通信原理研究型学习报告.docx
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通信原理研究型学习报告
通信原理
设置目的：
检验学生对基带调制知识点的理解，掌握和运用程度，锻炼其分析问题，开展研究的能力。
内容要求：
PCM，LPCM编译码仿真分析，
仿真实现A律13折线编译码，比较理论以及实际量化信噪比，信号源自定（包括语音信号的编译码）。
仿真结果：
假定抽样值Sa=150
（1）实现LPCM
正极性编码第一位为1，负极性第一位编码为0。
理论信噪比采用SNR=3*M^2/Kcr^2，其中Kcr=x/（x/sqrt
（2））；实际信噪比SN=S/N，其中S=sum（yk.^2,Sa+1）/（Sa+1）
N=sum（（yk-deyk）.^2,Sa+1）/（Sa+1），抽样点数越多，越接近理论量化信噪比。
对yt=cos（2000*t）进行抽样，抽样频率为fs=8000Hz，量化间隔delta=1/2^7。
信噪比：
理论值SNR=43.9051dB，实际值SN=44.4416dB
.m程序如下：
t=0:
0.01:
2*pi
x=1
yt=x*cos（2000*t）
M=2^7
delta=x/M
fs=8000
Ts=1/fs
Sa=150
ks=0:
Sa
yk=x*cos（ks*Ts*2000）
code=zeros（1,8）
CODE=zeros（Sa+1,8）
fork=0:
Sa
ifyk（k+1）>=0
code
（1）=1
i=2
a=floor（yk（k+1）/delta）
ifa<1
code=[1zeros（1,7）]
elseifa==128
code=[1,ones（1,7）]
elseifa>1
while（a~=0）
code（8+2-i）=mod（a,2）
a=floor（a/2）
i=i+1
end
end
elseifyk（k+1）<0
code
（1）=0
i=2
a=ceil（yk（k+1）/delta）
ifa>-1
code=[0zeros（1,7）]
elseifa==-128
code=[0,ones（1,7）]
elseifa<-1
while（a~=0）
code（8+2-i）=mod（a,2）
a=ceil（a/2）
i=i+1
end
end
end
fori=1:
8
CODE（k+1,i）=code（i）
end
code=zeros（1,8）
end
decode=zeros（1,8）
deyk=double（zeros（1,Sa+1））
fork=0:
Sa
fori=1:
8
decode（i）=CODE（k+1,i）
end
ifdecode
（1）==1
deyk（k+1）=（decode
（2）*2^6+decode（3）*2^5+decode（4）*2^4+decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*delta
elseifdecode
（1）==0
deyk（k+1）=-（decode
（2）*2^6+decode（3）*2^5+decode（4）*2^4+decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*delta
end
end
plot（ks,yk,'r',ks,deyk,'b'）
figure
plot（ks,yk-deyk）
display（CODE）
Kcr=x/（x/sqrt
（2））
SNR=10*log10（3*M^2/Kcr^2）
S=sum（yk.^2,Sa+1）/（Sa+1）
N=sum（（yk-deyk）.^2,Sa+1）/（Sa+1）
SN=10*log10（S/N）
display（SNR）
display（SN）
编译码图形
（红色是原码，蓝色的是译码之后的）差别较小，可以放大来看。
放大：
误差：
（2）A率13折线编译码：
输入信号为yt=cos（2000*t），正域值为极性值1，负域为0.理论信噪比采用分段求量化噪声，再求出总的量化噪声，进而得出量化信噪比。
实际信噪比SN=vpa（Sq/N）其中，Sq=sum（yk.^2,Sa+1）/（Sa+1），N=sum（（deyk-yk）.^2,Sa+1）/（Sa+1）抽样频率f=8000Hz，最小量化间隔delta=1/2^11
信噪比：
理论值SNR=4607.437569，实际值SN=4658.422888。
抽样值越大，实际信噪比越接近理论值。
.m程序实现：
t=0:
0.01:
2*pi
x=1
yt=x*cos（2000*t）
M=2^11
delta=x/M
d1=delta
d2=delta
d3=2*delta
d4=4*delta
d5=8*delta
d6=16*delta
d7=32*delta
d8=64*delta
fs=8000
Ts=1/fs
Sa=150
ks=0:
Sa
yk=x*cos（ks*Ts*2000）
code=zeros（1,8）
CODE=zeros（Sa+1,8）
fork=0:
Sa
ifyk（k+1）>=0
code
（1）=1
elseifyk（k+1）<0
code
（1）=0
