毕业设计（论文）基于MATLAB的通信原理仿真实验平台.doc

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1、本科毕业论文论文题目：基于MATLAB的通信原理仿真实验平台 院 系： 专业名称： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 二一五年五月毕业设计（论文）诚信声明书 本人声明：本人所提交的毕业论文基于MATLAB的通信原理实验原理仿真平台是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 论文作者： （签字） 时间：2015年5月 6日指导教师已阅： （签字） 时间：2015年5月6日 目 录前言61、 设计软件介绍71.1 MATLAB简

2、介71.2 MATLAB GUI简介72、GUI仿真平台整体构建方案92.1 GUI总体系统结构92.2 GUI可视化界面设计102.2.1 通信原理GUI设计系统流图102.2.2 GUI系统主界面图102.2.3 GUI系统主界面设计介绍113、 通信原理仿真实验内容133.1 模拟线性调制133.1.1 AM调制解调133.1.2 DSB调制解调133.1.3 SSB调制解调143.1.4 模拟线性调制GUI模块设计163.1.5 模拟线性调制仿真结果163.2 模拟信号波形编码193.2.1抽样193.2.2 抽样过程仿真193.2.3量化213.2.4 量化过程仿真223.2.5编码

3、243.2.6编码过程仿真253.3 数字信号基带传输273.3.1 二元码GUI编辑界面273.3.2 二元码编码原理及仿真波形273.3.3 三元码GUI编辑界面293.3.4 三元码编码原理及仿真293.3.5 眼图GUI编辑界面303.3.6 眼图原理及仿真313.4 数字信号的调制传输343.4.1 二进制数字调制原理343.4.2 二进制数字调制仿真374、总结41参考文献43中文摘要随着当代的快速发展，通信技术在我们的生活中扮演者越来越重要的角色，我们的生活中也越来越离不开通信，毋庸置疑通信技术已经成为了你我生活中必不可少的一部分。专业为电子技术的学生对通信技术的学习掌握也就越来

4、越显得重要，因为这不仅是自己本专业的需求更是社会的需求。在对通信原理教材有了一定的学习后，我掌握了通信的一些基础性知识，但是很少进行仿真实验。本论文中着重介绍基于MATLAB的通信原理实验仿真平台，以便我们对通信原理的基础知识有着更加深入的理解，便于以后更加深入的学习通信技术，本文中重点讲述了利用MATLAB软件设计通信原理仿真实验平台的基本原理及其功能，在MATLAB软件提供的图形用户界面GUI中设计出了多个实验仿真界面，仿真出了通信原理的多个基础实验内容，便于我们更加清晰的对通信原理基础知识有着深入的了解。MATLAB中GUI设计出的通信原理实验仿真平台的界面设计简单，结构一体化，让操作者

5、一目了然，对通信原理的知识具有很强的演示性，操作简单方便，以图形及动态仿真演示了通信原理中相关知识中抽象的内容及波形，便于我们理解通信原理中相关知识点，提高学习效率。本论文文中介绍了模拟线性调制、模拟信号波形编码、数字信号基带传输、数字信号的调制传输等相关内容，并在MATLAB软件GUI中设计出了相关知识点的仿真实例，大体上分为上述四个模块来对通信原理知识进行仿真，无疑会有利于我们对通信原理的知识有着更深入的理解。关键词：通信原理；MATLAB；仿真；GUI设计。ABSTRACTWith the rapid development of modern technology, Communica

6、tion technology plays a more and more important role in our life，our life is becoming more and more inseparable from the communication，and at the same time it is undoubted that communication technology has become an indispensable part of the you in my life. Today it is more and more important for th

7、ose students whose major are electronic information technology to master the knowledge aboutcommunication technology. Not only it is their profession require but also the demand of our society. After learning the textbook about communication principle, I know some basic knowledge about communication

8、, but I seldom have a simulation experiment about it. This thesis will focuses on the communication principle based on the matlabgraphicalinteractiveexperimentsplatform(MATLAB GUI), so that we can have a in-deep understand about the basic knowledge of communication principle, it will facilitate our

