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