end
if0*x<=abs（yk（k+1））&abs（yk（k+1））<1/128*x
code
（2）=0
code（3）=0
code（4）=0
a=floor（abs（yk（k+1））/d1）
ifa<1
code（5）=0
code（6）=0
code（7）=0
code（8）=0
elseif16>a>=1
i=0
while（a~=0）
code（8-i）=mod（a,2）
a=floor（a/2）
i=i+1
end
elseifa==16
code=[10001111]
end
elseif1/128*x<=abs（yk（k+1））&abs（yk（k+1））<1/64*x
code
（2）=0
code（3）=0
code（4）=1
a=floor（（abs（yk（k+1））-16*delta）/d2）
ifa<1
code（5）=0
code（6）=0
code（7）=0
code（8）=0
elseif16>a>=1
i=0
while（a~=0）
code（8-i）=mod（a,2）
a=floor（a/2）
i=i+1
end
elseifa==16
code=[10011111]
end
elseif1/64*x<=abs（yk（k+1））&abs（yk（k+1））<1/32*x
code
（2）=0
code（3）=1
code（4）=0
a=floor（（abs（yk（k+1））-32*delta）/d3）
ifa<1
code（5）=0
code（6）=0
code（7）=0
code（8）=0
elseif16>a>=1
i=0
while（a~=0）
code（8-i）=mod（a,2）
a=floor（a/2）
i=i+1
end
elseifa==16
code=[10101111]
end
elseif1/32*x<=abs（yk（k+1））&abs（yk（k+1））<1/16*x
code
（2）=0
code（3）=1
code（4）=1
a=floor（（abs（yk（k+1））-64*delta）/d4）
ifa<1
code（5）=0
code（6）=0
code（7）=0
code（8）=0
elseif16>a>=1
i=0
while（a~=0）
code（8-i）=mod（a,2）
a=floor（a/2）
i=i+1
end
elseifa==16
code=[10111111]
end
elseif1/16*x<=abs（yk（k+1））&abs（yk（k+1））<1/8*x
code
（2）=1
code（3）=0
code（4）=0
a=floor（（abs（yk（k+1））-128*delta）/d5）
ifa<1
code（5）=0
code（6）=0
code（7）=0
code（8）=0
elseif16>a>=1
i=0
while（a~=0）
code（8-i）=mod（a,2）
a=floor（a/2）
i=i+1
end
elseifa==16
code=[11001111]
end
elseif1/8*x<=abs（yk（k+1））&abs（yk（k+1））<1/4*x
code
（2）=1
code（3）=0
code（4）=1
a=floor（（abs（yk（k+1））-256*delta）/d6）
ifa<1
code（5）=0
code（6）=0
code（7）=0
code（8）=0
elseif16>a>=1
i=0
while（a~=0）
code（8-i）=mod（a,2）
a=floor（a/2）
i=i+1
end
elseifa==16
code=[11011111]
end
elseif1/4*x<=abs（yk（k+1））&abs（yk（k+1））<1/2*x
code
（2）=1
code（3）=1
code（4）=0
a=floor（（abs（yk（k+1））-512*delta）/d7）
ifa<1
code（5）=0
code（6）=0
code（7）=0
code（8）=0
elseif16>a>=1
i=0
while（a~=0）
code（8-i）=mod（a,2）
a=floor（a/2）
i=i+1
end
elseifa==16
code=[11101111]
end
elseif1/2*x<=abs（yk（k+1））&abs（yk（k+1））<=x
code
（2）=1
code（3）=1
code（4）=1
a=floor（（abs（yk（k+1））-1024*delta）/d8）
ifa<1
code（5）=0
code（6）=0
code（7）=0
code（8）=0
elseif16>a>=1
i=0
while（a~=0）
code（8-i）=mod（a,2）
a=floor（a/2）
i=i+1
end
elseifa==16
code=[11111111]
end
end
fori=1:
8
CODE（k+1,i）=code（i）
end
code=zeros（1,8）
end
decode=zeros（1,8）
deyk=double（zeros（1,Sa+1））
fork=0:
Sa
fori=1:
8
decode（i）=CODE（k+1,i）
