Исследование дифференциальной импульсно-кодовой модуляции

 

Цель работы: ознакомиться с алгоритмом осуществления DPCM

 

Задание на выполнение работы: выполнить кодирование и декодирование с помощью алгоритма DPCM заданного сигнала, и оптимизировать параметры DPCM для уменьшения среднеквадратической ошибки предсказания.

load sig15.yyy

s1=sig15(9500:10499);

indx=quantiz(s1,-1.5:0.23:1);

plot(indx)

partition = [0:1:12];

predictor=[0 1];

codebook = [0:1:13];

encodedx = dpcmenco(s1,codebook,partition,predictor);

decodedx = dpcmdeco(encodedx,codebook,predictor);

plot(s1, decodedx,'--')

x=reshape(s1,1,1000);

distor = sum((x-decodedx).^2)/length(x)

distor = 1.0358

 

 

t = [0:pi/50:2*pi];

load sig15.yyy

s1=sig15(9500:10499);

initcodebook = [-1:.1:1];

[predictor,codebook,partition] = dpcmopt(s1,1,initcodebook);

encodedx = dpcmenco(s1,codebook,partition,predictor);

decodedx = dpcmdeco(encodedx,codebook,predictor);

x=reshape(s1,1,1000);

distor = sum((x-decodedx).^2)/length(x)

distor =

 

7.4648e-005

 

Вывод:

Для какой цели используется алгоритм DPCM?

Для решения некоторых задач связи требуется осуществить предсказания текущего значения сигнала на основе переданных сигнальных посылок. Квантование сигнала с использованием предсказания называется квантованием с предсказанием. Оно используется в дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (Differential Pulse Code Modulation – DPCM).

Чем отличается DPCM от дельта-модуляции?

При ДМ по каналу связи передаётся не абсолютное значение сигнала, а разность между исходным аналоговым сигналом и аппроксимирующим напряжением (сигнал ошибки). По сравнению со своими вечными конкурентами, ИКМ и АДИКМ, дельта-модуляция характеризуется меньшей сложностью технической реализации, более высокими помехозащищённостью и гибкостью изменения скорости передачи.

 

Лабораторная работа № 7

 

Модуляция цифровых сигналов

 

Цель работы: изучение принципов модуляции цифровых сигналов

 

Задание на выполнение работы: собрать с помощью библиотеки блоков Simulink схемы, реализующие различные виды модуляции цифровых сигналов, получить скрин-шоты результатов работы моделей.

 

Построение сигнального созвездия цифровой модуляции QPSK (квадратурной фазовой манипуляции)

Вариант:

Рисунок 1. Модель для построения сигнального созвездия цифровой модуляции QPSK

 

Рис.2 Сигнальное созвездие квадратурной фазовой манипуляции()

 

Рис.3 Сигнальное созвездие квадратурной фазовой манипуляции()

 

Построение сигнального созвездия цифровой модуляции QАМ (квадратурной амплитудной манипуляции) выполняется с помощью модели, схема которой приведена на рисунке 2.

Рисунок 4. Модель для построения сигнального созвездия цифровой модуляции QАМ

 

Рис.5 Диаграмма рассеяния. (Параметр Es/No= 8)

Рис.6 Диаграмма рассеяния. (Параметр Es/No= 1)

 

Схема модели построения дерева фаз СРМ представлена на рисунке 7.

Рисунок 7. Схема модели построения дерева фаз СРМ

 

% Параметры блока узкополосной модуляции CPM

M_ary_number = 2;

modulation_index = 2/3;

pulse_length = 2;

samples_per_symbol = 8;

opts = simset('SrcWorkspace','Current',...

'DstWorkspace','Current');

 

L = 5; % Количество показываемых символов

pmat = [];

for ip_sig = 0:(M_ary_number^L)-1

s = de2bi(ip_sig,L,M_ary_number,'left-msb');

% Отображение входных символов с помощью модуляции CPM

% символ 0 -> -(M-1), символ 1 -> -(M-2), и т.д..

s = 2*s'+1-M_ary_number;

sim('doc_phasetree',.9, opts); % запуск модели для получения результата «x»

% построение следующего столбца переменной pmat

pmat(:,ip_sig+1) = unwrap(angle(x(:)));

end;

pmat = pmat/(pi*modulation_index);

t = (0:L*samples_per_symbol-1)'/samples_per_symbol;

plot(t,pmat); figure(gcf); %

Рис.8 График дерева фаз

 

Построение модели полосового цифрового модулятора

Рисунок 9. Модель полосовой многофазовой манипуляции

 

Рис.9 График спектра модулированного сигнала.(блок M-PSK Modulator Passband)

 

Рис.10 График спектра модулированного сигнала. (блок M-DPSK Modulator Passband)

 

Рис.11 График спектра модулированного сигнала (блок OQPSK Modulator Passband)

 

Контрольные вопросы:

1. Как изменяется вид сигнального созвездия при изменении значения скачка фазы при модуляции QPSK?

Число “лепестков” созвездия измениться. При увеличении фазу их число уменьшиться

2. Что такое код Грея и для чего он используется?

Код Грея — система счисления, в которой два соседних значения различаются только в одном разряде. Наиболее часто на практике применяется рефлексивный двоичный код Грея, хотя в общем случае существует бесконечное множество кодов Грея для систем счисления с любым основанием. В большинстве случаев, под термином «код Грея» понимают именно рефлексивный бинарный код Грея.

Изначально предназначался для защиты от ложного срабатывания электромеханических переключателей. Сегодня коды Грея широко используются для упрощения выявления и исправления ошибок в системах связи, а также в формировании сигналов обратной связи в системах управления.

 

Лабораторная работа № 8