基于MATLAB的通信系統(tǒng)仿真

黃家彬

【摘 要】本文主要嘗試通過Matlab編程實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)仿真。

【關(guān)鍵詞】系統(tǒng)仿真；差分脈沖編碼；huffman編碼；漢明碼；DPSK；Matlab編程

1 仿真設(shè)計(jì)

以30Hz和17Hz的正弦信號的疊加信號作為信號源。然后采用90Hz速率對這個信號持續(xù)1秒進(jìn)行抽樣，得到的是間隔為0.011s的離散抽樣值。再進(jìn)行32級（4bit）、1階DPCM差分脈沖量化編碼。對DPCM編碼的數(shù)據(jù)流進(jìn)行哈夫曼（huffman）編碼壓縮再漢明編碼。隨后進(jìn)行調(diào)制，在發(fā)送端對碼流進(jìn)行DPSK數(shù)字鍵控調(diào)制，采用的載波是100kHz的正弦波，然后送上信道進(jìn)行傳輸。信道是最常見的高斯加性白噪聲信道，信號傳輸過程中受到高斯噪聲的干擾，信噪比為20dB。在接收端對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)、漢明碼解碼，最后解DPCM信號并恢復(fù)所發(fā)送的信號。

本例只是就如何通過Matlab的編程實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的仿真，系統(tǒng)中的參數(shù)選取在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的意義不作考究。

2 仿真實(shí)現(xiàn)

Matlab代碼如下：

Dt=0.0001；t=0：Dt：1；f1=30； f2=17；fs=90；n=7；k=4；m=2；snr=20；Fc

10000；Fd=5600；Fs=56000；unham=[]；

source=sin（2*pi*f1*t）+sin（2*pi*f2*t）

sam=sampling（source，Dt，fs）；len=2^4； ord=1；

[predictor，codebook，partition]=dpcmopt（sam，ord，len）；

dpcm=dpcmenco（sam，codebook，partition，predictor）；

[huff，htable]=huffman（dpcm，len）；[ham，add]=encode（huff，7，4，'hamming'）；

dpsk=dmod（difcode（ham），F(xiàn)c，F(xiàn)d，F(xiàn)s，'psk'，m）；gdpsk=awgn（dpsk，snr）；

undpsk=undifcode（ddemod（gdpsk，F(xiàn)c，F(xiàn)d，F(xiàn)s，'psk'，m））；

[unham_t，b1，b2，cerr]=decode（undpsk，n，k，'hamming'）；

for temp=1：length（unham_t）-add

unham（temp）=unham_t（temp）；end

unhuff=dehuffman（unham，htable，len）；

undpcm=dpcmdeco（unhuff，codebook，predictor）；

unsam=unsampling（undpcm，t，Dt，fs）；

3 數(shù)據(jù)分析

源信號與還原信號比較圖（圖1）如下：

圖1

可以定義：D = 源信號的均方值 — 還原信號的均方值 為這兩個信號的差異參數(shù)。

在代碼末尾加上

D= （sum（source.^2-unsam.^2））/length（source）

Err= sum（cerr）

D值越大本系統(tǒng)對源信號的還原就越差，Err是差錯控制糾正誤碼的數(shù)量，正常情況下Err為0表示沒有誤碼。改變仿真代碼中的snr變量的值即可改變仿真系統(tǒng)的信道信噪比，在不同信道信噪比之下，D和Err的變化結(jié)果如下（表1）：

表1

上面僅為某幾次試驗(yàn)的值，當(dāng)不斷重復(fù)運(yùn)行仿真代碼時即發(fā)現(xiàn)：信噪比大于5dB時，D和Err的值都分別衡定在0.0121和0，由此推斷信道信噪比大于5dB時，還原信號的誤差主要是由系統(tǒng)的抽樣、量化和還原的環(huán)節(jié)造成的。信噪比在小于5dB時D和Err的值與信噪比成反比增長，這時，信道噪聲對系統(tǒng)的影響逐漸增大。當(dāng)信噪比小于-8dB時程序經(jīng)常提示運(yùn)行出錯，這是因?yàn)檎`碼數(shù)已經(jīng)大大超過漢明碼的糾正范圍出現(xiàn)誤譯碼，導(dǎo)致之后的程序無法按原參數(shù)執(zhí)行，導(dǎo)致出錯。

