換并在數(shù)字 通信系統(tǒng)中穩(wěn)定的傳輸。
[0062] 第二，在本發(fā)明所提供的基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)仿真方法中加入了步驟104， 即BPSK調(diào)制的步驟，使得本發(fā)明的通信系統(tǒng)更加完整。通過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。
[0063] 第三，本發(fā)明在仿真過程中加入高斯噪聲，即步驟105,用以模擬信號(hào)在實(shí)際傳輸 過程中會(huì)受到干擾信號(hào)的影響的情形，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，從而說明PCM通信系統(tǒng)的性能。
[0064] 上述仿真方法的步驟106以及仿真系統(tǒng)中的低通濾波模塊所包含的內(nèi)容中，通過 低通濾波的作用對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行濾波，目的是濾掉夾雜在信號(hào)中的噪聲，使得模擬信號(hào)盡 可能不失真，數(shù)字信號(hào)減少誤碼的情況。
[0065] 上述仿真方法的步驟107以及仿真系統(tǒng)中的抽樣判決模塊所包含的內(nèi)容中，抽樣 判決的目的是希望信號(hào)能夠恢復(fù)成PCM編碼之后的方波，所以對(duì)低通濾波后的波形進(jìn)行抽 樣，抽樣值采用"四舍五入"的方法來決定它們是〇還是1。
[0066] 上述方案中，BPSK是Binary Phase Shift Keying的簡(jiǎn)稱，是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成 數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換方式之一。它利用偏離相位的復(fù)數(shù)波浪組合來表現(xiàn)信息鍵控移相方式的一種。 BPSK使用了基準(zhǔn)的正弦波和相位反轉(zhuǎn)的浪波，使一方為0,另一方為1，從而可以同時(shí)傳送 接受2值（1比特）的信息。將編碼后的信號(hào)與外來加入的載波信號(hào)進(jìn)行相位的反轉(zhuǎn)達(dá)到 BPSK相移調(diào)制的目的。
[0067] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所提供的基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)仿真系統(tǒng)還可包括：
[0068] 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。
[0069] 與上述方案對(duì)應(yīng)地，本發(fā)明所提供的基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)仿真方法中，在 PCM解碼的步驟之后還可包括：
[0070] 步驟109,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。參見圖2。以下對(duì)誤碼率的計(jì)算進(jìn)行舉例說明。
[0071] PCM系統(tǒng)的噪聲主要有兩種：量化噪聲和加性噪聲。假設(shè)PCM通信系統(tǒng)的低通濾 波器的輸出信號(hào)可通過式（1)得到：
[0073] 其中，m(t)為接收端輸出的信號(hào)成分，nq(t)為由量化引起的輸出噪聲成分，n e(t) 是由信道加性噪聲引起的輸出噪聲成分。
[0074] 在接收端輸出信號(hào)的總信噪比可通過式（2)計(jì)算得到：
[0076] 其中，Nq為量化噪聲的平均功率，Ne為信道加性噪聲的平均功率。
[0077] a、量化噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響
[0078] PCM系統(tǒng)輸出端的量化信號(hào)與量化噪聲的平均功率通過式（3)得到：
[0080] 對(duì)于二進(jìn)制編碼，設(shè)其編碼位數(shù)為N，則上式又可寫為式（4):
[0082] b、加性噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響
[0083] 僅考慮信道加性噪聲時(shí)PCM系統(tǒng)的輸出信噪比可通過式（5)得到：
[0085] 其中，Pe為誤碼率。
[0086] 從上式可以看出，由于誤碼引起的信噪比與誤碼率Pe成反比，PCM系統(tǒng)接收端輸 出信號(hào)的總信噪比可通過式（6)計(jì)算得到。
[0088] 因此，在接收端輸入大信噪比的情況下，誤碼率Pe將極小，于是得出：
[0090] 所以總信噪比近似為：
[0092] 與只考慮量化噪聲情況下的系統(tǒng)輸出信噪比是相同的。
[0093] 在接收端輸入小信噪比的情況下，有：
[0094] 4pe22N>> 1
[0095] 則又可近似為：
[0097] 與只考慮噪聲干擾時(shí)系統(tǒng)的輸出信噪比是相同的。
[0098] 下表1給出了信噪比與誤碼率的根據(jù)上述方法計(jì)算的對(duì)應(yīng)關(guān)系表格，從而得出了 圖3所示的誤碼率曲線圖，其中橫坐標(biāo)代表誤碼率，縱坐標(biāo)代表信噪比。由圖3所示誤碼率 曲線可以看出，信號(hào)在相同的PCM通信系統(tǒng)中傳輸，信噪比越高，誤碼率越小，并且當(dāng)信噪 比大于10dB時(shí)，誤碼率趨近10 4,基本上可以認(rèn)為逐漸趨向于0。信噪比是指在整個(gè)通信系 統(tǒng)中輸入噪聲與信號(hào)的比例，通過以上結(jié)論我們可以知道，想要減小因?yàn)樵肼暥斐傻恼` 碼率，我們可以降低控制信號(hào)在傳輸過程中的干擾或者通過放大器來放大輸入信號(hào)。綜上 所述，在大信噪比的條件下，使用PCM技術(shù)來對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)/模和模/數(shù)的轉(zhuǎn)換，可以使信 號(hào)無失真的轉(zhuǎn)換并在數(shù)字通信系統(tǒng)中穩(wěn)定的傳輸。
[0099] 表1、信噪比與誤碼率對(duì)應(yīng)計(jì)算圖
[0101] 本發(fā)明所提供的基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)仿真方法中，上述步驟107中，將模 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：
[0102] 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)。
[0103] 步驟107中，采用13折線法對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化。量化的目的是將抽樣后在時(shí)間上離 散的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。假設(shè)原始模擬信號(hào)是以1為幅值的，根據(jù)13折線法的原理， 在縱坐標(biāo)軸y軸上從0到1的部分以每一小段1/8平均分成8段，根據(jù)13折線法的壓縮公 式，可以求出各個(gè)y所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)X的值，此時(shí)X的取值均為正的。按上述方法，同樣的 在縱坐標(biāo)軸y軸的負(fù)半軸進(jìn)行分段，得出負(fù)的橫坐標(biāo)X的值。各個(gè)抽樣點(diǎn)就會(huì)散落在量化 間隔中。