end
ifdecode
（1）==1
ifdecode
（2）==0&decode（3）==0&decode（4）==0
deyk（k+1）=（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d1
elseifdecode
（2）==0&decode（3）==0&decode（4）==1
deyk（k+1）=16*delta+（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d2
elseifdecode
（2）==0&decode（3）==1&decode（4）==0
deyk（k+1）=32*delta+（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d3
elseifdecode
（2）==0&decode（3）==1&decode（4）==1
deyk（k+1）=64*delta+（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d4
elseifdecode
（2）==1&decode（3）==0&decode（4）==0
deyk（k+1）=128*delta+（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d5
elseifdecode
（2）==1&decode（3）==0&decode（4）==1
deyk（k+1）=256*delta+（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d6
elseifdecode
（2）==1&decode（3）==1&decode（4）==0
deyk（k+1）=512*delta+（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d7
elseifdecode
（2）==1&decode（3）==1&decode（4）==1
deyk（k+1）=1024*delta+（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d8
end
elseifdecode
（1）==0
ifdecode
（2）==0&decode（3）==0&decode（4）==0
deyk（k+1）=-（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d1
elseifdecode
（2）==0&decode（3）==0&decode（4）==1
deyk（k+1）=-（16*delta+（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d2）
elseifdecode
（2）==0&decode（3）==1&decode（4）==0
deyk（k+1）=-（32*delta+（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d3）
elseifdecode
（2）==0&decode（3）==1&decode（4）==1
deyk（k+1）=-（64*delta+（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d4）
elseifdecode
（2）==1&decode（3）==0&decode（4）==0
deyk（k+1）=-（128*delta+（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d5）
elseifdecode
（2）==1&decode（3）==0&decode（4）==1
deyk（k+1）=-（256*delta+（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d6）
elseifdecode
（2）==1&decode（3）==1&decode（4）==0
deyk（k+1）=-（512*delta+（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d7）
elseifdecode
（2）==1&decode（3）==1&decode（4）==1
deyk（k+1）=-（1024*delta+（decode（5）*2^3+decode（6）*2^2+decode（7）*2^1+decode（8）*2^0+0.5）*d8）
end
end
end
plot（ks,yk,'-r*',ks,deyk,'--bd'）
figure
plot（ks,deyk-yk）
display（CODE）
S=x^2/2
symse
Nq1=1/d1*int（e^2,-d1/2,d1/2）
Nq2=1/d2*int（e^2,-d2/2,d2/2）
Nq3=1/d3*int（e^2,-d3/2,d3/2）
Nq4=1/d4*int（e^2,-d4/2,d4/2）