9、further study about on the communication technology. This article emphasize how to use of MATLAB software to design the basic principle of simulation experiment platform and its function based on communication principle knowledge. I design multiple interface in the MATLAB software which provides a g

10、raphical user interface GUI. That MATLAB GUI project about communication principle will help us have a deep understand what we have learned the basic knowledge about communication principle. MATLAB interface designof GUIcommunicationprinciple experiment simulation platformhas the advantages of simpl

11、estructure,integration, allows the operator to stick out a mil-e of the principle of the communication of knowledge ,and it has demonstrated strong,simple and convenient operation,thesimulation demographics anddynamiccontent and waveform of abstract principle of communication knowledge,facilitate ou

12、r understanding ofthe relevant knowledge andthe principle of communication, improve the learning efficiency. This paperintroduces thelinear analogmodulation,analog signal waveform coding,the baseband digital signal transmission,digitalsignal modulation andtransmissionand other related content,and th

13、e MATLAB software GUIdesigned asimulation exampleof knowledge points,divided intothe four modulesofcommunicationprinciple of knowledgesimulation. Undoubtedly that platform will help us have a more in-depth understanding of our knowledge about the principles of communication.Key word: communication p

14、rinciple MATLAB GUI simulation 前 言 21世纪人类无疑已经进入了信息化时代，信息的传输无疑成为当今社会的重中之重，通信技术便由此而生，在当今高度信息化得社会，信息和通信已经成为现代社会的“命脉”，更是成为推动经济的新引擎。掌握了通信相关的技术对以后无疑会有广阔的前景。信息作为一种资源，只有通过广泛的传播与交流，才能产生利用价值，促进社会成员之间的合作，推动社会生产力的发展，创造出巨大的经济效益。通信在现在社会生活中的各个方面都有着非常广泛的应用，现在的手机通信、光纤通信、无线通信、卫星通信等领域都是对通信技术的应用，可以说通信技术有着广阔的前景。对于一个专业为信

15、息科学与电子技术专业的学生来说，熟练的掌握通信原理的基础知识就显得尤为重要。对通信原理的学习中，肯定是离不开通信原理的一些实验的，但是有时候由于实验室条件有限，还有一些硬件设备损坏等原因使得相关实验难以实现，MATLAB是美国MathWorks公司开发的一款优秀软件，它成功的解决了这一问题，同时它也广泛的应用于自动控制、数学计算、信号分析、信号处理等诸多领域,也是国内高校和研究部门进行许多科学研究的重要工具。MATLAB的出现给通信系统的分析提供了极大的方便。更是对我们学习通信的初学者提供了一个非常好的实验平台，利用MATLAB我们可以对通信中的相关知识进行仿真设计，使相关知识点可视化，加深我

16、们对其理解。MATLAB中有基于simulink的仿真平台和基于GUI的仿真平台。simulink中是基于一些模块的连接并设置好模块中的参数来达到仿真的目的，类似于实验室中的具体硬件电路实验；而MATLAB GUI中是在相应的回调函数下写下相关程序代码来达到实验仿真的目的。这两个仿真平台各有特色，本文中是利用MATLAB GUI来设计基于通信原理实验的仿真平台，设计的可视化界面结构简单，可以将通信原理相关知识点一体化于这一个系统中，中间用界面切换来改变界面，并仿真不同的知识点。本论文中在GUI主界面中我总共设计了四大模块，及模拟线性调制、模拟信号波形编码、数字信号基带传输、数字信号的调制传输。

17、通信原理的仿真实验就是基于这四大模块来展开的，由于时间有限、自己的水平有限等相关原因，有些仿真实验部分不够完善，以后定会更加深入的分析并不断优化自己的相关知识。还有就是这里由于篇幅有限，我只是对通信原理中部分知识做了仿真设计，还有一部分知识在这里没有涉及到，但那些知识也是通信原理中非常重要的基础知识，同样可以在仿真平台中实现，这里我就不一一阐述。本论文注重MATLAB中图形界面的仿真设计，所有模块都是基于一个工程下完成，具有较好的演示效果。 1、 设计软件介绍1.1 MATLAB简介Matlab是由美国Math Works公司于1984年推出的一套高性能的数值计算可视化软件，它集数值分析、矩阵