4 結(jié)語

本文所述的仿真例子還沒十分完善，只是仿真了通信系統(tǒng)中的一些最基本的環(huán)節(jié)。本文最終目的是論述Matlab是如何在通信系統(tǒng)仿真中發(fā)揮作用的。從上面來看，Matlab的在其一般編程環(huán)境中不能產(chǎn)生嚴(yán)格意義的模擬信號仿真這一點(diǎn)上確有不足，但并不影響其在通信系統(tǒng)仿真特別是數(shù)字通信系統(tǒng)仿真的應(yīng)用優(yōu)勢。

【參考文獻(xiàn)】

[1]馬海武，達(dá)新宇，等.通信原理[Z].

[2][加]Joyce Van de Vegte.數(shù)字信號處理基礎(chǔ)[Z].

[3]孫屹. MATLAB.通信仿真開發(fā)手冊[Z].

[4]張森，張正亮.MATLAB.仿真技術(shù)與實(shí)里例應(yīng)用教程[Z].

[責(zé)任編輯：薛俊歌]

【摘 要】本文主要嘗試通過Matlab編程實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)仿真。

【關(guān)鍵詞】系統(tǒng)仿真；差分脈沖編碼；huffman編碼；漢明碼；DPSK；Matlab編程

1 仿真設(shè)計(jì)

以30Hz和17Hz的正弦信號的疊加信號作為信號源。然后采用90Hz速率對這個信號持續(xù)1秒進(jìn)行抽樣，得到的是間隔為0.011s的離散抽樣值。再進(jìn)行32級（4bit）、1階DPCM差分脈沖量化編碼。對DPCM編碼的數(shù)據(jù)流進(jìn)行哈夫曼（huffman）編碼壓縮再漢明編碼。隨后進(jìn)行調(diào)制，在發(fā)送端對碼流進(jìn)行DPSK數(shù)字鍵控調(diào)制，采用的載波是100kHz的正弦波，然后送上信道進(jìn)行傳輸。信道是最常見的高斯加性白噪聲信道，信號傳輸過程中受到高斯噪聲的干擾，信噪比為20dB。在接收端對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)、漢明碼解碼，最后解DPCM信號并恢復(fù)所發(fā)送的信號。

本例只是就如何通過Matlab的編程實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的仿真，系統(tǒng)中的參數(shù)選取在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的意義不作考究。

2 仿真實(shí)現(xiàn)

