PCMPSK系统MATLAB实现及性能分析.docx

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PCMPSK系统MATLAB实现及性能分析

PCM/PSK系统MATLAB实现及性能分析

学生姓名：

指导老师：

摘要：

本课程设计主要为了进一步理解PCM编码与解码系统的原理和PSK调制与解调系统的原理以及串并转换和并串转换。

PSK指的是相移键控方式,在某些调制解调器中用于数据传输的调制系统，在最简单的方式中，二进制调制信号产生0和1,载波相位来表示信号占和空或者二进制1和O。

对于有线线路上较高的数据传输速率，可能发生3个或8个不同的相移，系统要求在接收机上有精确和稳定的参考相位来分辨所使用的各种相位。

利用不同的连续的相移键控，这个参考相位被按照相位改变而进行的编码数据所取代，并且通过将相位与前面的位进行比较来检测。

关键词：

MPtlPb/Sumulink仿真平台；PCM编码与解码;误码率;

1引言

人类社会建立在信息交流的基础上，通信是推动人类社会文明，进步与发展的巨大动力。

改革开放以来，我国的通信建设有了迅速的发展，但与一些发达国家相比还很落后，因此，现代通信系统的建设与发展是一项十分重要而又艰巨的任务。

各种各样的信息多采用数字信号传输，这已成为了通信的基础。

目前世界各国已在组建综合业务数字网，这是一种将话音，图像，数据等各种信息规范为数字信号的形式，并进行高速传输的网络。

通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂，因此，在通信系统的设计研发环节中，在进行实际硬件系统试验之前，软件仿真已成为必不可少的一部分。

本课程设计根据当今现代通信技术的发展，对信号的调制与解调等原理进行了研究和实验

1.1课程设计目的

通过本次课程设计加深对调制与解调系统的理解，使出现具体问题时能够合理，迅速而简单的选择系统，提高我们分析问题解决问题的能力；同时也能够培养我们独立思维的习惯，为我们今后更好的学习工作打下基础。

1.2课程设计内容

利用MATLABimulink仿真平台,设计一个PCM/PSK系统.将模拟信号进行PCM编码,将编码信号加入PSK调制解调系统,再进行PCM解码;用示波器观察各级信号波形;加上各种噪声源,用误码测试模块测量误码率;最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。

2PCM与PSK基本原理

2.1PCM系统概述

脉冲调制就是把一个时间连续,取值连续的模拟信号变换成时间离散,取值离散的数字信号后在信道中传输.脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样,再对样值幅度量化,编码的过程.

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抽样定理确定的.在该实验中,抽样速率采用8Kbit/s.

所谓量化,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.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.

所谓编码,就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值.然而,实际上量化是在编码过程中同时完成的,故编码过程也称为模/数变换,可记作A/D.

系统音信号先经防混叠低通滤波器,进行脉冲抽样,变成8KHz重复频率的抽样信号（即离散的脉冲调幅PAM信号）,然后将幅度连续的PAM信号用"四舍五入"办法量化为有限个幅度取值的信号,再经编码后转换成二进制码.对于电话,CCITT规定抽样率为8KHz,每抽样值编8位码,即共有28=256个量化值,因而每话路PCM编码后的标准数码率是63kb/s.为解决均匀量化时小信号量化误差大,音质差的问题,在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法,即量化特性在小信号时分层密,量化间隔小,而在大信号时分层疏,量化间隔大.

2.2PCM编译码原理

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。

所谓编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值，把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。

然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。

当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。

在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：

低速编码和高速编码。

通信中一般都采用第二类。

编码器的种类大体上可以归结为三类：

逐次比较型、折叠级联型、混合型。

在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。

译码就时编码的反过程。

即把一组二进制码恢复成量化电平，故译码过程也称为数/模转换,可记作D/A转换。

PCM的原理方框图如图2－1所示：

图PCM原理方框图

2.3PSK相移键控（PhaseShiftKeying）

PSK相移键控就是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。

在PSK调制时，载波的相位随调制信号状态不同而改变。

如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，此时它们就处于“同相”状态；如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为“反相”。

