通信系统实验报告-均匀量化和非均匀量化系统信号量噪比的特性2
通信系统仿真实验报告
通信系统仿真实验报告通信系统仿真实验报告摘要：本实验旨在通过仿真实验的方式，对通信系统进行测试和分析。
通过搭建仿真环境，我们模拟了通信系统的各个组成部分，并通过实验数据对系统性能进行评估。
本报告将详细介绍实验的背景和目的、实验过程、实验结果以及对结果的分析和讨论。
1. 引言随着信息技术的发展，通信系统在现代社会中扮演着重要的角色。
通信系统的性能对于信息传输的质量和效率起着至关重要的作用。
因此，通过仿真实验对通信系统进行测试和分析，可以帮助我们更好地了解系统的特性，优化系统设计，提高通信质量。
2. 实验背景和目的本次实验的背景是一个基于无线通信的数据传输系统。
我们的目的是通过仿真实验来评估系统的性能，并探讨不同参数对系统性能的影响。
3. 实验环境和方法我们使用MATLAB软件搭建了通信系统的仿真环境。
通过编写仿真程序，我们模拟了信号的传输、接收和解码过程。
我们对系统的关键参数进行了设定，并进行了多次实验以获得可靠的数据。
4. 实验结果通过实验，我们得到了大量的数据，包括信号传输的误码率、信噪比、传输速率等。
我们对这些数据进行了整理和分析，并绘制了相应的图表。
根据实验结果，我们可以评估系统的性能，并对系统进行改进。
5. 结果分析和讨论在对实验结果进行分析和讨论时，我们发现信号传输的误码率与信噪比呈反比关系。
当信噪比较低时，误码率较高，信号传输的可靠性较差。
此外，我们还发现传输速率与信号带宽和调制方式有关。
通过对实验数据的分析，我们可以得出一些结论，并提出一些建议以改善系统性能。
6. 结论通过本次仿真实验，我们对通信系统的性能进行了评估，并得出了一些结论和建议。
实验结果表明，在设计和优化通信系统时，我们应注重信号传输的可靠性和传输速率。
通过不断改进系统参数和算法，我们可以提高通信系统的性能，实现更高质量的数据传输。
7. 展望本次实验只是对通信系统进行了初步的仿真测试，还有许多方面有待进一步研究和探索。
现代通信系统仿真技术实验指导书
大连海洋大学自编教材现代通信系统仿真技术实验指导书李春晖主编王化群审大连海洋大学二○一○年目录实验一均匀PCM (1)实验二非均匀PCM (4)实验三开关信号仿真 (8)实验四多幅度信号仿真 (10)实验五 PAM仿真 (12)实验六正交信号仿真 (15)实验七 FSK信号 (19)实验八二进制FSK仿真 (22)实验一 均匀PCM一、实验目的脉冲编码调制（PCM ）用于在数字传输媒体上传送模拟信号，在 PCM 中，首先对模拟信号以高于其带宽两倍的奈奎斯特率进行采样，然后对所得样本进行量化。
采用不同量化级别生成的 PCM 编码会影响接收器重建模拟信号的质量。
此程序设计练习将有助于观察和分析 PCM 不同量化级别的量化噪声（也称量化误差，定义为输入值与量化值之间的差），使学生对 PCM 有更深入的理解。
二、实验原理在均匀 PCM 中，长度为 2x 的区间[]max max ,x x -+被划分为 N 个相等的子区间，每个子区间长度为max 2x N ∆=。
如果 N 足够大，那么在每一个子区间内输入的密度函数就能认为是均匀的，产生的失真为212D =∆（这里不加证明）。
如果 N 是 2 的幂次，即 2N υ=，那么就要求用比特来表示每个量化电平。
这就意味着，如果模拟信号的带宽为 W ，采样又是在奈奎斯特采样频率下完成的，则传输 PCM 信号所要求的带宽至少是W υ（实际1.5W υ比较接近实际）。
此时失真由下式给出：222max max 212334x x D N υ∆===⨯ （1.1） 如果模拟信号的功率表示为2X ，则信号/量化噪声的比（SQNR ）由下式给出：222222max max 33434X X SQNR N X x x υυ==⨯=⨯ （1.2） 式中 X 表示归一化输入，定义为：maxX X x = （1.3）以分贝计量的 SQNR 为： 24.86dB SQNR X υ≈++ （1.4）量化以后，用υ比特对这些已量化的电平中的每一个进行编码，编码方法通常使用自然二进制码（NBC ），最低电平映射为全 0 序列，最高电平映射为全 1 序列，其余全部电平按已量化值的递增次序映射。