Matlab代碼如下：

Dt=0.0001；t=0：Dt：1；f1=30； f2=17；fs=90；n=7；k=4；m=2；snr=20；Fc

10000；Fd=5600；Fs=56000；unham=[]；

source=sin（2*pi*f1*t）+sin（2*pi*f2*t）

sam=sampling（source，Dt，fs）；len=2^4； ord=1；

[predictor，codebook，partition]=dpcmopt（sam，ord，len）；

dpcm=dpcmenco（sam，codebook，partition，predictor）；

[huff，htable]=huffman（dpcm，len）；[ham，add]=encode（huff，7，4，'hamming'）；

dpsk=dmod（difcode（ham），F(xiàn)c，F(xiàn)d，F(xiàn)s，'psk'，m）；gdpsk=awgn（dpsk，snr）；

undpsk=undifcode（ddemod（gdpsk，F(xiàn)c，F(xiàn)d，F(xiàn)s，'psk'，m））；

[unham_t，b1，b2，cerr]=decode（undpsk，n，k，'hamming'）；

for temp=1：length（unham_t）-add

unham（temp）=unham_t（temp）；end

unhuff=dehuffman（unham，htable，len）；

undpcm=dpcmdeco（unhuff，codebook，predictor）；

unsam=unsampling（undpcm，t，Dt，fs）；

3 數(shù)據(jù)分析

源信號與還原信號比較圖（圖1）如下：

圖1

可以定義：D = 源信號的均方值 — 還原信號的均方值 為這兩個信號的差異參數(shù)。

在代碼末尾加上

D= （sum（source.^2-unsam.^2））/length（source）

Err= sum（cerr）

D值越大本系統(tǒng)對源信號的還原就越差，Err是差錯控制糾正誤碼的數(shù)量，正常情況下Err為0表示沒有誤碼。改變仿真代碼中的snr變量的值即可改變仿真系統(tǒng)的信道信噪比，在不同信道信噪比之下，D和Err的變化結(jié)果如下（表1）：

表1

上面僅為某幾次試驗(yàn)的值，當(dāng)不斷重復(fù)運(yùn)行仿真代碼時即發(fā)現(xiàn)：信噪比大于5dB時，D和Err的值都分別衡定在0.0121和0，由此推斷信道信噪比大于5dB時，還原信號的誤差主要是由系統(tǒng)的抽樣、量化和還原的環(huán)節(jié)造成的。信噪比在小于5dB時D和Err的值與信噪比成反比增長，這時，信道噪聲對系統(tǒng)的影響逐漸增大。當(dāng)信噪比小于-8dB時程序經(jīng)常提示運(yùn)行出錯，這是因?yàn)檎`碼數(shù)已經(jīng)大大超過漢明碼的糾正范圍出現(xiàn)誤譯碼，導(dǎo)致之后的程序無法按原參數(shù)執(zhí)行，導(dǎo)致出錯。

4 結(jié)語

本文所述的仿真例子還沒十分完善，只是仿真了通信系統(tǒng)中的一些最基本的環(huán)節(jié)。本文最終目的是論述Matlab是如何在通信系統(tǒng)仿真中發(fā)揮作用的。從上面來看，Matlab的在其一般編程環(huán)境中不能產(chǎn)生嚴(yán)格意義的模擬信號仿真這一點(diǎn)上確有不足，但并不影響其在通信系統(tǒng)仿真特別是數(shù)字通信系統(tǒng)仿真的應(yīng)用優(yōu)勢。

【參考文獻(xiàn)】

[1]馬海武，達(dá)新宇，等.通信原理[Z].

[2][加]Joyce Van de Vegte.數(shù)字信號處理基礎(chǔ)[Z].

[3]孫屹. MATLAB.通信仿真開發(fā)手冊[Z].

[4]張森，張正亮.MATLAB.仿真技術(shù)與實(shí)里例應(yīng)用教程[Z].

[責(zé)任編輯：薛俊歌]

【摘 要】本文主要嘗試通過Matlab編程實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)仿真。

【關(guān)鍵詞】系統(tǒng)仿真；差分脈沖編碼；huffman編碼；漢明碼；DPSK；Matlab編程

1 仿真設(shè)計(jì)

以30Hz和17Hz的正弦信號的疊加信號作為信號源。然后采用90Hz速率對這個信號持續(xù)1秒進(jìn)行抽樣，得到的是間隔為0.011s的離散抽樣值。再進(jìn)行32級（4bit）、1階DPCM差分脈沖量化編碼。對DPCM編碼的數(shù)據(jù)流進(jìn)行哈夫曼（huffman）編碼壓縮再漢明編碼。隨后進(jìn)行調(diào)制，在發(fā)送端對碼流進(jìn)行DPSK數(shù)字鍵控調(diào)制，采用的載波是100kHz的正弦波，然后送上信道進(jìn)行傳輸。信道是最常見的高斯加性白噪聲信道，信號傳輸過程中受到高斯噪聲的干擾，信噪比為20dB。在接收端對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)、漢明碼解碼，最后解DPCM信號并恢復(fù)所發(fā)送的信號。

本例只是就如何通過Matlab的編程實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的仿真，系統(tǒng)中的參數(shù)選取在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中的意義不作考究。