18、运算、信号处理和图形显示于一体，被称为第四代计算机语言，是目前国际上最流行、应用最广泛的科学与工程计算软件，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。其是由美国Math Works公司发布的主要用于科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的

19、编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。Matlab中包括被称作工具箱的各类应用问题的求解工具。工具箱实际上是对Matlab进行扩展应用的一系列Matlab函数（即M文件），可以用来求解各类学科的问题，包括控制系统识别、神经网络、图像处理、信号处理等。随着Matlab版本的不断升级，其所含的工具箱的功能越来越丰富，应用范围也越来越广泛。它具有运算符丰富、程序环境高级并且简单、设计自由、可移植性好、图形功能强大、使用方便灵活、具有强大的工具箱、源程序开放等优点，现被广泛应用于自动控制、航天工业、汽车工业、生物医学工程、语音处理和雷达工程等行业，也是国内外高校和研究部门进行许多科学研究的重

20、要工具。目前许多大学的实验室都安装有Matlab供学习和研究之用。Matlab在科研和高校基础课教学中具有明显优势，是理工科大学生必不可少的工具。1.2 MATLAB GUI简介Matlab以其强大的科学计算及图像生成功能著称，它同时也提供了图形用户界面的设计和开发功能。GUI即图形用户界面，是Graphical User Interface简称，又称图形用户接口。它包含图形对象，如窗口、图标、菜单和文本的用户界面，是用户和计算机之间交流的工具。Matlab 7.1为了方便制作图形用户界面GUI，提供了一个交互式的设计工具GUIDE。通过GUIDE可以很方便地设计出各种符合要求的图形用户界面。

21、用户通过一定的方法如鼠标、键盘等选择、激活这些图形对象，使计算机产生某种动作或者变化（比如计算、绘图等）。GUI设计既能以Matlab程序设计为主，也能以鼠标为主，利用GUIDE工具进行设计，也可以结合以上两种方法进行设计。Matlab将所有GUI支持的用户控件都集成在这个环境中并提供界面外观、属性和行为响应方式的设置方法，随着版本的提高，这种能力还会不断加强。GUIDE将用户保存设计好的图形用户界面保存在一个FIG资源文件中，FIG文件是一个二进制文件，包含系列化的图形窗口对象，所有对象的属性都是用户创建图形窗口时保存的属性，该文件最主要的功能是对象句柄的保存。同时自动生成包含图形用户界面初

22、始化和组件界面布局控制代码的M文件，这个M文件为实现回调函数的编写提供了一个参考框架。M文件包含GUI设计、控制函数及控件的回调函数，主要用来控制GUI展开时的各种特征。M文件基本上可以分为GUI初始化和回调函数2个部分，控件的回调函数可根据用户与GUI的具体交互行为分别调用。用户界面的重要性在于它极大地影响了最终用户的使用，影响了计算机的推广使用，甚至影响到人们的工作和生活。由于开放用户界面的工作量极大，加上不同用户对界面的要求不尽相同，因此，用户界面已成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前，Internet的发展异常迅猛，虚拟现实、科学计算可视化及多媒体技术等对用户界面提出了更高的要求

23、。GUI的广泛流行是当今计算机技术的重大成就之一，它以友好性、直观性、易懂性在软件编程上被广泛使用。2、GUI仿真平台整体构建方案2.1 GUI总体系统结构基于Matlab其强大的功能，利用Matlab GUI工具箱可以设计和实现通信原理课程中相关知识点内容的交互式实时动态演示仿真系统。通信原理的内容较为庞杂，所涉及的知识面也比较广泛，本文选取通信原理中4个基础知识模块进行分析和设计，分别为：模拟线性调制解调系统、模拟信号波形编码、数字信号基带传输、数字信号调制传输。每个知识模块又可划分为几个小知识模块。其中，模拟线性调制解调系统包括调幅信号（AM）的调制解调、抑制载波双边带信号（DSB）的调