通信系统综合实验报告
班级011506学号**********西安电子科技大学通信系统综合实验报告学院：通信工程学院班级：011506专业：通信与信息系统*****2015年11月通信系统综合实验目录实验一：通信传输的有效性与可靠性分析 (1)一．实验目的 (1)二．实验的仪器和设备 (1)三．实验内容 (1)四．实验要求 (2)五：实验原理 (2)六．实验步骤与实验结果 (3)七．思考题 (10)实验二无线多点组网实验 (11)一．实验目的 (11)二．实验仪器和设备 (11)三．实验原理 (11)四．实验内容及结果分析 (13)五．思考题 (15)实验三数字基带仿真 (16)一．实验目的 (16)二．实验原理 (16)三．实验内容 (20)四．思考题 (28)实验四语音传输 (30)一．实验目的 (30)二．实验器材 (30)三．实验原理 (30)四．实验内容及结果分析 (31)五．思考题 (38)实验一：通信传输的有效性与可靠性分析一．实验目的（1）理解点对点数据传输中的流量控制，差错控制的方法。
（2）结合实验原理分析无误码情况下速率测试的结果；加上误码之后，在通信的可靠性和有效性之间做出折衷。
(3)理解多点共享信道的常用技术和它们的性能。
二．实验的仪器和设备每两台PC机为一组，双方软、硬件配置相同。
（1）硬件：串口连接电缆（反绞，用于连接两台计算机的串口），带串口及USB接口的蓝牙模块，USB电缆，串口连接电缆（不反绞），电源（串口实验时用）。
（2）软件：Windows 2000或Windows 操作系统，TTP通信传输的有效性和可靠性分析实验软件。
三．实验内容1．性能仿真1)连续ARQ和停止等待协议的差错率和帧传送平均延时的关系（点击主界面图上的“仿真2”）。
2)陆地和卫星通信信道环境中，各种参数下最佳帧长与信道利用率的关系（点击主界面图上的“仿真1”）。
3)共享信道技术、网络负载和吞吐量等参数之间的关系（点击主界面图上的“仿真3”～“仿真7”）。
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<V；(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。
实验二：PCM系统仿真
实验二：PCM系统仿真一、实验目的：1、掌握脉冲编码调制原理；2、理解量化级数、量化方法与量化信噪比的关系。
3、理解非均匀量化的优点。
二、实验内容：1、对模拟信号进行抽样和均匀量化，改变量化级数和信号大小，根据MATLAB仿真获得量化误差和量化信噪比。
(必做)2、对模拟信号进行抽样、A律压缩量化，改变量化级数和信号大小，根据MATLAB仿真获得量化误差和量化信噪比。
(选做)3、对抽样值进行A律13折线编码。
(选做)三、实验步骤1、均匀量化(必做)1) 产生一个周期的正弦波x(t) = cos (2 * pi *t )，以1000Hz频率进行采样，并进行8级均匀量化，用plot函数在同一张图上绘出原信号和量化后的信号。
(保存为图2-1)2) 以32Hz的抽样频率对x(t)进行抽样，并进行8级均匀量化。
绘出正弦波波形(用plot函数)、样值图，量化后的样值图、量化误差图(后三个用stem函数)。
(保存为图2-2)3) 以2000Hz对x(t)进行采样，改变量化级数，分别仿真得到编码位数为2～8位时的量化信噪比，绘出量化信噪比随编码位数变化的曲线。
另外绘出理论的量化信噪比曲线进行比较。
(保存为图2-3)4)在编码位数为8和12时采用均匀量化，在输入信号衰减为0～50 dB时，以均匀间隔5 dB仿真得到均匀量化的量化信噪比，绘出量化信噪比随信号衰减变化的图形。
注意，输入信号减小时，量化范围不变；抽样频率为2000 Hz。
