一種基于matlab的pcm通信系統(tǒng)仿真方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種基于MATLAB的PCM通信系 統(tǒng)仿真方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] Matlab是矩陣實(shí)驗(yàn)室的簡(jiǎn)稱，是目前國(guó)際上最流行、應(yīng)用最廣泛的科學(xué)工程計(jì)算 軟件，它廣泛應(yīng)用于控制仿真、算法開發(fā)、自動(dòng)控制、數(shù)學(xué)運(yùn)算、信號(hào)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像 處理、財(cái)務(wù)分析、航天工業(yè)、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程、語(yǔ)言處理和雷達(dá)工程等各行業(yè)，也是 國(guó)內(nèi)外高校和研究部門進(jìn)行許多科學(xué)研究的主要工具。由于它具有強(qiáng)大的計(jì)算和繪圖功 能，大量穩(wěn)定可靠的算法庫(kù)和簡(jiǎn)潔高效的編程語(yǔ)言，已成為數(shù)學(xué)計(jì)算工具方面事實(shí)上的標(biāo) 準(zhǔn)。尤其是近年來(lái)，MATLAB中的SniULINK在控制系統(tǒng)仿真、分析和設(shè)計(jì)方面得到了廣泛應(yīng) 用。
[0003] PCM，即脈沖編碼調(diào)制，是把一個(gè)時(shí)間連續(xù)，取值連續(xù)的模擬信號(hào)變換成時(shí)間離散， 取值離散的數(shù)字信號(hào)后在信道中傳輸。脈沖編碼調(diào)制就是對(duì)模擬信號(hào)先抽樣，再對(duì)樣值幅 度量化，編碼的過(guò)程。抽樣，就是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性掃描，把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí) 間上離散的信號(hào)，抽樣必須遵循奈奎斯特抽樣定理。該模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣后還應(yīng)當(dāng)包含原 信號(hào)中所有信息，也就是說(shuō)能無(wú)失真的恢復(fù)原模擬信號(hào)。它的抽樣速率的下限是由抽樣定 理確定的。量化，就是把經(jīng)過(guò)抽樣得到的瞬時(shí)值將其幅度離散，即用一組規(guī)定的電平，把瞬 時(shí)抽樣值用最接近的電平值來(lái)表示，通常是用二進(jìn)制表示。
[0004] 仿真，即使用項(xiàng)目模型將特定于某一具體層次的不確定性轉(zhuǎn)化為它們對(duì)目標(biāo)的影 響，該影響是在項(xiàng)目仿真項(xiàng)目整體的層次上表示的。按所用模型的類型分為物理仿真、計(jì)算 機(jī)仿真和半實(shí)物仿真；按所用計(jì)算機(jī)的類型分為模擬仿真、數(shù)字仿真和混合仿真；按仿真 對(duì)象中的信號(hào)流分為連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散系統(tǒng)仿真；按仿真時(shí)間與實(shí)際時(shí)間的比例關(guān)系分 為實(shí)時(shí)仿真、超實(shí)時(shí)仿真和亞實(shí)時(shí)仿真；按對(duì)象的性質(zhì)分為宇宙飛船仿真、化工系統(tǒng)仿真、 經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)仿真等。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)的PCM通信系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，而且PCM信號(hào)傳輸時(shí)占用頻帶帶寬，難以達(dá)到 很高的壓縮比，信噪比小，可能導(dǎo)致信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)程中出現(xiàn)失真，從而導(dǎo)致信號(hào)不能在通信系 統(tǒng)中穩(wěn)定的傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng) 仿真方法及系統(tǒng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，而且能達(dá)到較高信噪比，使用PCM技術(shù)來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)/模和 模/數(shù)的轉(zhuǎn)換，可以使信號(hào)無(wú)失真的轉(zhuǎn)換并在數(shù)字通信系統(tǒng)中穩(wěn)定的傳輸。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)有如下技術(shù)方案：
[0008] 本發(fā)明提供一種基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)仿真方法，利用MATLAB工具實(shí)現(xiàn)對(duì) PCM通信系統(tǒng)的仿真，所述仿真方法包括：
[0009] 產(chǎn)生模擬信號(hào)的步驟：通過(guò)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生模擬信號(hào)；
[0010] 抽樣量化的步驟：將所述模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，得到抽樣值，再將所述抽樣值量化， 得到數(shù)字信號(hào)；
[0011] PCM編碼的步驟：將所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼得到二進(jìn)制碼；