2 仿真實(shí)現(xiàn)

Matlab代碼如下：

Dt=0.0001；t=0：Dt：1；f1=30； f2=17；fs=90；n=7；k=4；m=2；snr=20；Fc

10000；Fd=5600；Fs=56000；unham=[]；

source=sin（2*pi*f1*t）+sin（2*pi*f2*t）

sam=sampling（source，Dt，fs）；len=2^4； ord=1；

[predictor，codebook，partition]=dpcmopt（sam，ord，len）；

dpcm=dpcmenco（sam，codebook，partition，predictor）；

[huff，htable]=huffman（dpcm，len）；[ham，add]=encode（huff，7，4，'hamming'）；

dpsk=dmod（difcode（ham），F(xiàn)c，F(xiàn)d，F(xiàn)s，'psk'，m）；gdpsk=awgn（dpsk，snr）；

undpsk=undifcode（ddemod（gdpsk，F(xiàn)c，F(xiàn)d，F(xiàn)s，'psk'，m））；

[unham_t，b1，b2，cerr]=decode（undpsk，n，k，'hamming'）；

for temp=1：length（unham_t）-add

unham（temp）=unham_t（temp）；end

unhuff=dehuffman（unham，htable，len）；

undpcm=dpcmdeco（unhuff，codebook，predictor）；

unsam=unsampling（undpcm，t，Dt，fs）；

3 數(shù)據(jù)分析

源信號與還原信號比較圖（圖1）如下：

圖1

可以定義：D = 源信號的均方值 — 還原信號的均方值 為這兩個信號的差異參數(shù)。

在代碼末尾加上

D= （sum（source.^2-unsam.^2））/length（source）

Err= sum（cerr）

D值越大本系統(tǒng)對源信號的還原就越差，Err是差錯控制糾正誤碼的數(shù)量，正常情況下Err為0表示沒有誤碼。改變仿真代碼中的snr變量的值即可改變仿真系統(tǒng)的信道信噪比，在不同信道信噪比之下，D和Err的變化結(jié)果如下（表1）：

表1

上面僅為某幾次試驗(yàn)的值，當(dāng)不斷重復(fù)運(yùn)行仿真代碼時即發(fā)現(xiàn)：信噪比大于5dB時，D和Err的值都分別衡定在0.0121和0，由此推斷信道信噪比大于5dB時，還原信號的誤差主要是由系統(tǒng)的抽樣、量化和還原的環(huán)節(jié)造成的。信噪比在小于5dB時D和Err的值與信噪比成反比增長，這時，信道噪聲對系統(tǒng)的影響逐漸增大。當(dāng)信噪比小于-8dB時程序經(jīng)常提示運(yùn)行出錯，這是因?yàn)檎`碼數(shù)已經(jīng)大大超過漢明碼的糾正范圍出現(xiàn)誤譯碼，導(dǎo)致之后的程序無法按原參數(shù)執(zhí)行，導(dǎo)致出錯。

4 結(jié)語

本文所述的仿真例子還沒十分完善，只是仿真了通信系統(tǒng)中的一些最基本的環(huán)節(jié)。本文最終目的是論述Matlab是如何在通信系統(tǒng)仿真中發(fā)揮作用的。從上面來看，Matlab的在其一般編程環(huán)境中不能產(chǎn)生嚴(yán)格意義的模擬信號仿真這一點(diǎn)上確有不足，但并不影響其在通信系統(tǒng)仿真特別是數(shù)字通信系統(tǒng)仿真的應(yīng)用優(yōu)勢。

【參考文獻(xiàn)】

[1]馬海武，達(dá)新宇，等.通信原理[Z].

[2][加]Joyce Van de Vegte.數(shù)字信號處理基礎(chǔ)[Z].

[3]孫屹. MATLAB.通信仿真開發(fā)手冊[Z].

[4]張森，張正亮.MATLAB.仿真技術(shù)與實(shí)里例應(yīng)用教程[Z].

[責(zé)任編輯：薛俊歌]