华南农业大学【通信系统仿真使用Matlab实验chapter4.doc

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1、华 南 农 业 大 学 实 验 报 告学号：* 姓名：* 年级专业班级：*一、 实验目的1、熟练掌握PCM这种模拟数字转换技术的基本步骤及相关概念（抽样，量化，编码）的本质内涵，学会分析PCM过程中的噪声分析方法和计算方法。2、理解不同信号的统计分布特征，采用不同的PCM（均匀或者非均匀）方法时，其噪声性能有什么区别并分析其中原因。3、了解非均匀PCM过程中不同的非线性处理方式（包括A律和u律）及使用范围。4、进一步思考在通信仿真中输出结果的可视化方式和技巧。二、 知识要点1、 模数转换方法PCM概述PCM（Pulse Coding Modulation）是脉冲编码调制，通常包括三个步骤：抽样

2、，量化和编码。模拟信号先以高于耐奎斯特率的速率抽样，这个过程实际上是对时间连续的模拟信号进行时间离散化的过程。对抽样值再进行量化，即幅度连续变成幅度离散，用指定的Q个电平，把抽样值用最接近的电平表示。最后，用二进制码组表示有固定电平的量化值。如果模拟信号的区间范围为：【-xmax,xmax】,量化区间的分割间隔相等，称为均匀PCM，量化区间的分割间隔不相等，则称为非均匀PCM。2、均匀PCM过程中量化噪声性能分析假设均匀PCM中，长度为2xmax的区间【-xmax,xmax】被划分为N个相等子区间，则每个子区间的长度为：。如果N足够大，那么在每一个子区间内输入的密度函数可近似认为是均匀的，产生

3、的失真为。如果N是2的幂次方，即：，则可用比特表示每个量化电平。如果模拟信号的带宽是，采样速率在耐奎斯特率下完成的，那么传输PCM信号所要求的带宽至少是（实际通常采取）。在上述假设情况下失真为：如果模拟信号的功率用表示，则信号量化噪声比为（SQNR）为：其中表示归一化输入，即：上述信号量化噪声比的分贝表示为：3、非均匀PCM输入信号先通过一个非线性环节以减小输入的动态范围，再将输出加到某一均匀PCM系统上，从而完成对输入信号的非均匀处理。在接收端，输出再通过另一非线性环节，该环节是在发送端所用的非线性环节的逆特性。一般，对语音信号传输，所使用的是u律或者A律非线性。u律非线性定义如下：其中，x

4、是归一化输入，即：，u是一个参数，在标准u律非线性中u=255。u律非线性的逆特性如下：三、 实验内容及步骤4.9、【matlab程序】echo ont=0:0.01:10;a=sin(t);sqnr8,aquan8,code8=u_pcm(a,8);sqnr16,aquan16,code16=u_pcm(a,16);pause % Press a key to see the SQNR for N = 8.sqnr8pause % Press a key to see the SQNR for N = 16.sqnr16pause % Press a key to see the plot

5、of the signal and its quantized versions.plot(t,a,-,t,aquan8,-.,t,aquan16,-,t,zeros(1,length(t)【程序运行结果】sqnr8 =18.9023sqnr16 =25.12724.10、【matlab程序】echo ona=randn(1,500);n=64;sqnr,a_quan,code=u_pcm(a,64);pause % Press a key to see the SQNR.sqnrpause % Press a key to see the first five input values.a(

6、1:5)pause % Press a key to see the first five quantized values.a_quan(1:5)pause % Press a key to see the first five codewords.code(1:5,:)【程序运行结果】sqnr =31.2899a(1:5)= 0.6087 0.0018 -2.2417 0.5907 -1.4567a_quan(1:5)= 0.6145 0.0473 -2.2218 0.6145 -1.4654code(1:5,:)= 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0

7、1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 04.11、【matlab程序】ip_04_10;Y,I=sort(a);plot(Y,a_quan(I)【程序运行结果】sqnr =30.1207a(1:5)= -0.3229 1.5566 0.9998 -0.8363 -0.5923a_quan(1:5)= -0.3668 1.5195 0.9956 -0.7860 -0.5764code(1:5,:)= 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 04.12、【matlab程序】ip_04_10;Y,I=sort(a);p

8、lot(Y,a_quan(I)【程序运行结果】N=16sqnr =19.7027a(1:5)= -0.3756 -0.7747 -0.2008 1.3407 1.2185a_quan(1:5)= -0.5027 -0.8378 -0.1676 1.5080 1.1729code(1:5,:)= 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1N=128sqnr =35.4191a(1:5)= -0.4198 0.1210 -1.0306 3.0701 1.3871a_quan(1:5)= -0.4240 0.1413 -1.0458 3.0808 1.3850code(1:5,:)= 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 04.13、【matlab程序】a=randn(1,500);dist,a_quan,code=mula_pcm(a,16,255);Y,I=sort(a);plot(Y,a_quan(I)【程序运行结果】sqrn 16= 13.76sqrn 64= 25.89sqrn 128= 31.76通过本次实验，熟悉了对matlab命令的使用，掌握了系统仿真和模拟调制和PCM仿真的方法和原理，增强了对数字通信原理的认识。