(保存为图2-3-2)2) 在编码位数为8和12时均匀量化、编码位数为8时A律压扩量化，在输入信号衰减为0～50dB 时，以均匀间隔5dB仿真得到量化信噪比，绘出量化信噪比随信号衰减变化的图形。
另外绘出8和12位编码时采用均匀量化的理论量化信噪比曲线进行比较。
注意，输入信号减小时，量化范围不变；抽样频率为2000Hz。
(保存为图2-5)二、实验思考题：1、图2-3表明均匀量化信噪比与量化级数(或编码位数)的关系是怎样的？答：量化信噪比随着量化级数的增加而提高，当量化级数较小是不能满足通信质量的要求2、分析图2-5，A律压缩量化相比均匀量化的优势是什么？(选做)答：量化信噪比随着量化级数的增加而提高，当量化级数较小是不能满足通信质量的要求源程序：。
通信技术-10.2 抽样信号的量化
输入样值信号 的概率密度
信号量噪比——信号功率与量化噪声功率之比 ：
解： 量化噪声功率
Nq E (m mq )2
a a
(x
mq
)2
f
(x)dx
S a x2 1 dx (V )2 M 2
a 2a
12
M
i 1
mi mi1
(x
qi
)2
1 2a
dx
M
a iV
(x a iV V )2 1 dx
a ( i 1) V i 1
2 2a
平均信号量噪比
S M2 Nq
M 2N
M i 1
1 2a
V 12
3
MΒιβλιοθήκη V 324a
V 2
2.
A
律 13 折 线
对称输入13折线压缩特性
3 . 压缩律 及其 15 折线
非均匀量化
=0 时无压缩效果
A律和 律不易用
电子线路准确实现， 实用中分别采用
13折线和15折线。
15 折 线
K1 =32
小信号的量噪比是 A律 的 2 倍。 大信号的量化性能比 A律 稍差。
提高小信号的量噪比 压大补小
y= f (x) 对数特性
压缩-扩张特性：
-压缩输出
压缩 特性
入
-扩张输入
扩张 特性
出
在接收端，需要采用一个与压缩特性相反的扩张器来恢复信号。
均匀 量化
…
…
压缩 特性
ITU的两种建议：
1 . A 压缩律
通信原理实验报告
通信原理实验报告实验四：模拟信号的数字传输年级专业2014级通信工程一班学号201409110120201409110121201409110122201409110123姓名张海隆张敏陶萍马董量化和编码0 0 0 0 1 1 1 0)(t x δif (Q(i)>32)&(Q(i)<128)||(Q(i)>=512)&(Q(i)<=2048)code(i,3)=1; %在第三四七八段内，段位码第二位为“1”endif(Q(i)>=16)&(Q(i)<32)||(Q(i)>=64)&(Q(i)<128)||(Q(i)>=256)&(Q(i)<512)||(Q(i)>=1024)&( Q(i)<=2048)code(i,4)=1; %在二四六八段内，段位码第三位为“1”endend%段内码判断程序N=zeros(length(S));for i=1:length(S)N(i)=bin2dec(num2str(code(i,2:4)))+1; %找到code位于第几段enda=[0,16,32,64,128,256,512,1024]; %量化间隔b=[1,1,2,4,8,16,32,64]; %除以16，得到每段的最小量化间隔for i=1:length(S)q=ceil((Q(i)-a(N(i)))/b(N(i))); %求出在段内的位置if q==0code(i,(5:8))=[0,0,0,0]; %如果输入为零则输出“0”else k=num2str(dec2bin(q-1,4)); %编码段内码为二进制code(i,5)=str2num(k(1));code(i,6)=str2num(k(2));code(i,7)=str2num(k(3));code(i,8)=str2num(k(4));endif z(i)>0code(i,1)=1;elseif z(i)<0code(i,1)=0;end %符号位的判断endend译码子程序%PCM译码程序function S=ipcm(code)l=size(code,1); %求出输入码组的个数a=[0,16,32,64,128,256,512,1024]; %段落起点值b=[1,1,2,4,8,16,32,64]; %每段的最小量化间隔c=[0.5:15.5]; %段内码平均值for i=1:lx=code(i,1); %取符号T=bin2dec(num2str(code(i,(2:4))))+1; %判断段落位置。