[0012] BPSK調(diào)制的步驟：將得到的二進(jìn)制碼進(jìn)行BPSK調(diào)制，得到數(shù)據(jù)信號(hào)；
[0013] 加入高斯噪聲的步驟：在BPSK調(diào)制后的信號(hào)中加入高斯噪聲；
[0014] 低通濾波的步驟：將加了高斯噪聲的信號(hào)通過(guò)低通濾波的作用，濾掉高頻信號(hào)，留 下低頻信號(hào)；
[0015] 抽樣判決的步驟：將所述低頻信號(hào)進(jìn)行抽樣判決，得到0、1比特率的信號(hào)；
[0016] PCM解碼的步驟：將抽樣判決后的信號(hào)進(jìn)行解碼，得到模擬信號(hào)。
[0017] 優(yōu)選地，其中，在所述PCM解碼的步驟之后還包括：
[0018] 誤碼率計(jì)算的步驟：將解碼后的模擬信號(hào)和編碼前的模擬信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，得出誤 碼率。
[0019] 優(yōu)選地，其中，所述抽樣量化的步驟中，將所述模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，得到抽樣值，再 將所述抽樣值量化，得到數(shù)字信號(hào)，進(jìn)一步為：
[0020] 使用周期沖激信號(hào)或周期窄脈沖對(duì)所述模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣得到抽樣值，并暫時(shí)保 持其電流或電壓，再對(duì)保持的抽樣值進(jìn)行量化，使其成為時(shí)間離散、幅值離散的數(shù)字信號(hào)。
[0021] 優(yōu)選地，其中，所述抽樣量化步驟中，采用13折線法對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化。
[0022] 本發(fā)明還提供一種基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)，所述仿真系統(tǒng)包括：
[0023] 信號(hào)發(fā)生器：用于產(chǎn)生模擬信號(hào)；
[0024] 抽樣量化模塊：用于將所述模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，得到抽樣值，再將所述抽樣值量 化，得到數(shù)字信號(hào)；
[0025] 編碼模塊：用于將所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼得到二進(jìn)制碼；
[0026] BPSK調(diào)制模塊：用于將得到的二進(jìn)制碼進(jìn)行BPSK調(diào)制，得到數(shù)據(jù)信號(hào)；
[0027] 高斯噪聲信道：用于在BPSK調(diào)制后的信號(hào)中加入高斯噪聲；
[0028] 低通濾波模塊：用于將加了高斯噪聲的信號(hào)通過(guò)低通濾波的作用，濾掉高頻信號(hào)， 留下低頻信號(hào)；
[0029] 抽樣判決模塊：用于將所述低頻信號(hào)進(jìn)行抽樣判決，得到0、1比特率的信號(hào)；
[0030] 解碼模塊：用于將抽樣判決后的信號(hào)進(jìn)行解碼，得到模擬信號(hào)。
[0031] 優(yōu)選地，其中，所述仿真系統(tǒng)還包括：誤碼率計(jì)算模塊：用于將解碼后的模擬信號(hào) 和編碼前的模擬信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，得出誤碼率。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)所述的方法和系統(tǒng)，達(dá)到了如下效果：
[0033] 第一，本發(fā)明基于MATLAB對(duì)PCM通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真，設(shè)備簡(jiǎn)單。能達(dá)到較高信噪 比，使用PCM技術(shù)來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)/模和模/數(shù)的轉(zhuǎn)換，可以使信號(hào)無(wú)失真的轉(zhuǎn)換并在數(shù)字 通信系統(tǒng)中穩(wěn)定的傳輸。
[0034] 第二，在本發(fā)明所提供的基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)仿真方法及系統(tǒng)中加入了 BPSK調(diào)制，使得本發(fā)明的通信系統(tǒng)更加完整。通過(guò)BPSK調(diào)制的作用，可把信號(hào)的頻譜搬移 到高頻，使之產(chǎn)生適合在信道中傳輸?shù)母哳l信號(hào)，還可實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，并能改善系統(tǒng) 的抗噪聲性能。
[0035] 第三，本發(fā)明在仿真過(guò)程中加入高斯噪聲，用以模擬信號(hào)在實(shí)際傳輸過(guò)程中會(huì)受 到干擾信號(hào)的影響，還可利用高斯噪聲對(duì)通信系統(tǒng)的誤碼率進(jìn)行測(cè)量，以便于分析信道信 噪比與誤碼率之間的關(guān)系，從而說(shuō)明PCM通信系統(tǒng)的性能。
[0036] 第四，本發(fā)明采用13折線法對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化，采用折線的形狀不但更加易于用數(shù) 字電路來(lái)近似實(shí)現(xiàn)，而且基本上保持了連續(xù)壓縮特性曲線的優(yōu)點(diǎn)，使得誤差更小。
【附圖說(shuō)明】
[0037] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本申 請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0038] 圖1為本發(fā)明的所述一種基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)仿真方法的流程圖；
