【正文】 正整數(shù)。設(shè)置好相關(guān)參數(shù)后調(diào)整界面布局如下圖 左圖所示，右邊圖形是其運(yùn)行后現(xiàn)實的仿真圖形界面。 對模擬信號進(jìn)行抽樣時，只有滿足抽樣定理，得到的序列才可以無失真地恢復(fù) 出 原始 的 信號。 這里我的模擬信號為 ? ? tttx ?? 4c o s22s in ?? ，由抽樣定理可知在對此信號進(jìn)行抽樣時最低抽樣頻率要為 4Hz， 為了演示抽樣定理表示其正確性， 以抽樣頻率分別 為 2Hz、 4Hz 兩種情況為例分別進(jìn)行測試。 當(dāng) 抽樣頻率 為 2Hz 時，測試結(jié)果如圖 所示，由于采樣頻率 較 低，抽樣信號的時間間隔過大，抽樣信號無法較好地描述模擬信號，從界面中可以看到已抽樣信號的頻譜 產(chǎn)生了 混疊 ，就不能恢復(fù)出原始信號 。 該 實驗表明，測試結(jié)果與理論 部分 相符合，可見設(shè)計出的 仿真實驗 達(dá)到了預(yù)期效果。模擬信號 x(t)經(jīng)抽樣后就得到了樣值序列 ? ?? ?snTx ，樣值序列在時間上是離散的，但在幅度上的取值卻還是連續(xù)的，即有無限多種樣值，這種樣值就無法用有限位數(shù)字信號來表示，這樣就必須對樣值進(jìn)一步處理，使它成為在幅度上是有限種取值的離散樣值，這便是量化要實現(xiàn)的，實現(xiàn)量化的器件 稱為量化器。 均勻量化時，量化噪聲平均功率只取決于量化間隔，對于均勻分布的輸入信號而言，輸出量化信噪比是恒定的，但是對于非均勻分布非平穩(wěn)的輸入信號而言，輸入信號功率小時量化信噪比小，反之，輸入信號頻率大時量化信噪比大，這就會影響信號的恢復(fù)。在語言信號數(shù)字化通信中，均勻量化則有明顯不足之處，這是由于電話信號的特點決定的。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是均勻量化的量化間隔 ? 為固定值量化電平分布均勻，因而無論信號大小如何，量化噪聲固定不變，這樣，小信號時的量化信噪比就難以達(dá)到給定的要求。 非均勻量化 量化間隔不相等的量化稱為非均勻量化。 圖 1） A 律壓縮特性 A 律對數(shù)壓縮特性定義為 ? ??????????????11ln1 ln110ln1xAAAxAxAAxxf， 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 22 式中 A 為壓縮系數(shù)。其特性曲線如圖 （ a）所示，在國際標(biāo)準(zhǔn)中 A 取 。 ? =0 時無壓縮， ? 越大壓縮效果越明顯。 圖 A 律和 ? 律壓縮特性的信噪比曲線如圖 所示，從整體上來看 A 律和 ?律性能基本接近。 圖 量化過程仿真 新建一個 GUI 工程，保存文件名為 lianghua，在編輯界面中添加五個按鍵，一個文本編輯框，一個按鍵組，一個靜態(tài)顯示文本，四個坐標(biāo)軸。這里注意要在主界面中模擬信號的波形編碼菜單下的量化子菜單的回調(diào)函數(shù)下添加界面切換函數(shù)，這樣就能從主界面中 切換到量化子界面中來。 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 23 圖 下面三幅圖中分別畫出了量化基數(shù) n= 1 64 時正弦信號均勻量化和非均勻量化的波形圖，并且也畫出了在不同量化級數(shù)時均勻量化和非均勻量的量化誤差，這里非均勻量化使用的是 ? 律壓縮。 量化級數(shù) n=8 圖 量化級數(shù) n=16 圖 量化級數(shù) n=64 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 24 圖 編碼 波形編碼中中最重要的一種方式為脈沖編碼調(diào)制（ PCM）， PCM 是一種將模擬信號的抽樣量化值變換成代碼的編碼方式。 PCM 主要包括抽樣、量化與編碼三個過程。國際標(biāo)準(zhǔn)的 PCM 碼組是由八位碼組成的，一個碼組代表一個一個抽樣值。 A 律壓縮采用 13 折線近似，如下圖 所示，圖中只給出了輸入信號為正時的情況，另外半段與之關(guān)于原點對稱。在仿真中實現(xiàn) A 律編碼也是根據(jù)這條折線來的。 8 位碼的排列如下： 1M 2M 3M 4M 5M 6M 7M 8M 其中第一位 1M 為極性碼， 1 代表正， 0 代表負(fù)。第五位到第八位 5M 6M 7M 8M 表示任一段落內(nèi)的 16 個量化電平值。 