通信系统综合实验报告实验报告
通信系统综合实验报告实验报告通信系统综合实验报告在现代通信技术日益发展的今天，通信系统已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
为了更好地了解通信系统的原理及运行过程，我们进行了一次综合实验。
实验项目一：频率调制与解调实验通过实验一，我们能够更好地了解到频率调制与解调的原理及方法，对于这一过程的理解可以帮助我们更好地设计通信系统。
在实验过程中，我们使用了信号源、调制信号发生器、解调电路、示波器等仪器设备，将模拟信号转换成高频信号，再经过解调的过程将其还原为原始信号。
通过实验结果，我们发现频率调制可以使信号的传输距离更远，信号质量更高，但同时也需要更多的传输带宽。
而解调过程，则是通过将频率调制后的信号还原为原始信号，从而实现正常的信息传递。
此外，在实验过程中我们还进一步了解了振荡电路的基本特性及使用方法，这对于后续的通信系统设计有着重要的影响。
实验项目二：数字调制与解调实验数字调制与解调是现代通信技术不可或缺的一部分，通过该技术可以将模拟信号转换为数字信号，从而更好地保证信号质量及传输距离。
在实验过程中，我们使用了数字信号发生器、信道模拟器、解调器等仪器设备，通过数字技术将模拟信号转化为数字信号，再经过解调过程将其还原为原始信号。
通过实验结果，我们发现数字调制可以有效地提高数据传输速率及可靠性，同时减少噪声对信号的影响。
而数字解调的过程则是通过将数字信号还原为原始信号，从而实现正常的信息传递。
此外，在实验过程中我们还学习了数字信号的基本特性及处理方法，对于后续通信系统设计有着重要的意义。
实验项目三：移频钳实验移频钳是一种常用的频率稳定技术，在现代通信系统中应用广泛。
通过该技术，可以将高频稳定振荡器的输出信号与一个参考信号进行比较，实现高精度的频率控制。
在实验过程中，我们使用了高精度振荡器、频率计、移频钳等仪器设备，通过移频钳技术实现对振荡器输出信号的精确控制。
通过实验结果，我们发现移频钳技术可以有效地提高振荡器输出信号的稳定性及精确度，从而更好地保证数据传输质量及距离。
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《现代通信系统》
实验报告
均匀量化和非均匀量化系统信号量噪比的特性
一、问题提出
数字通信系统中信道中传输的是数字信号，数字传输随着微电子技术和计算机技术的发展，其优越性日益明显，优点是抗干扰强、失真小、传输特性稳定、远距离中继噪声不积累、还可以有效编码、译码和保密编码来提高通信系统的有效性，可靠性和保密性。
PCM系统实现将模拟输入信号转变为数字信号。
模拟信号首先被抽样，成为抽样信号，他在时间上是离散的，但是其取值仍然是连续的，所以是离散模拟信号，量化是使抽样信号变成量化信号，其取值是使离散的，故量化信号已经是数字信号了，第三步是编码，它将量化后的信号变成二进制码元。
因此，可以看出“量化”在模/数转换中起着至关重要的作用，是其不可缺少的环节。
二、量化方式及其特点
（一）量化和量化误差
量化是将抽样信号幅值进行离散化处理的过程。
量化后，无限个模拟抽样值变成了有限个量化电平，即模拟PAM信号变成多电平的数字信号。
量化过程是一个近似表示的过程，无限个数值的模拟信号用有限个数值的离散信号近似表示，将产生量化误差（量化前后信号之差），通常用量化噪声功率进行表示。
（二）量化的两种方式：均匀量化和非均匀量化。
1 .均匀量化：把输入信号的取值域等间隔分割成的量化称为均匀量化。
在均匀量化中，每个量化区间的量化电平均取个区间的中点。
