通信原理均匀量化课程设计.docx
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通信原理均匀量化课程设计.docx
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通信原理均匀量化课程设计
通信原理均匀量
化课程设计报告
目录
引言2
摘要2
关键词2
一、设计题目2
二、设计要求2
三、设计目的3
四、量化原理3
4.1均匀量化3
五、设计步骤4
5.1系统分析4
5.2源程序的运行与解释4
5.3程序输入与输出结果6
5.4结果分析8
六、设计体会8
七、结束语8
八、参考文献9
引言
随着电子技术和计算机技术的发展,仿真技术得到了广泛的应用。
基于数字处理,通信系统的用于通信系统的动态仿真软件matlab具有强大的功能,可以满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用,并且提供了嵌入式的模块分析方法,形成多层系统,使系统设计更加简洁明了,便于完成复杂系统的设计。
脉冲编码调制(PCM)是现代语音通信中数字化的重要编码方式。
在信号传输过程中,运用A律PCM译码实现信模拟号到数字信号的转换。
运用MATLAB的M文件来编写程序,根据经过抽样、量化、编码后收到的码组(极性码除外),使用A律译码产生相应的控制脉冲,从而输出一个与发信端抽样值接近的脉冲,通过计算,得出理论值与实际值近似,成功达到了设计效果。
摘要
PCM即脉冲编码调制,在通信系统中完成将语音信号数字化功能。
PCM的实现主要包括三个步骤完成:
抽样、量化、编码。
分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。
根据CCITT的建议,为改善小信号量化性能,采用压扩非均匀量化,有两种建议方式,分别为A律和μ律方式,我国采用了A律方式,由于A律压缩实现复杂,常使用13折线法编码,采用非均匀量化PCM编码。
模拟信号数字化的过程包括三个主要步骤,即抽样、量化和编码。
模拟信号抽样后变成在时间上离散的信号,但仍然是模拟信号。
这个抽样信号必须经过量化后才成为数字信号。
关键词均匀量化MATLAB
一、设计题目
若输入为正弦信号,其幅度为Am,
(1)将其进行均匀量化,量化器的范围是(-V,V),共分为L级电平,这里Am (2)要求做出量化后的曲线; (3)计算Am=2,V=3,L=32和8时的量化噪声。 二、设计要求 设计译码器前,首先以理论作指导,构思设计方案。 再用MATLAB语言编写程序,在MATLAB软件平台上运行,得到正确程序,并且进行调试、仿真和分析。 然后对结果进行处理,输出结果和分析结论应该一致,而且应符合理论。 最后,独立完成课程设计并按要求写课程设计报告书。 编写m文件实现脉冲编码调制的三个过程,然后用Simulink实现调制仿真。 三、设计目的 1.在理论学习的基础上,通过做课程设计增强实践动手能力; 2.更深刻地了解通信系统调制过程; 3.加强同学们的分工协作、互相沟通的团队精神。 四、量化原理 模拟信号数字化的过程包括三个主要步骤,即抽样、量化和编码。 模拟信号抽样后变成在时间上离散的信号,但仍然是模拟信号。 这个抽样信号必须经过量化后才成为数字信号。 设模拟信号的抽样值为s(kT),其中T是抽样周期,k是整数。 此抽样值仍然是一个取值连续的变量,即它可以有无数个可能的连续取值。 若我们仅用N位二进制数字码元来代表此抽样值的大小,则N位二进制码元只能代表M=2^N个不同的抽样值。 因此,必须将抽样值的范围划分成M个区间,每个区间用一个电平表示。 这样,共有M个离散电平,称为量化电平。 用这M个量化电平表示连续抽样值的方法称为量化。 量化又有均匀量化与非均匀量化。 4.1均匀量化 模拟抽样信号的取值范围: a~b 量化电平数=M 则均匀量化时的量化间隔为: 且量化区间的端点 mi=a+i vi=0,1,…,M 若量化输出电平qi取量化间隔的中点,则 qi=[mi+m(i-1)]/2i=1,2,…,M 模拟信号的量化过程如图4.1所示 图4.1模拟信号的量化 由于均匀量化存在的主要缺点是: 无论抽样值大小如何,量化噪声的均方根值都固定不变。 因此,当信号较小时,则信号量化噪声功率比也就很小,这样,对于弱信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。 通常,把满足信噪比要求的输入信号取值范围定义为动态范围,可见,均匀量化时的信号动态范围将受到较大的限制。 五、设计步骤 5.1系统分析 通过对均匀量化的分析,通过运用MATLAB软件的M文件进行编程,在MATLAB软件平台里调试,输出结果,并对结果进行分析。 实现该设计。 