24、制解调、单边带信号（SSB）的调制解调。模拟信号波形编码包含了抽样、量化、编码3个子模块。数字信号的基带传输包含了二元码、三元码、眼图3个子模块。数字信号调制传输系统包含了2ASK调制解调、2FSK调制解调、2PSK调制解调3个子模块。系统总体结构如下图2-1所示。通信原理GUI仿真平台模 拟 线 性调 制AM调制解调DSB调制解调SSB调制解调模拟信号波形编 码抽 样量 化编 码数字信号基带传 输二元码三元码眼 图数字信号调制传 输2ASK调制解调2FSK调制解调2PSK调制解调通信原理仿真实验总体设计框图2-12.2 GUI可视化界面设计2.2.1 通信原理GUI设计系统流图在GUI可视化

25、界面设计的基本原则简单些、一致性、习惯性等基础上根据系统流图设计GUI界面。设计的系统流图如下2-2所示：GUI主界面 退 出模拟线性调制子 界 面模拟信号波形编 码子 界 面返 回返 回数字信号基带传 输子 界 面返 回数字信号的调制 传 输子 界 面返 回GUI系统流图2-22.2.2 GUI系统主界面图根据要求设计出的基于MATLAB的通信原理实验仿真GUI平台的主界面如下图2-3所示，为了增加界面的美观性在显示界面中加入了一张图片，界面的左上角设置了四个上拉菜单，每个菜单下面还有一些子菜单，界面中还设置了一个退出按键，便于我们退出主界面。批 GUI主界面2-32.2.3 GUI系统主界

26、面设计介绍在MATLAB主窗口中输入guide或者是在file下的new菜单中选择gui就可以打开GUIDE Quick Start界面，选择Creat New GUI(新建一个GUI)，并选择好保存路径，在GUI窗口中加入一个坐标轴，一个按键，两个文本框，设置成如图1-3左边图形，在菜单编辑窗口中设置菜单选项如图2-4所示，设置四个主菜单选项并在Label下修改其名称，再在相应主菜单下设置子菜单，确定后就可以得到主界面中相应的菜单选项。菜单设置2-4 主界面中退出按键、图像显示、界面切换等功能都要在相应的回调函数中编写程序来实现其相应的功能。 图片显示： 为了使主界面美观可以在主界面上添加图

27、片。实际上就是将图片显示在axes中。首先我们要知道图片的像素，然后调整好axes的尺寸来与图片相适应，具体方法为：例如图片像素为800 500时，双击axes，在弹出的属性查看器中将Units设置为pixels（像素），将Position属性中的Width和Height分别设置为800和500。然后再编辑对应的M文件，在M文件中的OpeningFcn函数下面添加如下代码：backgroundImage = importdata(D:2015 毕业论文设计MATLAB 仿真tu.bmp); % 将背景图像载入Matlab GUI中axes(handles.axes1); % 选择坐标系1ima

28、ge(backgroundImage); % 将图片添加到坐标系中axis off; % 去掉坐标系的坐标轴标签保存后，打开主界面运行后就可以在可视化窗口中显示图片。 退出按键功能显示：在退出按键上点击右键，点击View Callbacks下的Callback即可进入退出按键的回调函数下，在其回调函数下添加如下代码： Close(gcbf); %关闭主界面 quit; %退出系统保存后，运行下在演示窗口中点击退出按键即可退出系统。界面切换功能：在主界面中要用到界面切换功能，点击相应的菜单选项要能切换到相应的GUI子界面中，如点击主界面中的模拟线性调制菜单选项就要进入模拟线性调制的子界面中在进行

29、相关内容的仿真实验。这里就学要在菜单编辑框中进入相应菜单下的Callback(回调函数)中编写相关程序，如模拟线性调制的界面切换程序如下：h=gcf; %主界面参数传递给hxu1; %显示模拟线性调制的GUI模块close(h); %关闭主界面显示保存后，运行后在主界面窗口中点击模拟线性调制菜单就可以切换到相应的子界面中。其他几个菜单选项的界面切换与上面的类似。3、 通信原理仿真实验内容3.1 模拟线性调制 这里主要讲述一下模拟调制中的幅度调制及解调的原理和方法，仿真模块放在下一节中讲述，模拟线性调制为通信原理中较为重要的基础部分，对其深入的掌握有利于后面数字信号调制知识的学习。模拟线性调制解

