【文章內(nèi)容簡介】 過程 （4）確認是否安裝MATLAB Notebook （5）安裝完畢。如安裝成功，桌面就會形成MATLAB圖標(biāo)，否則即表明安裝失敗，需要重新安裝。 MATLAB的工作環(huán)境主要由命令窗口、當(dāng)前路徑窗口、工作空間瀏覽器窗口、命令歷史窗口、啟動平臺、圖形窗口和文本編輯窗口組成。 MATLAB的通信工具箱中有許多仿真函數(shù)和模塊，用來對通信系統(tǒng)進行仿真和分析。我們可以根據(jù)自己的需要選擇這些仿真函數(shù)和模塊來搭建自己的通信系統(tǒng)仿真模型。這些通信系統(tǒng)中的仿真模塊可以直接調(diào)用，還可以根據(jù)用戶的需要來進行修改，讓它滿足具體的設(shè)計和運算需求。通信工具箱中，主要由兩部分內(nèi)容組成：通信函數(shù)命令和Simulink的通信模塊集仿真模塊。可以在MATLAB的工作空間中直接調(diào)用工具箱中的函數(shù)，還可以使用Simulink平臺來構(gòu)造需要的仿真模塊，以達到擴充工具箱內(nèi)容的目的[3]。通過對調(diào)制解調(diào)技術(shù)、信源編碼譯碼、通信仿真輸出和同步技術(shù)仿真的MATLAB仿真方法與技巧的學(xué)習(xí)與掌握，加深了自己對MATLAB通信工具的認知。通信工具箱常用函數(shù)如表21：表21 通信工具箱函數(shù)類別函數(shù)名稱功能說明Signal Sources信號源函數(shù)randerr生成隨機誤差圖andint生成均勻分布的隨機整數(shù)信號randstr按預(yù)定方式生成隨機信號矩陣Wgn生成高斯白噪聲信號Signal Analysis Function信號分析函數(shù)biterr計算誤比特數(shù)和誤比特率eyediagram生成眼圖scatterplot生成散布圖symerr計算誤符號數(shù)和誤符號率Source Coding信源編碼pand計算u率或者A率壓擴dpcmdeco差分脈碼調(diào)制譯碼dpcmenco差分脈碼調(diào)制編碼 dpcmopt采用優(yōu)化脈沖編碼調(diào)制進行參數(shù)估計lloyds采用訓(xùn)練序列和Lloyd算法優(yōu)化標(biāo)量算法quantiz生成量化序列和量化值（1）通信系統(tǒng)的誤碼率仿真衡量通信系統(tǒng)性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)是通信系統(tǒng)誤碼率的大小。如何計算通信系統(tǒng)的誤碼率？通信系統(tǒng)模型的誤碼率計算主要是由設(shè)置相關(guān)參數(shù)、創(chuàng)建信號及信源編碼、調(diào)制、對調(diào)制信號添加高斯噪聲、解調(diào)、計算系統(tǒng)的誤碼率等步驟來組成的。（2）誤碼率仿真界面MATLAB中提供了一種很有效的誤碼率分析工具——誤碼率仿真界面，我們可以用它來計算和比較不同調(diào)制方式、不同差錯控制編碼方式和不同信道噪聲模型條件下通信系統(tǒng)的誤碼率。在MATLAB命令窗口中輸入以下命令：mgui這時我們可以打開一個用戶界面窗口——誤碼率仿真窗口。誤碼率仿真窗口如圖24所示。由圖24可以看出，誤碼率仿真窗口中包括了通信系統(tǒng)中信號處理的全部過程。比如說原信號的生成、誤碼率的計算等過程都能夠在誤碼率仿真窗口中得到實現(xiàn)。圖24誤碼率仿真窗口由圖24可以看出，誤碼率仿真窗口的上半部分分為了四個功能區(qū)域，它們分別是：l Source（信號源）l ErrCtrCode（差錯控制編碼）l Modulation（信號調(diào)制編碼）l Channel（信道）第三章 模擬信號的數(shù)字傳輸 由于數(shù)字通信系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點，所以數(shù)字通信系統(tǒng)已成為當(dāng)今社會通信的發(fā)展方向。