圖 編碼過程仿真 新建一個 GUI 工程，保存文件名為編碼，在編輯界面中添加五個按鍵，二個文本編輯框，一個按鍵組，二個靜態(tài)顯示文本，三個坐標(biāo)軸。這里 注意要在主界面中模擬信號的波形編碼菜單下的量化子菜單的回調(diào)函數(shù)下添加界面切換函數(shù)，這樣就能從主界面中切換到量化子界面中來。 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 26 圖 在相關(guān)功能按鍵的回調(diào)函數(shù)后寫入相應(yīng)的程序，運(yùn)行后便可進(jìn)入仿真圖形界面，這下面的 A 律 13 折線編碼原理部分是將圖 的內(nèi)容用程序?qū)懗霰憧傻玫剑?dāng)輸入信號樣值為 1260 時，得到的 8 位編碼為 1 1 1 0 0 0 1 1，與由圖 中的表得到的結(jié)果一致，說明了編碼的正確性。 圖 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 27 數(shù)字信號基帶傳輸 數(shù)字基帶信號是用數(shù)字信息的電脈沖形式來表示的，電脈沖的形式稱為碼型。本模塊主要展示數(shù)字基帶信號的常用碼型波形，主要是二元碼和三元碼。同樣這里要重新設(shè)置一個 GUI 編輯界面，可以由主界面中數(shù)字信號基帶傳輸菜單下的二元碼菜單鍵切換得到，具體切換方法前面已經(jīng)講到了，這里就不在重復(fù)。運(yùn)行后其演示界面如下圖 所示。用高電平和低電平（常為零電平）兩種取值分別表示二進(jìn)制碼 1和 0在整個碼元期間電平保持不變，此種碼通常記作 NRZ 碼。 單極性歸零碼通常記作為 RZ 碼。 t/T 稱為占空比，通常使用的是半占空碼。 雙極性非歸零碼用正電平和負(fù)點平分別表示二級制代碼 1 和 0，在整個碼元期間電平保持不變。 雙極性歸零碼是用正極性的歸零碼和負(fù)極性的歸零碼分別表示二進(jìn)制 1 和0。雖然它的幅度取值存在三種電平，但是它用脈沖的正負(fù)極 性表示兩種信息，因此通常仍然歸入二元碼。其 編碼規(guī)則為：對每個二進(jìn)制碼分別用兩個具有不同相位的二進(jìn)制信碼去取代，即采用在一個碼元時間的中央時刻從 0 到 1 的跳變來表示信息 1，從 1 到 0 的跳變來表示信息 0；或者用前半段時間為 0 后半段時間為 1 來表示 0，而前半段時間為 1 后半段時間為 0 表示信息 1。 6．密勒碼 密勒碼又稱延遲調(diào)制，它是數(shù)字雙相碼的一種 變形?！?0”碼分兩種情況處理：對于單個“ 0”時，在碼元持續(xù)時間內(nèi)不出現(xiàn)電平跳變，且與相鄰碼元的邊界處也不躍變；對于連續(xù)“ 0”時，在兩個“ 0”碼的邊界處出現(xiàn)電平躍變，即“ 00”與“ 11”交替。這種碼不僅與當(dāng)前的信息元有關(guān)，而且與前一個信息元也有關(guān)。 當(dāng)輸入二進(jìn)制碼 1 0 1 1 0 0 1 0 時上述各二元碼的編碼波形如下圖 所示 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 29 圖 三元碼 GUI 編輯界面 建立一個新的 GUI 工程文件，保存文件名為 sanyuanma，在編輯界面中添加三個按鍵，將其屬性中 String 分別設(shè)置為 AMI 碼、 HDB3 碼、返回，字體大小設(shè)置為 18，還要添加三個文本編 輯框，兩個坐標(biāo)軸，一個 Button Group。注意要在主界面中數(shù)字基帶傳輸菜單下的子菜單三元碼的回調(diào)函數(shù)下添加如下程序： h=gcf。 close(h)。最后調(diào)整好界面如下圖 所示。在 AMI 碼中，二進(jìn)制碼 0 用 0 電平表示，二進(jìn)制碼 1 交替地用 +1 和 1 表示。所以由AMI 碼確定的基帶信號無直流分量，且只有很小的低頻分量 。 碼 二進(jìn)制信號序列中的“ 0”碼在 HDB3 碼中仍編為“ 0”碼，二進(jìn)制信號中“ 1”碼，在 HDB3 碼中應(yīng)交替地成 +1 和 1 碼，但序列中出現(xiàn)四個連“ 0”碼時應(yīng)按特殊規(guī)律編碼； 當(dāng)二進(jìn)制序列中四個連“ 0”時按以下規(guī)則編碼：信碼中出現(xiàn)四個連“ 0”碼時，要將這四個連“ 0”碼用 000V 或 B00V 取代節(jié)來代替 (B 和 V 也是“ 1”碼，可正、可負(fù) )。 