30、调我们都采用相干解调。3.1.1 AM调制解调调制信号s(t): m(t)=A(t)coswt+(t) AM是指对信号进行幅度调制。 一般做法就是先在原信号上叠加一个直流信号，以保证信号m(t)+A00 然后乘上一个高频的余弦信号，即得到AM调制信号：频域表示式：当满足条件时，已调信号的包络与调制信号成正比，用包络检波的方法很容易恢复出原始的调制信号。如果上面条件得不到满足，就会出现过调幅现象，这时就不能用包络检波的方法进行解调，否则结果就会失真。这里我们采用相干解调。相干解调的关键是必须产生一个同频同相的载波，AM调制解调的原理框图如下所示：m(t)LPF3.1.2 DSB调制解调 在幅度调

31、制的一般模型中，假设滤波器为全通网络（1），调制信号中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波的双边带信号或称抑制载波双边带（DSB-SC）调制信号，简称双边带（DSB）信号。 DSB调制器模型如下图3.1-1所示。可见DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘，其时域和频域表示式分别为： DSB信号的包络不再与成正比，故不能进行包络检波，需要采用相干解调；除不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带宽与AM信号相同，也为基带信号带宽的两倍。 DSB信号只能用相干解调，其模型与AM信号相干解调时完全相同。

32、此时，乘法器输出。 经低通滤波器滤除高次项，得即无失真地恢复出原始电信号。m(t)LPF图3.1-2 DSB的调制解调系统框图3.1.3 SSB调制解调由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，都携带了调制信号的全部信息，因此，从信息传输的角度来考虑，仅传输其中一个边带就够了，即为单边带。产生SSB信号的方法很多，其中最基本的方法有滤波法和相移法。（1）用滤波法形成SSB信号用滤波法实现单边带调制的原理框图如图3.1-3所示，图中的为单边带滤波器。产生SSB信号最直观方法的是，将设计成具有理想高通特性或理想低通特性的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另一个边带。产生上边带信号时

33、即为，产生下边带信号时即为。图3.1-3 SSB信号的滤波法产生 SSB信号的频谱可表示为： （2）用相移法形成SSB信号 SSB信号的时域表示式为： 用相移法形成单边带信号原理框图如下图3.1-4所示。图中，为希尔伯特滤波器，它实质上是一个宽带相移网络，对中的任意频率分量均相移图3.1-4 相移法形成SSB信号的模型SSB解调： 从SSB信号调制原理图中不难看出，SSB信号的包络不再与调制信号成正比，因此SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波，需采用相干解调。如图3.1-5所示图3.1-5 SSB信号的相干解调乘法器输出经低通滤波后的解调输出为：因而便可得到无失真的调制信号。3.1.4 模

34、拟线性调制GUI模块设计在新建的GUI文件xu1内添加7个按键，并设置好按键名称，双击按键pushbutton在其属性中将String改为相应要显示的字符串，再将FontSize（字体大小）设置为18即设置好了按键，还要加入两个坐标轴显示，一个静态文本编辑框，并在其内添加“模拟线性调制”内容，设置成如下所示的图3.1-6编辑界面，运行后可以得到如图3.1-7所示的演示界面。 图3.1-6 图3.1-7图3.1-7所示的演示界面可以由主界面菜单按键下的模拟线性调制菜单键进行界面切换得到，同理，这里也需要设置一个返回主界面按键。要实现返回功能就必须在此按键的callback（回调函数）下编写相关程

35、序，其程序如下： button=questdlg(是否确认返回，关闭返回 ，是，否，是); if strcmp(button,是) h=gcf; xujian; close(h); else return; end这里使用了一个if语句可以防止误按返回键而回到主界面中，保存运行后，在界面中按下返回键会弹出下图所示窗口来确定是否返回，是就会返回主界面，否就还是留在此界面。其它按键功能分别在其对应的回调函数下编写相关程序。3.1.5 模拟线性调制仿真结果在编写完相关按键功能程序后，保存运行后就可以看到模拟线性调制解调的相关波形，从中我们可以非常清晰的看到AM、DSB、SSB调制解调的波形，及其区别

