换并在数字 通信系统中稳定的传输。
[0062] 第二，在本发明所提供的基于MATLAB的PCM通信系统仿真方法中加入了步骤104， 即BPSK调制的步骤，使得本发明的通信系统更加完整。通过BPSK调制的作用，可把信号的 频谱搬移到高频，使之产生适合在信道中传输的高频信号，还可实现信道的多路复用，并能 改善系统的抗噪声性能。
[0063] 第三，本发明在仿真过程中加入高斯噪声，即步骤105,用以模拟信号在实际传输 过程中会受到干扰信号的影响的情形，还可利用高斯噪声对通信系统的误码率进行测量， 以便于分析信道信噪比与误码率之间的关系，从而说明PCM通信系统的性能。
[0064] 上述仿真方法的步骤106以及仿真系统中的低通滤波模块所包含的内容中，通过 低通滤波的作用对高频信号进行滤波，目的是滤掉夹杂在信号中的噪声，使得模拟信号尽 可能不失真，数字信号减少误码的情况。
[0065] 上述仿真方法的步骤107以及仿真系统中的抽样判决模块所包含的内容中，抽样 判决的目的是希望信号能够恢复成PCM编码之后的方波，所以对低通滤波后的波形进行抽 样，抽样值采用"四舍五入"的方法来决定它们是〇还是1。
[0066] 上述方案中，BPSK是Binary Phase Shift Keying的简称，是把模拟信号转换成 数据的转换方式之一。它利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式的一种。 BPSK使用了基准的正弦波和相位反转的浪波，使一方为0,另一方为1，从而可以同时传送 接受2值（1比特）的信息。将编码后的信号与外来加入的载波信号进行相位的反转达到 BPSK相移调制的目的。
[0067] 进一步地，本发明所提供的基于MATLAB的PCM通信系统仿真系统还可包括：
[0068] 误码率计算模块：用于将解码后的模拟信号和编码前的模拟信号进行比对，得出 误码率。
[0069] 与上述方案对应地，本发明所提供的基于MATLAB的PCM通信系统仿真方法中，在 PCM解码的步骤之后还可包括：
[0070] 步骤109,误码率计算的步骤：将解码后的模拟信号和编码前的模拟信号进行比 对，得出误码率。参见图2。以下对误码率的计算进行举例说明。
[0071] PCM系统的噪声主要有两种：量化噪声和加性噪声。假设PCM通信系统的低通滤 波器的输出信号可通过式（1)得到：
[0073] 其中，m(t)为接收端输出的信号成分，nq(t)为由量化引起的输出噪声成分，n e(t) 是由信道加性噪声引起的输出噪声成分。
[0074] 在接收端输出信号的总信噪比可通过式（2)计算得到：
[0076] 其中，Nq为量化噪声的平均功率，Ne为信道加性噪声的平均功率。
[0077] a、量化噪声对系统的影响
[0078] PCM系统输出端的量化信号与量化噪声的平均功率通过式（3)得到：
[0080] 对于二进制编码，设其编码位数为N，则上式又可写为式（4):
[0082] b、加性噪声对系统的影响
[0083] 仅考虑信道加性噪声时PCM系统的输出信噪比可通过式（5)得到：
[0085] 其中，Pe为误码率。
[0086] 从上式可以看出，由于误码引起的信噪比与误码率Pe成反比，PCM系统接收端输 出信号的总信噪比可通过式（6)计算得到。
[0088] 因此，在接收端输入大信噪比的情况下，误码率Pe将极小，于是得出：
[0090] 所以总信噪比近似为：
[0092] 与只考虑量化噪声情况下的系统输出信噪比是相同的。
[0093] 在接收端输入小信噪比的情况下，有：
[0094] 4pe22N>> 1
[0095] 则又可近似为：
[0097] 与只考虑噪声干扰时系统的输出信噪比是相同的。
[0098] 下表1给出了信噪比与误码率的根据上述方法计算的对应关系表格，从而得出了 图3所示的误码率曲线图，其中横坐标代表误码率，纵坐标代表信噪比。由图3所示误码率 曲线可以看出，信号在相同的PCM通信系统中传输，信噪比越高，误码率越小，并且当信噪 比大于10dB时，误码率趋近10 4,基本上可以认为逐渐趋向于0。信噪比是指在整个通信系 统中输入噪声与信号的比例，通过以上结论我们可以知道，想要减小因为噪声而造成的误 码率，我们可以降低控制信号在传输过程中的干扰或者通过放大器来放大输入信号。综上 所述，在大信噪比的条件下，使用PCM技术来对信号进行数/模和模/数的转换，可以使信 号无失真的转换并在数字通信系统中稳定的传输。
[0099] 表1、信噪比与误码率对应计算图
[0101] 本发明所提供的基于MATLAB的PCM通信系统仿真方法中，上述步骤107中，将模 拟信号进行抽样，得到抽样值，再将所述抽样值量化，得到数字信号，进一步为：
[0102] 使用周期冲激信号或周期窄脉冲对所述模拟信号进行抽样得到抽样值，并暂时保 持其电流或电压，再对保持的抽样值进行量化，使其成为时间离散、幅值离散的数字信号。
[0103] 步骤107中，采用13折线法对信号进行量化。量化的目的是将抽样后在时间上离 散的模拟信号转换成数字信号。假设原始模拟信号是以1为幅值的，根据13折线法的原理， 在纵坐标轴y轴上从0到1的部分以每一小段1/8平均分成8段，根据13折线法的压缩公 式，可以求出各个y所对应的横坐标X的值，此时X的取值均为正的。按上述方法，同样的 在纵坐标轴y轴的负半轴进行分段，得出负的横坐标X的值。各个抽样点就会散落在量化 间隔中。