3. 三元碼仿真界面如下圖 所示： 圖 二進(jìn)制信碼： 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 AMI 碼： 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 HDB3 碼： 1 1 0 1 0 0 0 +V 0 0 0 1 0 0 1 +B 0 0 V 0 1 從圖中可以看出編碼得到的波形與上方我寫出的三元碼編碼碼型一致，說明了仿真結(jié)果的正確性。 yantu。便可由主界面切換到眼圖GUI 界面。仿真中將滾降系統(tǒng) α設(shè)置為可變參數(shù)，更加便于我們對實驗仿真的觀察理解。 數(shù)字信號的碼元進(jìn)行傳輸時通常需要考慮是否存在碼間串?dāng)_問題，碼元傳輸時通常要求無碼間串?dāng)_。升余弦滾降信號的基帶系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為： ? ?? ? ? ?? ?? ????????????????????????????????????? ???TTTSTTTTTSS???????????????1010,11,2s i n1200 ? 稱為滾降系數(shù)， 10 ??? 。 眼圖可以用來檢測接收信號的系統(tǒng)性能特性，在實際工程當(dāng)中，由于部件調(diào)試不理想或信道特性發(fā)生改變，都可能使系統(tǒng)的性能變壞。眼圖可以較為直接的在示波器中觀察，將待測的基帶信號接入到示波器的輸入端，同時將位定時信號作為掃描同步信號。由得到眼圖波形的特點可以定性地反映系統(tǒng)的性能。 由眼圖可獲得的信息有： 眼圖張開部分的寬度決定了接受波形可以不受串?dāng)_影響的時間間隔。 在抽樣時刻，上下兩個陰影區(qū)的高度稱為信號失真量，它是噪聲和碼間串?dāng)_疊加的結(jié)果，所以眼圖的張開度決定了系統(tǒng)的噪聲容限。 圖 3. 眼圖仿真 下面三幅圖畫出了滾降系數(shù) ? 分別為 0、 、 1 時的升余弦滾降信號、基帶信號、眼圖的波形，由于這里 我是的基帶信號是隨機(jī)產(chǎn)生的，所以三幅圖中的基帶信號不相同，但是這不會影響眼圖的效果。 圖 圖 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 33 圖 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 34 數(shù)字信 號的調(diào)制傳輸 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理 1. 二進(jìn)制幅度鍵控（ 2ASK） 在幅度鍵控中載波幅度隨著調(diào)制信號而變化，也就是載波的幅度隨著數(shù)字信號 1 和 0 在兩個電平之間裝換。 一般情況下，調(diào)制信號是有一定波形形狀的二進(jìn)制脈沖序列，可表示為： ? ? ? ?? ?? n n nTstgatB 二進(jìn)制幅度鍵控（ 2ASK）的一般時域表達(dá)式為： ? ? ? ? tnT stgatS nA SK ?c os2 ?????? ?? ? Ts 為調(diào)制時間間隔； g(t)為單個脈沖信號的時間波形； na 是第 n 個碼元的電平值，na 可表示為： ???? PPan 101 出現(xiàn)概率為， 出現(xiàn)概率為， 2ASK 的調(diào)制器可有一個相乘器來實現(xiàn)，如圖 所示。 2ASK 信號包絡(luò)檢波的原理框圖如圖 所示。 基帶信號 已調(diào)信號 載波 Acos c? 基于 MATLAB 的通信原理實驗仿真平臺 35 圖 由于 2ASK 信號的相干解調(diào)需要在接收端產(chǎn)生一個與載波信號相同的本地載波，設(shè)備較為復(fù)雜所以在 ASK 系統(tǒng)中很少使用。在二進(jìn)制情況下， 1 對應(yīng)載波頻率 1f ,0 對應(yīng)載波頻率 2f 。 ???? PPa n 101 出現(xiàn)概率為， 出現(xiàn)概率為， ???? PPan 10,1 概率為， 概率為， 2FSK 信號的產(chǎn)生如圖 。 2PSK 信號的時域表達(dá)式為： ? ? ? ? tnTtgatS SnP SK ?c os2 ?????? ?? ?