36、，更加形象的理解了模拟线性调制的知识点。调制信号： 载波信号: 图3.1-8中左图为调制信号及其频谱，右图为载波信号及其频谱。图3.1-8AM调制信号：图3.1-9中左边一副画的是AM调制信号图及其频谱图，其中红线部分为其包络线，用包络检波的方法可以得到调制信号，这里我们用的是相干解调的方法解调出调制信号，如下图2中的右图所示，红色线条为AM解调波形，从中我们可以看到AM解调信号与原先调制信号波形无差别，只是幅度大小有区别，说明解调解调出的波形是正确的。图3.1-9DSB调制信号：图3.1-10中左边图中画的是DSB调制信号图波形及其频谱图，红线部分为其包络波形，图3中右边图形画的是DSB解调

37、波形及其解调波形的频谱，红线部分为DSB解调波形，蓝线为原始调制信号，这里采用的是相干解调。对比原调制信号和DSB解调信号可以看出DSB解调信号与原始信号波形无差别，只是幅度大小不同，说明解调出的波形是正确的。图3.1-10图3.1-11中是右图是单边带调制信号的波形及其频谱图，红线为其包络波形，这里是采用相移法来形成单边带信号的，在程序中具体是采用的希尔伯特变换进行相移来产生单边带信号的。图4中的右图为SSB调制解调出的波形图及其频谱，蓝线为原始调制信号波形，红线为SSB解调波形，对比两条波形可知，SSB解调信号与原始信号波形无差别，只是幅度大小不同，说明解调出的波形是正确的。图3.1-11

38、3.2 模拟信号波形编码在实际情况中很多地方需要将模拟信号转换成数字信号，因为数字信号较模拟信号相比具有更多的优点，数字信号更加有利于我们对信号进行传输、接收、处理。将模拟信号转换成数字信号的过程中需要我们对模拟信号进行波形编码。波形编码是直接把模拟信号的时域波形变换为数字代码序列。脉冲编码调制（PCM）是波形编码中最重要的一种方式，其在光纤通信、数字微波通信、卫星通信中均有着极为广泛的应用。3.2.1抽样抽样是把时间上连续的模拟信号变为时间上离散的抽样值的过程。在抽样的过程中要满足抽样定理。1、低通抽样低通信号抽样定理是：一个频带限制在（0，）内的模拟信号x(t)，如果抽样频率大于或等于2，

39、则可以由抽样序列无失真的重建原始信号x(t)。将满足抽样定理的最低频率称为奈奎斯特频率。如果不能满足抽样定理，那么抽样后信号的频谱就会产生混叠，肯定就不能再恢复到原始信号。2、带通抽样在实际中遇到的很多信号都是带通信号的，若是采用低通抽样定理来对信号进行抽样，肯定是能满足要求的，但是由于带通信号存在着下边带，就会使0 这一段频带得不到利用，若较大时，选择的抽样频率也会很高，而且还有很大一段频带得不到利用， 这样显然不合理，这时可以用到带通抽样定理。带通抽样定理为：一个带通信号，其上边带频率为，下边带频率为，带宽为B=-，此时的抽样频率应满足其中B为带宽；M=/B-N；N为不超过/B的最大正整数

40、。 3.2.2 抽样过程仿真新建一个GUI工程，保存文件名为chouyang，向其中添加五个按键，两个按键组，一个文本编辑框，一个静态文本显示，五个坐标轴。设置好相关参数后调整界面布局如下图3.2-1左图所示，右边图形是其运行后现实的仿真图形界面。 图3.2-1在相应的回调函数下添写相关的程序，运行后输入抽样频率后便可以得到相关的仿真波形。对模拟信号进行抽样时，只有满足抽样定理，得到的序列才可以无失真地恢复出原始的信号。这里我设计出的抽样子系统，可以通过改变采样频率来验证抽样定理的正确性。这里我的模拟信号为，由抽样定理可知在对此信号进行抽样时最低抽样频率要为4Hz，为了演示抽样定理表示其正确性