[0039] 圖2為基于圖1所述一種基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)仿真方法的另一實(shí)施例的 流程圖；
[0040] 圖3為本發(fā)明計(jì)算誤碼率時(shí)所用到的誤碼率曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 如在說(shuō)明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)可理解，硬件制造商可能會(huì)用不同名詞來(lái)稱呼同一個(gè)組件。本說(shuō)明書及權(quán)利要求并不以 名稱的差異來(lái)作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來(lái)作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在 通篇說(shuō)明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的"包含"為一開放式用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成"包含但不限定 于"。"大致"是指在可接收的誤差范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決所 述技術(shù)問(wèn)題，基本達(dá)到所述技術(shù)效果。此外，"耦接"一詞在此包含任何直接及間接的電性 耦接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電 性耦接于所述第二裝置，或通過(guò)其他裝置或耦接手段間接地電性耦接至所述第二裝置。說(shuō) 明書后續(xù)描述為實(shí)施本申請(qǐng)的較佳實(shí)施方式，然所述描述乃以說(shuō)明本申請(qǐng)的一般原則為目 的，并非用以限定本申請(qǐng)的范圍。本申請(qǐng)的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
[0042] 參見圖1所示為本申請(qǐng)所述一種基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)仿真方法的具體實(shí) 施例，利用MATLAB工具實(shí)現(xiàn)對(duì)PCM通信系統(tǒng)的仿真，本實(shí)施例中所述方法包括以下步驟：
[0043] 步驟101、產(chǎn)生模擬信號(hào)的步驟：通過(guò)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生模擬信號(hào)；
[0044] 步驟102、抽樣量化的步驟：將所述模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，得到抽樣值，再將所述抽 樣值量化，得到數(shù)字信號(hào)；
[0045] 步驟103、PCM編碼的步驟：將所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼得到二進(jìn)制碼；
[0046] 步驟104、BPSK調(diào)制的步驟：將得到的二進(jìn)制碼進(jìn)行BPSK調(diào)制，得到數(shù)據(jù)信號(hào)；
[0047] 步驟105、加入高斯噪聲的步驟：在BPSK調(diào)制后的信號(hào)中加入高斯噪聲；
[0048] 步驟106、低通濾波的步驟：將加了高斯噪聲的信號(hào)通過(guò)低通濾波的作用，濾掉高 頻信號(hào)，留下低頻信號(hào)；
[0049] 步驟107、抽樣判決的步驟：將所述低頻信號(hào)進(jìn)行抽樣判決，得到0、1比特率的信 號(hào)；
[0050] 步驟108、PCM解碼的步驟：將抽樣判決后的信號(hào)進(jìn)行解碼，得到模擬信號(hào)。
[0051] 本發(fā)明還提供了一種基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)，該仿真系統(tǒng)包括：
[0052] 信號(hào)發(fā)生器：用于產(chǎn)生模擬信號(hào)；
[0053] 抽樣量化模塊：用于將所述模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，得到抽樣值，再將所述抽樣值量 化，得到數(shù)字信號(hào)；
[0054] 編碼模塊：用于將所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼得到二進(jìn)制碼；
[0055] BPSK調(diào)制模塊：用于將得到的二進(jìn)制碼進(jìn)行BPSK調(diào)制，得到數(shù)據(jù)信號(hào)；
[0056] 高斯噪聲信道：用于在BPSK調(diào)制后的信號(hào)中加入高斯噪聲；
[0057] 低通濾波模塊：用于將加了高斯噪聲的信號(hào)通過(guò)低通濾波的作用，濾掉高頻信號(hào)， 留下低頻信號(hào)；
[0058] 抽樣判決模塊：用于將所述低頻信號(hào)進(jìn)行抽樣判決，得到0、1比特率的信號(hào)；
[0059] 解碼模塊：用于將抽樣判決后的信號(hào)進(jìn)行解碼，得到模擬信號(hào)。
[0060] 上述方案達(dá)到了如下效果：
[0061] 第一，本發(fā)明基于MATLAB對(duì)PCM通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真，設(shè)備簡(jiǎn)單。能達(dá)到較高信噪 比，使用PCM技術(shù)來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)/模和模/數(shù)的轉(zhuǎn)換，可以使信號(hào)無(wú)失真的轉(zhuǎn)