【正文】 真建模，通過比較其發(fā)送端和接收端的星座圖及眼圖進(jìn)行性能驗(yàn)證，最后基于16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的理論知識構(gòu)建了MQAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，并進(jìn)行系統(tǒng)性能仿真分析。從而得出多進(jìn)制調(diào)制情況下頻帶利用率、功率利用率、誤碼率與調(diào)制方式、傳輸環(huán)境之間的定量關(guān)系，為后面系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。第三部分研究了模擬信號數(shù)字化的典型實(shí)現(xiàn)方法，即差分脈沖編碼調(diào)制技術(shù)，分析了基本原理，研究了實(shí)現(xiàn)過程。最后基于MATLAB/Simulink軟件，建立各個(gè)編解碼模型，進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并進(jìn)一步對PCM及DPCM進(jìn)行傳輸誤碼與解碼話音質(zhì)量的性能分析。仿真結(jié)果表明在無誤碼傳輸中DPCM的解碼音質(zhì)不如PCM強(qiáng)，但DPCM的抗噪聲能力比PCM強(qiáng)。這些結(jié)論為后面模擬信源數(shù)字傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。第四部分基于前面所研究分析的內(nèi)容，構(gòu)畫了模擬信源的QAM數(shù)字傳輸系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)了模擬信號在QAM數(shù)字通信系統(tǒng)中的傳輸，并基于MATLAB/Simulink建立仿真模型，進(jìn)行性能驗(yàn)證。仿真表明所構(gòu)建的QAM數(shù)字傳輸系統(tǒng)在允許一定失真的情況下可以實(shí)現(xiàn)模擬信號的良好傳輸。 第五部分總結(jié)與展望，對本文所完成的工作進(jìn)行了總結(jié)，并對后續(xù)研究工作提出了一些想法和建議。2 QAM調(diào)制解調(diào)技術(shù)研究及Simulink仿真本章對QAM調(diào)制解調(diào)相關(guān)理論進(jìn)行了分析研究，給出了調(diào)制端和解調(diào)端的結(jié)構(gòu)框圖；構(gòu)建了16QAM和64QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的Simulink的仿真模型，進(jìn)行仿真驗(yàn)證；并基于Simulink對MQAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行性能分析，所得結(jié)論為后面系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。 QAM調(diào)制正交幅度調(diào)制(QAM)是一種高效數(shù)字調(diào)制技術(shù)，具有很高的頻譜利用率。而傳統(tǒng)數(shù)字調(diào)制技術(shù)是單獨(dú)利用振幅和相位攜帶信息，不能最充分利用信號功率利用率。此外，現(xiàn)代通信系統(tǒng)對傳輸速率和帶寬也提出了新的要求，因此QAM引起更多關(guān)注，在有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、大中容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。但它在隨參信道無線寬帶通信領(lǐng)域中的研究尚未發(fā)展成熟。 QAM調(diào)制原理正交振幅調(diào)制（QAM）就是用兩個(gè)相互獨(dú)立的數(shù)字基帶信號對相互正交且頻率相同的兩路載波信號進(jìn)行雙邊帶調(diào)制，因?yàn)檫@種已調(diào)信號在同一帶寬內(nèi)頻譜正交，所以可用來實(shí)現(xiàn)同相和正交兩路并行的數(shù)字信號傳輸。正交振幅調(diào)制（QAM）信號的一般表示式為[3]： (21)式（21）中，是基帶信號的幅度，是單個(gè)基帶信號的波形，寬度為。式（21）還可以變化為正交表示形式: （22）令 （23）則式（22）變成 （24）QAM中的振幅和可以表示為： (25)式（25）中，固定振幅為、由輸入的信號最終決定。已調(diào)QAM信號在信號空間中的坐標(biāo)點(diǎn)由、決定。QAM信號調(diào)制原理結(jié)構(gòu)圖如圖21所示。圖中，輸入的二進(jìn)制碼流經(jīng)過串/并變換器輸出兩路并行碼流序列，速率減為原來的一半，再經(jīng)過2電平到L電平的變換，形成L電平的基帶信號。這里的L由調(diào)制系統(tǒng)所選的進(jìn)制數(shù)所決定，該L電平的基帶信號還要經(jīng)過基帶成形濾波器，主要是為了抑制已調(diào)信號的帶外輻射，最終形成X(t)和Y(t),再分別和頻率相同的同相載波以及正交相載波進(jìn)行相乘運(yùn)算。將最后得到的兩路信號相加就得到的已調(diào)制QAM信號。圖21 QAM信號調(diào)制原理圖 QAM調(diào)制性能QAM信號的波形可表示成兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正交信號波形和的線型組合[1011]，即： (26)式中 (27) (28)且 = (29)式中是信號脈沖g(t)的能量。任意一對信號向量之間的歐氏距離是[1011]： (210)在特殊情況下，即信號幅度取一組離散值{（2m1M）d, m=1,2….M}信號星座圖是矩形的。在這種情況下，相鄰兩點(diǎn)間的歐氏距離即最小距離為： (211)為了求QAM的錯(cuò)誤概率，這里必須詳細(xì)說明信號點(diǎn)的星座圖。錯(cuò)誤概率主要由信號點(diǎn)間的最小距離決定，假設(shè)信號星座滿足條件，若所有星座點(diǎn)是等概率，那么它們的平均發(fā)送功率是： (212)式（）中，M是QAM星座圖中的點(diǎn)數(shù)，（）是由A歸一化的信號坐標(biāo)。 QAM星座圖星座映射規(guī)則不同，星座呈現(xiàn)不同的分布形式。16QAM星座圖分別有星型星座和方型星座。