Nq5=1/d5*int（e^2,-d5/2,d5/2）
Nq6=1/d6*int（e^2,-d6/2,d6/2）
Nq7=1/d7*int（e^2,-d7/2,d7/2）
Nq8=1/d8*int（e^2,-d8/2,d8/2）
Nq=Nq1+Nq2+Nq3+Nq4+Nq5+Nq6+Nq7+Nq8
digits（10）
SNR=10*log10（vpa（S/Nq））
Sq=sum（yk.^2,Sa+1）/（Sa+1）
N=sum（（deyk-yk）.^2,Sa+1）/（Sa+1）
SN=10*log10（vpa（Sq/N））
display（SNR）
display（SN）
编译码图形
（红色是原码，蓝色的是译码之后的）差别较小，可以放大来看。
放大：
误差：
（3）语音信号的编译码：
实现读入一段语音信号，然后编码译码。
由于对于语音信号的处理计算量很大，所以只录了一小段音频，如果要运行这个程序，注意更改音频文件的路径。
1）
语音信号的PCM编译码的原图复原图：
（蓝色的为原图，红色的为复原图）
语音信号的PCM编译码的误差图
程序如下：
y=wavread（'d:
\我的文档\桌面\Sclip',[115200]）
yk=y'
x=max（abs（yk））
M=2^11
delta=x/M
d1=delta
d2=delta
d3=2*delta
d4=4*delta
d5=8*delta
d6=16*delta
d7=32*delta
d8=64*delta
Sa=length（yk）
ks=1:
Sa
code=zeros（1,8）
decode=zeros（1,8）
deyk=double（zeros（1,Sa））
fork=1:
Sa
ifyk（k）>=0
code
（1）=1
elseifyk（k）<0
code
（1）=0
end
if0*x<=abs（yk（k））&abs（yk（k））<1/128*x
code
（2）=0
code（3）=0
code（4）=0
a=floor（abs（yk（k））/d1）
ifa<1
code（5）=0
code（6）=0
code（7）=0
code（8）=0
elseif16>a>=1
i=0
while（a~=0）
code（8-i）=mod（a,2）
a=floor（a/2）
i=i+1
end
elseifa==16
code=[10001111]
end
elseif1/128*x<=abs（yk（k））&abs（yk（k））<1/64*x
code
（2）=0
code（3）=0
code（4）=1
a=floor（（abs（yk（k））-16*delta）/d2）
ifa<1
code（5）=0
code（6）=0
code（7）=0
code（8）=0
elseif16>a>=1
i=0
while（a~=0）
code（8-i）=mod（a,2）
a=floor（a/2）
i=i+1
end
elseifa==16
code=[10011111]
end
elseif1/64*x<=abs（yk（k））&abs（yk（k））<1/32*x
code
（2）=0
code（3）=1
code（4）=0
a=floor（（abs（yk（k））-32*delta）/d3）
ifa<1
code（5）=0
code（6）=0
code（7）=0
code（8）=0
elseif16>a>=1
i=0
while（a~=0）
code（8-i）=mod（a,2）
a=floor（a/2）
i=i+1
end
elseifa==16
code=[10101111]
end
elseif1/32*x<=abs（yk（k））&abs（yk（k））<1/16*x
code
（2）=0
code（3）=1
code（4）=1
a=floor（（abs（yk（k））-64*delta）/d4）
ifa<1
code（5）=0
code（6）=0
code（7）=0
code（8）=0
elseif16>a>=1
i=0
while（a~=0）
code（8-i）=mod（a,2）
a=floor（a/2）
i=i+1
end
elseifa==16
code=[10111111]
end
elseif1/16*x<=abs（yk（k））&abs（yk（k））<1/8*x
code
（2）=1
code（3）=0
code（4）=0
a=floor（（abs（yk（k））-128*delta）/d5）
ifa<1
code（5）=0
code（6）=0
code（7）=0
code（8）=0
elseif16>a>=1
i=0
while（a~=0）
code（8-i）=mod（a,2）
a=floor（a/2）
i=i+1
end
elseifa==16
code=[11001111]
end
elseif1/8*x<=abs（yk（k））&abs（yk（k））<1/4*x
code
（2）=1
code（3）=0
code（4）=1
a=floor（（abs（yk（k））-256*delta）/d6）
ifa<1
code（5）=0
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