5.2源程序的运行与解释 自定义的juny.m函数如下: functionh=juny(f,v,L) %计算输入序列的均匀以及功率 %f是量化的信号序列 %v是量化电平最大值 %L是量化电平数 %Am是信号幅度 n=length(f); t=2*v/L; p=zeros(1,L+1); fori=1: L+1, p(i)=-v+(i-1)*t; end fori=1: n, iff(i)>v, h(i)=v; end iff(i)<=-v, h(i)=-v; end flag=0;%设立标志 forj=2: L/2+1, if(flag==0), if(f(i) h(i)=p(j-1); flag=1; end end end forj=L/2+2: L+1, if(flag==0), if(f(i) h(i)=p(j); flag=1; end end end end nq=v^2/(3*L^2);%计算量化噪声功率 nq%显示量化噪声功率 Am=2; snr=(3/2)*(Am/v)^2*L^2;%计算信噪比 snr%显示信噪比 snr=10*log(snr)/log(10);%将信噪比改为dB表示 snr 均匀量化后的波形与原信号波形MATLAB代码如下: figure (1) clear; x=[0: 0.004: 4*pi];%定义出时间序列 y=sin(x);%计算原信号值 w=juny(y,3,32);%计算原信号值 plot(x,y,x,w);%绘制量化值 figure (2) clear; x=[0: 0.004: 4*pi];%定义出时间序列 y=sin(x);%计算原信号值 w=juny(y,3,8);%计算原信号值 plot(x,y,x,w);%绘制量化值 5.3程序输入与输出结果 Figure (1) 32级电平均匀量化后的波形与原信号波形 Figure (2) 8级电平均匀量化后的波形与原信号波形 nq= 0.0029 snr= 682.6667 snr= 28.3421 nq= 0.0469 snr= 42.6667 snr= 16.3009 5.4结果分析 从图中可以看出,量化后的值与原曲线值相差较小,阶梯形的量化曲线与原曲线比较吻合,较好的完成了量化任务。 当L=32时,量化噪声功率nq=0.0029 信噪比snr=682.6667 用dB表示为snr=10*log(snr)/log(10)=28.3421dB 而当L=8时,量化噪声功率nq=0.0469 信噪比snr=42.6667 用dB表示为snr=10*log(snr)/log(10)=16.3009dB 可见,噪声功率提高了几个数量级,量化效果明显变差。 对于正弦波,信噪比可以写为 snr=[]dB=10log3+20logD+20lg(2^n) 式中,n=log(2^L);D=Am/(v),为量化误差,S为信号功率。 从这个式子可以看出,当v和Am都一定的时候,通过增加L的数目,可以获得更高的信噪比,L每增加1位,信噪比增加6dB. 六、设计体会 在这次课程设计过程中,通过去图书馆和上网查找资料,并在老师和同学的帮助下,弄懂了均匀量化的原理,了解这些后总个设计思路就呈现在眼前,自己的信心也倍增。 总体来说,这次实习让我受益匪浅。 打破了一直局限于课本知识的学习方式,增加了我们的兴趣,并且体会到成功给大家带来的喜悦。 让我明白: 无论遇到什么困难,只要对自己有信心,认真思考,悉心求教,自然会找到解决的办法。 相信在以后的日子里,我会做得更好。 七、结束语 经过一周的努力终于完成了本次的课程设计。 该课程设计对通信系统中的均匀量化进行了设计与仿真,对仿真结果结合理论进行了分析。 从老师那里了解到,说这门课程设计比较容易完成,于是对这次的课程设计充满了信心。 可当我开始动手的时候,发现并不是他们说的那么容易,主要是我对所设计的东西不是很清楚,所以要用MATLAB语言来编程序确实有点困难。 但想归想,课程设计还得继续下去,于是开始大量的找资料,并且大致想好了设计思路。 当这一切悄悄进行的时候,确实感觉到这些真的都算容易。 设计过程中,在老师和同学的帮助下,弄懂了均匀量化的原理,了解这些后总个设计思路就呈现在眼前,自己的信心也倍增。 我对MATLAB语言掌握得不好,从为总个课程设计的绊脚石,连续几天都无从下手,看到别人一个个的把程序编好,并开始了仿真和结果分析,那时真的很担心,担心不能及时完成任务。 不过功夫不负苦心人,在老师和同学的悉心知道下,终于把程序编写好,成功进行了调试,经过结果分析后验证了输出结果是正确的。 成功达到该设计的要求和目的。 对这次课程设计,感受颇深。 使我们进一步掌握了均匀量化的工作原理及过程;加强了运用仿真软件MATLAB平台,采用M文件编程的能力;学会了通过应用软件仿真来实现各种通信系统的设计,对以后的学习和工作都起到了一定的促进作用;更好的锻炼了我们的动手能力和思维方式。 总体来说,这次实习让我受益匪浅。 打破了一直局限于课本知识的学习方式,增加了我们的兴趣,并且体会到成功给大家带来的喜悦。 让我明白: 无论遇到什么困难,只要对自己有信心,认真思考,悉心求教,自然会找到解决的办法。 相信在以后的日子里,大家会做得更好。 能成功完成该设计,离不开大家的帮助。 在此,感谢老师与学姐的悉心指导,是你们让我对这门课程设计有了做下去的勇气和信心;感谢同学们,是你们不厌其烦的帮助我,才使我一次次的成功解决困难。 在此,我真心的对你们说声: 谢谢! 八、参考文献 [1]张圣勤.MATLAB7.0实用教程.北京: 机械工业出版社,2006 [2]樊昌信,曹丽娜.通信原理.北京: 国防工业出版社,2008 [3]ProakisJG,etal.CommunicationSystems.叶芝慧,等译.北京: 电子工业出版社,2002 [4]刘玉君.信道编码.郑州: 河南科学技术出版社,1992 [5]王秉钧,王少毅,韩敏.通信原理及其应用.北京: 国防工业出版社2006 [6]桑林,郝建军,刘丹谱.数字通信.北京: 邮电大学出版社,2002
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- 关 键 词:
- 通信 原理 均匀 量化 课程设计