2. 非均匀量化：非均匀量化是为了克服均匀量化的缺点，改善小信号时的量化信噪比而提出的。
非均匀量化是指量化间隔随信号抽样值的大小而变化，当信号抽样值小时，量化间隔也小；反之，当信号抽样值大时，量化间隔也大。
非均匀量化并非是直接实现的，而是先通过将信号抽样值压缩再进行均匀量化，从而达到非均匀量化的结果。
本实验采用的是A压缩律的近似A律十三折线计算，下面给出A律的公式:
101ln ()1ln 111ln Ax x A A f x Ax x A A
⎧≤≤⎪⎪+=⎨+⎪≤≤⎪⎩+ 式中x 为压缩器归一化输入电压；y 为压缩器归一化输出电压；A 为常数，其决定压缩程度，在实用中，选择A=87.6，对数压缩特性曲线如图1所示，对数压缩特性的折线近似如图2示。
图1
图2
由图2我们可以得出A律13折线压缩特性如下：将X轴0-1范围内不均匀分成8段，每次按二分之一对分，每段再均分16个量化级。
在Y轴0-1均分成8段，每段均分16个量化级；这样X，Y轴都有128个量化级，最小量化单位为1/2048.
三、仿真过程
3.1仿真思路及框图
1.均匀量化：
假定量化器允许的最大信号幅值为[-A m，A m]，量化电平数为M。
现有一个幅度可变的正弦类信号，用fs进行抽样，此时输入信号的幅值范围为[-A，A]
量化间隔为：.
量化电平为.其中i=1,2,3……M
区间边界值为：其中i=1,2,3……M
若抽样值属于区间，则令输出电平.将抽样值与量化电平进行
计算，得出实际的量化信噪比，画出图像，将其与理论图像相对比，查看结果。
理论公式如下：
理论上，输入信号功率.
量化噪声功率.
所以量化信噪比(经验公式).
通过变化A来验证小功率信号受到量化误差的影响更大的特性，变化M来验证均匀量化的量化噪声功率只与量化间隔或量化级数有关
图3
2.非均量化
假定量化器允许的最大信号幅值为[-A m，A m]，量化电平数为M。
现有一个幅度可变的正弦类信号，进行抽样。
此时输入信号的幅值范围为[-A，A] 压缩器归一化处理：用“输入信号幅值/系统允许的最大幅值”得.
通过压缩器后的输出z相当于归一化的输出信号，则输出信号为.
然后对y进行均匀量化得到相应的量化信噪比的值
图 4
3.2.1均匀量化
图5 3.2.2非均匀量化
图6
（1）图5可以看出功率一定时量化信噪比随量化级数M增加而增加，量化级数M一定时，量化信噪比随信号功率增加而增加，小功率信号的信噪比小受量化误差的影响更大。
与理论的结果是相近的。
（2）图6表示非均匀量化在小信号的时候信噪比上升极快，在相同的M值的情况下，可以看出非均匀量化中的小功率信号的信号量噪比明显比均匀量化中相同功率的小功率信号来得大。
说明非均匀量化能改善小信号的信噪比受量化误差的影响，符合使用非均匀量化的目的。
四、总结
本文介绍了PCM编码中均匀与非均匀量化，通过理论结合MATLAB仿真实践，由于之前很少接触MATLAB这个软件，以及对理论知识了解不够深刻，导致实验磕磕碰碰，在同学的帮助指导下终于完成。
此次实验加深了我对软件的理解以及对理论知识的巩固。
从实验结果可以验证理论知识：均匀量化的主要缺点是，无论抽样值的大小如何，量化噪声功率只与量化间隔或量化级数有关，量化信噪比随着信号功率的减少而减少，即小功率信号的信噪比小受量化误差的影响更大。
为了克服这个缺点，提出来非均匀量化。
非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。
对于信号取值小的区间，其量化间隔也小;反之，量化间隔就大。
它与均匀量化相比，有两个主要的优点:当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度时，非均匀量化器的输出端可以较高的平均信号量化噪声功率比；非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。
因此，量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。