[0104] 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。
[0105] 從本發(fā)明所公開的以上內(nèi)容可以得出，在大信噪比的條件下，使用PCM技術(shù)來對(duì) 信號(hào)進(jìn)行數(shù)/模和模/數(shù)的轉(zhuǎn)換，可以使信號(hào)無失真的轉(zhuǎn)換并在數(shù)字通信系統(tǒng)中穩(wěn)定的傳 輸。
[0106] 本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請(qǐng)的實(shí)施例可提供為方法、裝置、或計(jì)算機(jī)程序 產(chǎn)品。因此，本申請(qǐng)可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí) 施例的形式。而且，本申請(qǐng)可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī) 可用存儲(chǔ)介質(zhì)（包括但不限于磁盤存儲(chǔ)器、CD-ROM、光學(xué)存儲(chǔ)器等）上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn) 品的形式。
[0107] 上述說明示出并描述了本申請(qǐng)的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本申請(qǐng) 并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、 修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí) 進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本申請(qǐng)的精神和范圍，則都應(yīng)在本申 請(qǐng)所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 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，其特征在于，所述仿真方法包括： 產(chǎn)生模擬信號(hào)的步驟：通過信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生模擬信號(hào)； 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)； 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； 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)； 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； 低通濾波的步驟：將加了高斯噪聲的信號(hào)通過低通濾波的作用，濾掉高頻信號(hào)，留下低 頻信號(hào)； 抽樣判決的步驟：將所述低頻信號(hào)進(jìn)行抽樣判決，得到〇、1比特率的信號(hào)； 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)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)仿真方法，其特征在于， 在所述PCM解碼的步驟之后還包括： 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。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)仿真方法，其特征在于， 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： 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)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)仿真方法，其特征在于， 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。5. -種基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述仿真系統(tǒng)包括： 信號(hào)發(fā)生器：用于產(chǎn)生模擬信號(hào)； 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)； 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； 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)； 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； 低通濾波模塊：用于將加了高斯噪聲的信號(hào)通過低通濾波的作用，濾掉高頻信號(hào)，留下 低頻信號(hào)； 抽樣判決模塊：用于將所述低頻信號(hào)進(jìn)行抽樣判決，得到〇、1比特率的信號(hào)； 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)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)仿真系統(tǒng)，其特征在于，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。
【專利摘要】本申請(qǐng)公開了一種基于MATLAB的PCM通信系統(tǒng)仿真方法，包括產(chǎn)生模擬信號(hào)的步驟：通過信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生模擬信號(hào)；抽樣量化的步驟：將模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，得到抽樣值，再將抽樣值量化，得到數(shù)字信號(hào)；PCM編碼的步驟：將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼得到二進(jìn)制碼；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)；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；低通濾波的步驟：將加了高斯噪聲的信號(hào)通過低通濾波的作用，濾掉高頻信號(hào)，留下低頻信號(hào)；抽樣判決的步驟：將低頻信號(hào)進(jìn)行抽樣判決，得到0、1比特率的信號(hào)；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)。本發(fā)明還提供一種仿真系統(tǒng)，可使信號(hào)無失真的轉(zhuǎn)換并在系統(tǒng)中穩(wěn)定的傳輸。
【IPC分類】H04L12/24
【公開號(hào)】CN105262609
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510557187
【發(fā)明人】張瑩, 龔云, 李建濤
【申請(qǐng)人】南京奇幻通信科技有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請(qǐng)日】2015年9月2日