一般把信号振荡一次（一周）作为360度。

如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的相位差180度，也就是反相。

当传输数字信号时，“1”码控制发0度相位，“0”码控制发180度相位。

PSK相移键控调制技术在数据传输中，有很好的抗干扰性,在有衰落的信道中也能获得很好的效果。

PSK可分为二进制PSK（2PSK或BIT/SK）和多进制PSK（MPSK）。

在这种调制技术中，载波相位只有0和π两种取值，分别对应于调制信号的“0”和“1”。

传“1“信号时，发起始相位为π的载波；当传“0”信号时，发起始相位为0的载波。

由“0”和“1”表示的二进制调制信号通过电平转换后，变成由“–1”和“1”表示的双极性NRZ（不归零）信号，然后与载波相乘，即可形成2PSK信号，

3模块设计与仿真图形分析

3.1simulink的工作环境熟悉

（1）simulink软件简介

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真综

合分析的集成环境。

它不仅支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样频率的系统。

SIMULINK包含有SINKS（输入方式）、SOURCE（输入源）、LINEAR（线性环节）、NONLINEAR（非线性环节）、CONNECTIONS（连接与接口）和EXTRA（其他环节）子模型库，而且每个子模型库中包含有相应的功能模块。

为实现信号仿真提供了一个很便捷的软件平台。

（2）simulink的工作环境

建立一个很小的系统，用示波器观察正弦信号的平方的波形，系统中所需的模块：

正弦波模块，示波器模块，则最后的正弦波仿真电路图（图3－1），正弦波参数设置（图3－2），系统内示波器显示的波形（图3－3）如下所示：

图3－1正弦波仿真电路图

图3－2正弦波参数设置

图3-3单正波形与平方波形对比

结论：

两正弦波叠加之后的周期是原周期的1/2,频度是原频度的2倍。

3.2PCM/PSK系统电路图

（1）PCM/PSK系统的仿真电路图（无噪声源）如图3－3所示：

图3－4PCM/PSK系统的仿真电路图

（2）子模块PCM系统电路如图3－5所示：

图3－5子模块PCM系统电路图

（3）子模块PSK系统电路如图3－6所示：

图3－6子模块PSK系统电路图

3．3系统所用模块参数设置

（1）PCM/PSK系统参数：

图3－7Zero-OrderHold模块参数图

图3－8SignalGenerator模块参数图

图3－9FrameStatusConversionl模块参数图

图3－10Unbuffer模块参数图

图3－11IntegerDelay模块参数图

图3－12Buffer1模块参数图

图3－13Reshape模块参数图

图3－14Relay模块参数图

图3－15BittoIntegerConverter模块参数图

图3－16Gain模块参数图

图3－17LookupTable模块参数图

图3－18Product模块参数图

（2）子模块PSK系统参数：

图3－19SineWave模块参数图

图3－20UnipolartoBipolarConverter模块参数图

图3－21Product1模块参数图

图3－22GaussianNoiseGenerator模块参数图

图3－23AnalogFilterDesignl模块参数图

图3－24SampledQuantizerEncode模块参数图

图3－25ErrorRateCalculation模块参数图

图3－26Display模块参数图

（3）系统加入高斯白噪声参数设置图：

图3－27GaussianNoiseGenerator模块参数图（加噪声）

3．3系统示波器波形图

（1）sope1波形图（无噪声）

图3－28sope1波形图（无噪声）

（2）scope波形图（无噪声）

图3－29scope波形图（无噪声）

图3－30系统误码率显示框图（无噪声）

（3）scope1波形图（加噪声）

图3－31scope1波形图（加噪声）

（3）scope波形图（加噪声）

图3－32scope波形图（加噪声）

图3－33系统误码率显示框图（加噪声）

4结束语

经过了一个星期的努力，我终于把本次课程设计完成了。

这期间蔡老师多次冒着严寒从家里赶来给予了我热心的指导，还有许多同学的解答也使我大大受用，很感谢蔡老师和我的同学们。

这次课程设计刚开始的过程中我感觉无从下手，手忙脚乱，时间又紧迫，后来通过去图书馆和上网查看资料，先弄明白其原理，然后正式开始着手。

这一周多的时间让我学到了很多东西，不仅锻炼了我的动手能力，加深了我对PCM和PSK系统有关知识的了解，也使我熟悉了MATLAB和Simulink软件仿真平台，明白了课程设计的流程，让我深刻了解到理论联系实际的重要性，并且增加了自己的自信心。

这次课程设计的独立完成，获得了成功的喜悦，同时提高了我的动手实践和组织能力，这次设计培养了我的设计思维，增加了实际操作能力，并让我收获了很多，给我很多启迪。

使我受益匪浅，对我以后的工作和学习是一笔宝贵的财富。

参考文献

【1】邵玉斌Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析。

清华大学出版社，2008

【2】曹丽娜，樊昌信。

通信原理。

国防工业出版社2008

【3】青松，程岱松，武建华。

数字通信系统的SystemView仿真与分析。

北极航空航天大学出版社，2001

【4】曹志刚，钱亚生。

现代通信原理清华大学出版社1992

【5】张圣勤Matlab7.0实用教程机械工业出版社2006