但是自然界的許多信息經(jīng)過各種各樣的感知器感知后往往是模擬量，比如說電話、電視等，其信源發(fā)出的都是模擬信號。本章將著重介紹如何將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。模擬信號數(shù)字化就是將連續(xù)變化的物理量轉(zhuǎn)換成可以用有限個數(shù)值來表示的離散數(shù)列。模擬信號數(shù)字化方法可以分為波形編碼和參量編碼。其中波形編碼方法分為脈沖編碼調(diào)制（PCM）和增量調(diào)制（△M）[4]。模擬信號的數(shù)字化傳輸框圖如圖31:圖31 數(shù)字化傳輸框圖抽樣就是把模擬信號在時間上的連續(xù)變成離散的抽樣值。而能不能用這一系列抽樣值重新恢復(fù)原信號，就需要抽樣定理來解決了。所以說，如果我們要傳輸模擬信號，可以通過傳輸抽樣定理的抽樣值來實現(xiàn)而不是非要傳輸原本的模擬信號。模擬信號數(shù)字化的理論基礎(chǔ)就是抽樣定理，抽樣定理的作用不言而喻。舉例來說，生活中常見的語音信號就是模擬信號，語音信號在幅度取值上是連續(xù)的，并且在時間上它也是連續(xù)的。要想讓語音信號實現(xiàn)數(shù)字化并實現(xiàn)時分多路復(fù)用，第一點就要對語音信號進行離散化處理，而這個處理過程就叫做抽樣。換種說法，抽樣就是隔一段時間T（固定的時間間隔），抽取語音信號的一個抽樣值（瞬時幅度值）。這一系列在時間上離散的抽樣值組成了樣值序列。樣值序列可以實現(xiàn)時分多路復(fù)用，還可以將每個抽樣值經(jīng)過量化和編碼兩種過程轉(zhuǎn)換成二進制的數(shù)字信號。經(jīng)多次理論研究和實踐探索證明，抽樣脈沖的時間間隔T≤1/（2fH）(或者是f≥2fH)(fH是語音信號的最高頻率)，抽樣以后的樣值序列就可以不失真的被還原成原本的語音信號。比如說,一路電話信號的頻帶為300～3400Hz，fm=3400Hz，則抽樣頻率fs≥23400=6800Hz。如果按照抽樣頻率是6800Hz來對300Hz～3400Hz的電話信號進行抽樣，那么進行抽樣后的樣值序列就可以不失真的還原成原本的語音信號，而語音信號的抽樣頻率一般取值是8000Hz。對于PAL制電視信號，相信大家都非常熟悉。PAL制電視信號的視頻帶寬通常為6MHz。如果按照CCIR601的建議。抽樣轉(zhuǎn)換后的脈沖信號的幅度仍然是模擬的，要用數(shù)碼來進行表示，就必須進行離散化的處理。這就要求對幅值進行舍零取整的操作，此過程稱為量化。量化中具有兩種方法：只舍不入和有舍有入。量化方法中，取整的時候只舍不入，就是說0～1伏之間輸入的所有電壓輸出都為0伏，1～2伏之間所有的輸入電壓輸出都為1伏等等。使用只舍不入方式時，輸入的電壓總是大于輸出的電壓，所以產(chǎn)生的量化誤差通常是正的。大小為兩個相鄰的量化級的間隔Δ。量化方法中，取整的時候有舍有入，即0～，～。采用有舍有入的方式時通常有正有負，量化的誤差絕對值最大為Δ/2。所以，通常采用誤差相對較小的有舍有入的方法進行量化。 僅僅使用量化的輸出信號來代替原來的信號會存在失真。通常來說，我們可以把量化誤差的幅度概率分布看做是Δ/2～+Δ/2之間的均勻分布。這能夠證明量化失真功率與最小的量化間隔的平方成正比例。所以說，最小的量化間隔越小，失真就會越??；最小量化的間隔越小，用以表現(xiàn)一定幅度的模擬信號時所需要的量化級數(shù)就會越多。所以，傳輸和處理起來就會越來越復(fù)雜。因此，量化時既要盡可能的減少量化的級數(shù)，又要使量化失真不容易被看出來。通常都要用一個二進制數(shù)來表達某一個量化級數(shù)，經(jīng)過傳輸在接收端再依據(jù)這個表達量化級數(shù)的二進制數(shù)來恢復(fù)原來信號的幅值。