匀量化。
编码:实现A律PCM编码。
信道编码:为了提高系统的可靠性,必须经过信道编码,信道编码方式有线性分组码,循环码,卷积码等。
调制:为了使信号发送出去,必须经过调制,这里采用了双极性不归零2ASK调制方式。
信道:信号经过调制以后,通过信道,信道选择高斯加性白噪声信道。
解调:根据调制方式,选择对应的解调方式。
译码:根据信道编码方式,选择对应的信道解码方式。
性能分析:语音信号经过调制、信道、解调过程。在接收端,将得到的数据与原始PCM码组数据比较,得到在特定信噪比下的误码率。改变系统信噪比,从而得到系统的误码率曲线图。
3 PCM通信系统主要模块
信源
模拟的正弦波语音信号频率在300HZ—,这里采用的是单音频正弦信号,信号频率f=,即角频率w=2×π×f,幅度值A=3,所以信源的单音频信号为y=3sin(w×t)。单音频语音信号图如图2所示:
图2 语音信号图
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奈奎斯特抽样定理确定的。这里采用的脉冲抽样图如图3所示:
图3 脉冲抽样图
量化
量化,就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散,即用一组规定的电平,把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。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。一个模拟信号经过抽样量化后,得到已量化的脉冲幅度调制信号,它仅为有限个数值。
如图4所示,量化器输出L个量化值yk,k=1,2,3,…,L。yk常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度x落在与之间时,量化器输出电平为。这个量化过程可以表达为:
这里称为分层电平或判决阈值。通常Dk=- xk称为量化间隔。
量化器
X Y
模拟值量化值
图4
模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。
均匀量化:用这种方法量化输入信号时,无论对大的输入信号还是小的输入信号一律都采用相同的量化间隔。为了适应幅度大的输入信号,同时又要满足精度要求,就需要增加样本的位数。但是,对话音信号来说,大信号出现的机会并不多,增加的样本位数就没有充分利用。为了克服这个不足,就出现了非均匀量化的方法。
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Dv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。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、