41、，以抽样频率分别为2Hz、4Hz两种情况为例分别进行测试。测试结果如图3.2-2所示。当抽样频率为2Hz时，测试结果如图3.2-2左图所示，由于采样频率较低，抽样信号的时间间隔过大，抽样信号无法较好地描述模拟信号，从界面中可以看到已抽样信号的频谱产生了混叠，就不能恢复出原始信号。当抽样频率选为4Hz时，测试结果如图3.2-2右图所示，采样频率较高，抽样信号的时间间隔较小，此时抽样信号就能较好的反应出模拟信号的变化，从抽样信号的频谱图可以看到抽样信号的频谱没有发生混叠，也能无失真的恢复出原始信号。该实验表明，测试结果与理论部分相符合，可见设计出的仿真实验达到了预期效果。 图3.2-2 3.2.3

42、量化在模拟信号进行抽样后就要对抽样后的信号进行量化以便于编码为数字信号。模拟信号x(t)经抽样后就得到了样值序列，样值序列在时间上是离散的，但在幅度上的取值却还是连续的，即有无限多种样值，这种样值就无法用有限位数字信号来表示，这样就必须对样值进一步处理，使它成为在幅度上是有限种取值的离散样值，这便是量化要实现的，实现量化的器件称为量化器。下图为模拟信号的量化图：图3.2-3 模拟信号的量化1、均匀量化将输入信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。均匀量化时，量化噪声平均功率只取决于量化间隔，对于均匀分布的输入信号而言，输出量化信噪比是恒定的，但是对于非均匀分布非平稳的输入信号而言，输入信号

43、功率小时量化信噪比小，反之，输入信号频率大时量化信噪比大，这就会影响信号的恢复。要满足条件，则编码位数多，设备较复杂。在语言信号数字化通信中，均匀量化则有明显不足之处，这是由于电话信号的特点决定的。量化信噪比随信号的电平的减小而下降。产生这一现象的原因是均匀量化的量化间隔为固定值量化电平分布均匀，因而无论信号大小如何，量化噪声固定不变，这样，小信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。为了克服这个缺点，实际中往往采用非均匀量化。2、非均匀量化量化间隔不相等的量化称为非均匀量化。非均匀量化可以看作为是对信号进行非线性变换后在进行均匀量化的结果，其原理过程如下图3.2-4所示。图3.2-41） A律

44、压缩特性A律对数压缩特性定义为式中A为压缩系数。A=1时无压缩，A越大压缩越明显。其特性曲线如图3.2-5（a）所示，在国际标准中A取87.6。2）律对数压缩特性定义为：式中为压缩系数。=0时无压缩，越大压缩效果越明显。其特性曲线如图3.2-5（b）所示，在国际标准中取255。图3.2-5A律和律压缩特性的信噪比曲线如图3.2-6所示，从整体上来看A律和律性能基本接近。律最早是由美国提出来的，A律后来由欧洲提出来，我国使用的是A律。图3.2-63.2.4 量化过程仿真新建一个GUI工程，保存文件名为lianghua，在编辑界面中添加五个按键，一个文本编辑框，一个按键组，一个静态显示文本，四个坐

45、标轴。设置好相关功能键的属性后调整界面布局，得到如下图3.2-7左图的编辑界面，运行后就可以得到如下图3.2-7右边的图形界面。这里注意要在主界面中模拟信号的波形编码菜单下的量化子菜单的回调函数下添加界面切换函数，这样就能从主界面中切换到量化子界面中来。在返回按键的回调函数下要添加返回主界面的程序，以便能返回到主界面中。 图3.2-7下面三幅图中分别画出了量化基数n=8、16、64时正弦信号均匀量化和非均匀量化的波形图，并且也画出了在不同量化级数时均匀量化和非均匀量的量化误差，这里非均匀量化使用的是律压缩。下面三幅图中非常清晰的表示出了均匀量化和非均匀量的区别，量化级数越大，误差也就越小，实验结果与