我們所說的量化比特數(shù)是說的要區(qū)分所有量化級數(shù)所需要的多少位二進制數(shù)。比如說，現(xiàn)在有8個量化級，那么就可以用三位二進制數(shù)來進行區(qū)分，原因是，稱8個量化級的量化是3比特量化。而8比特量化則指的是一共有3個量化級的量化。量化的誤差與噪聲相比，兩者是有本質(zhì)上的區(qū)別的。原因是任何時刻的量化誤差都是能夠從輸入信號中求出來的，然而信號與噪聲之間則并沒有這種關(guān)系。這能夠證明，量化的誤差是高階非線性失真的結(jié)果。但是量化失真在信號中的表現(xiàn)卻相似于噪聲，兩者同樣有很寬的頻譜，所以量化誤差也被稱作是量化噪聲并且能夠用信噪比來進行衡量。上面所描述的方法稱為線性量化，是采用均勻間隔量化級數(shù)來進行量化的方法。這種量化方式有造成大信號時信噪比有余但是小信號時信噪比不夠的缺點。如果小信號時量化級間寬度小一點，大信號時量化級間的寬度大一點，小信號時信噪比和大信號時信噪比就會逐漸一致。我們所熟知的數(shù)字電視信號通常就采用了這種非均勻量化的方法。采用這種方法是因為模擬的視頻信號通常需要進行校正，而這種校正類似于非線性的量化特性，能夠減輕甚至消除小信號時誤差帶來的影響。 而對于音頻信號的非均勻量化來說，現(xiàn)在也是采用了壓縮、擴張的方式，也就是先在發(fā)送端對輸入的信號進行壓縮處理，然后進行均勻量化，最終在接收端對信號再進行相應(yīng)的擴張?zhí)幚?。在我國，現(xiàn)在采用的是A律13折線壓擴特性。因為采用13折線壓擴特性后，小信號時量化信噪比的改善量相當(dāng)可觀，可以達到24dB。但這是靠著犧牲大信號量化信噪比(虧損12dB)來對換的。經(jīng)過抽樣和量化后的信號是數(shù)字信號嗎？答案是否定的。我們還需要把它變成數(shù)字編碼脈沖，這個過程被稱為是編碼。在所有編碼方式中，最簡單的就要屬二進制編碼了。詳細點說，就是利用n比特的二進制碼來表示出已經(jīng)量化過的抽樣值，每一個二進制數(shù)都對應(yīng)了一個量化值，然后再通過排列得到由二值脈沖所組成的數(shù)字化信息流。在接收端，編碼過程能夠依據(jù)收到的信號重新組成原本的抽樣值。最后經(jīng)過低通濾波器來恢復(fù)原來的信號，這種方式稱為所傳輸數(shù)字信號的數(shù)碼率。顯而易見，抽樣頻率高了，量化比特數(shù)就會越大，隨之而來的是數(shù)碼率的升高，需要的傳輸帶寬也就越寬。上述所說的是自然二進制碼，除了這種二進制碼還有其他形式的二進制碼。比如說格雷碼和折疊二進制碼等等。這三種二進制碼各有所長各有所短。下面列舉下它們的優(yōu)缺點：（1） 自然二進制碼是和二進制數(shù)互相對應(yīng)的，比較簡單，容易執(zhí)行。因為它是權(quán)重碼，所以每一位都有確定的大小，并且能夠直接進行大小的比較和各種算術(shù)運算。自然二進制碼能夠直接利用D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號。但有一些特殊情況，比如從十進制的3轉(zhuǎn)換成4時，二進制碼的每一位都要進行變化，同時使數(shù)字電路產(chǎn)生相當(dāng)大的尖峰電流脈沖。（2） 相比較之下，格雷碼就沒有了這一缺點。格雷碼在相鄰的電平之間轉(zhuǎn)換時，只有一位發(fā)生變化。格雷碼不能直接利用D/A（數(shù)/模）轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號，需要先轉(zhuǎn)換成自然二進制碼才能實現(xiàn)。（3） 折疊二進制碼是沿中心電平上下對稱的，比較適合用來表示正負對稱的雙極性信號。折疊二進制碼的最高位可以用來區(qū)分各種信號幅值的正負而且它的抗誤碼能力