星型星座如圖22(a)所示，其中信號點(diǎn)的分布呈星型。同理，方型星座圖中信號點(diǎn)的分布呈方形，如圖22(b)所示。圖22 16QAM星座圖QAM調(diào)制有幾個(gè)重要的參數(shù)：峰值均值比γ，星座圖間最小歐幾里得距離和最小相位偏移。不同的數(shù)字傳輸系統(tǒng)，對這些參數(shù)的要求各不相同[1011]。（1）QAM信號的峰值均值γ (213)其中，表示信號的峰值功率，表示信號的平均功率。（2）最小歐幾里得距離最小歐幾里得距離是指QAM信號星座圖上星座點(diǎn)間的最小距離，該參數(shù)衡量了QAM信號抗高斯噪聲的能力，最小距離與抗高斯白噪聲的性能呈正比關(guān)系。（3）最小相位偏移最小相位偏移，是指標(biāo)準(zhǔn)QAM星座圖上信號點(diǎn)之間的相位的最小偏移量。該參數(shù)對QAM信號抗相位抖動(dòng)能力和對時(shí)鐘恢復(fù)精確度的敏感性有了很好的反映，最小相位偏移量越大，抗相位抖動(dòng)能力也隨著越強(qiáng)。一個(gè)具有良好性能的QAM信號，其星座圖要滿足三個(gè)方面的要求[1213]：a) 信號峰值均值比要小，用以保證調(diào)制信號的包絡(luò)起伏越小，從而增強(qiáng)其抗非線性失真的能力。b) 信號點(diǎn)間的最小歐幾里得距離要盡量大，從而保證獲得最佳的抗加性高斯白噪聲性能。c) 星座點(diǎn)間最小相位偏移要保證盡量大，以增強(qiáng)調(diào)制信號的抗相位抖動(dòng)性能，包括抗定時(shí)恢復(fù)的時(shí)鐘抖動(dòng)和抗信道相位抖動(dòng)性能。就一個(gè)確定的QAM星座圖而言，是不可能同時(shí)滿足這三個(gè)要求的，而只能根據(jù)不同傳輸系統(tǒng)的要求，在保證主要性能要求的前提下，折中地或采取自適應(yīng)的辦法進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)。表21 星座參數(shù)值表參數(shù)類型 方形星座圖星型星座圖，當(dāng)信號平均功率一定時(shí)，方型星座圖的最小歐幾里得距離比星型星座圖要大，也就是說，方型星座圖抗高斯噪聲能力比星型星座圖強(qiáng)，適宜在典型的高斯白噪聲信道中使用。但是，在抗相位及抗非線性失真等性能上，方型星座圖不如星型星座圖，這是因?yàn)槠渥钚∠辔黄票刃切托亲鶊D小且峰值大于星型星座圖。 QAM解調(diào)MQAM信號的解調(diào)通常采用正交相干解調(diào)法，其解調(diào)器原理圖23所示。解調(diào)端接收到的帶有噪聲的已調(diào)MQAM信號作為輸入，與本地恢復(fù)的兩個(gè)相互正交的載波信號進(jìn)行相乘運(yùn)算后，再經(jīng)過低通濾波也就是匹配濾波器，輸出兩路多電平基帶信號X(t)和Y(t)。多電平判決器對多電平基帶信號進(jìn)行判決和檢測，再經(jīng)L電平到2電平轉(zhuǎn)換和并/串變換器最終輸出二進(jìn)制碼流。圖23 MQAM信號相干解調(diào)原理圖 QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的Simulink仿真Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析。在這里，基于MATLABLE/Simulink構(gòu)建QAM調(diào)制解調(diào)仿真模型，進(jìn)行仿真驗(yàn)證及性能分析。通常驗(yàn)證通信系統(tǒng)的功能一般采用星座圖和眼圖這兩種工具，只要通過對比發(fā)送端和接收端的星座圖和眼圖，就可以很直觀的判決通信系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。所以在下面各個(gè)仿真模型中，主要通過星座圖模塊、眼圖模塊及誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊來進(jìn)行仿真驗(yàn)證和系統(tǒng)性能分析。 16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的Simulink仿真Simulink模塊庫中提供調(diào)制器Rectangular QAM Modulator Baseband模塊、解調(diào)器Rectangular QAM Demodulator Baseband模塊、誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊、星座圖模塊等，利用這些模塊構(gòu)建16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)[7]，測試模型如圖24所示。24 16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)測試模型設(shè)傳輸符號率為1000波特，則碼元時(shí)隙寬度是1ms。信源輸出的隨機(jī)整數(shù)送入16QAM基帶調(diào)制器（用Rectangular QAM Modulator Baseband模塊實(shí)現(xiàn)），調(diào)制輸出經(jīng)過高斯信道后送入接收端相應(yīng)的16QAM基帶解調(diào)器（Rectangular QAM Demodulator Baseband模塊實(shí)現(xiàn)）中，調(diào)制器和解調(diào)器的參數(shù)設(shè)置必須一致。解調(diào)的符號（整數(shù)）與發(fā)送端數(shù)據(jù)進(jìn)行比較得出錯(cuò)誤符號率統(tǒng)計(jì)。，發(fā)送和接收信號的星座圖仿真結(jié)果如圖26所示。圖25 16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)星座圖一般，通信系統(tǒng)的性能驗(yàn)證是通過星座圖、眼圖及誤碼率這些測試工具，只要通過對比發(fā)送端和接收端的星座圖和眼圖，或通過誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊所顯示的結(jié)果就可以很直觀的判決通信系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。圖25給出了系統(tǒng)發(fā)送端和接收端的星座圖，這里基帶成形濾波器的滾