[0104] 本发明采用13折线法对信号进行量化，采用折线的形状不但更加易于用数字电 路来近似实现，而且基本上保持了连续压缩特性曲线的优点，使得误差更小。
[0105] 从本发明所公开的以上内容可以得出，在大信噪比的条件下，使用PCM技术来对 信号进行数/模和模/数的转换，可以使信号无失真的转换并在数字通信系统中稳定的传 输。
[0106] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序 产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实 施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机 可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产 品的形式。
[0107] 上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请 并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、 修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识 进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申 请所附权利要求的保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于MATLAB的PCM通信系统仿真方法，利用MATLAB工具实现对PCM通信系统 的仿真，其特征在于，所述仿真方法包括： 产生模拟信号的步骤：通过信号发生器产生模拟信号； 抽样量化的步骤：将所述模拟信号进行抽样，得到抽样值，再将所述抽样值量化，得到 数字信号； PCM编码的步骤：将所述数字信号进行编码得到二进制码； BPSK调制的步骤：将得到的二进制码进行BPSK调制，得到数据信号； 加入高斯噪声的步骤：在BPSK调制后的信号中加入高斯噪声； 低通滤波的步骤：将加了高斯噪声的信号通过低通滤波的作用，滤掉高频信号，留下低 频信号； 抽样判决的步骤：将所述低频信号进行抽样判决，得到〇、1比特率的信号； PCM解码的步骤：将抽样判决后的信号进行解码，得到模拟信号。2. 根据权利要求1所述基于MATLAB的PCM通信系统仿真方法，其特征在于， 在所述PCM解码的步骤之后还包括： 误码率计算的步骤：将解码后的模拟信号和编码前的模拟信号进行比对，得出误码率。3. 根据权利要求1或2所述基于MATLAB的PCM通信系统仿真方法，其特征在于， 所述抽样量化的步骤中，将所述模拟信号进行抽样，得到抽样值，再将所述抽样值量 化，得到数字信号，进一步为： 使用周期冲激信号或周期窄脉冲对所述模拟信号进行抽样得到抽样值，并暂时保持其 电流或电压，再对保持的抽样值进行量化，使其成为时间离散、幅值离散的数字信号。4. 根据权利要求3所述基于MATLAB的PCM通信系统仿真方法，其特征在于， 所述抽样量化步骤中，采用13折线法对信号进行量化。5. -种基于MATLAB的PCM通信系统的仿真系统，其特征在于，所述仿真系统包括： 信号发生器：用于产生模拟信号； 抽样量化模块：用于将所述模拟信号进行抽样，得到抽样值，再将所述抽样值量化，得 到数字信号； 编码模块：用于将所述数字信号进行编码得到二进制码； BPSK调制模块：用于将得到的二进制码进行BPSK调制，得到数据信号； 高斯噪声信道：用于在BPSK调制后的信号中加入高斯噪声； 低通滤波模块：用于将加了高斯噪声的信号通过低通滤波的作用，滤掉高频信号，留下 低频信号； 抽样判决模块：用于将所述低频信号进行抽样判决，得到〇、1比特率的信号； 解码模块：用于将抽样判决后的信号进行解码，得到模拟信号。6. 根据权利要求5所述基于MATLAB的PCM通信系统仿真系统，其特征在于，所述仿真 系统还包括： 误码率计算模块：用于将解码后的模拟信号和编码前的模拟信号进行比对，得出误码 率。
【专利摘要】本申请公开了一种基于MATLAB的PCM通信系统仿真方法，包括产生模拟信号的步骤：通过信号发生器产生模拟信号；抽样量化的步骤：将模拟信号进行抽样，得到抽样值，再将抽样值量化，得到数字信号；PCM编码的步骤：将数字信号进行编码得到二进制码；BPSK调制的步骤：将得到的二进制码进行BPSK调制，得到数据信号；加入高斯噪声的步骤：在BPSK调制后的信号中加入高斯噪声；低通滤波的步骤：将加了高斯噪声的信号通过低通滤波的作用，滤掉高频信号，留下低频信号；抽样判决的步骤：将低频信号进行抽样判决，得到0、1比特率的信号；PCM解码的步骤：将抽样判决后的信号进行解码，得到模拟信号。本发明还提供一种仿真系统，可使信号无失真的转换并在系统中稳定的传输。
【IPC分类】H04L12/24
【公开号】CN105262609
【申请号】CN201510557187
【发明人】张莹, 龚云, 李建涛
【申请人】南京奇幻通信科技有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月2日