【正文】 圖 46 信源為三角波時(shí)示波器輸出波形 由圖 4 46所示的仿真結(jié)果表明此 QAM 傳輸系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。 圖 44 QAM調(diào)制信號(hào)的星座圖和眼圖 仿真結(jié)果通過(guò)示波器觀察發(fā)送端原始的輸入信號(hào)和接收端恢復(fù)出的信號(hào)。此系統(tǒng) QAM 調(diào)制信號(hào)的星座圖和眼圖如圖 44所示。要求仿真時(shí)間長(zhǎng)度為 20s，步進(jìn)為 1/32021s。 QAM 傳輸系統(tǒng)的模型 基于前面的數(shù)字通信系統(tǒng)模型，所構(gòu)建的 QAM 傳輸系統(tǒng)的模型如圖 42所示： 錯(cuò)誤 !未指定書(shū)簽。信道既給信號(hào)以通路，也會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生各種干擾和噪聲。對(duì)高斯噪聲下的信號(hào)檢測(cè)，一般用相關(guān)器或匹配濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。信源譯碼則是信源編碼的逆過(guò)程。并且模擬信源發(fā)出的信號(hào)經(jīng)數(shù)字化處理后也可以送出數(shù)字信號(hào)。 模擬信源數(shù)字通信系統(tǒng)模型 數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng) ，數(shù)字通信涉及的技術(shù)問(wèn)題很多，其中主要有信源編碼與譯碼、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)等，系統(tǒng)框圖如下圖 41所示 [3]。 本章小結(jié) 本章對(duì)差分脈沖編碼調(diào)制相關(guān)理論進(jìn)行了分析研究，給出了編解碼器的結(jié)構(gòu)框圖；構(gòu)建了 DPCM 串行傳輸?shù)?Simulink 的仿真模型，進(jìn)行仿真驗(yàn)證；并基于 Simulink對(duì) 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(wú)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)。 同樣，設(shè)置 BSC 信道的誤碼率分別為 、 、 、 等，執(zhí)行仿真，從聽(tīng)到的輸出音質(zhì)中，發(fā)現(xiàn)將誤碼率設(shè)置在 ，輸出為純?cè)肼?，相?dāng)于通信中斷。 圖 35 DPCM傳輸誤碼與解 碼話音質(zhì)量仿真模型 設(shè)置 BSC信道的誤碼率分別為 、 、 、 等，執(zhí)行仿真，從聽(tīng)到的輸出音質(zhì)中，發(fā)現(xiàn)將誤碼率設(shè)置在 ，話音基本可懂，但解碼輸出信號(hào)中“咯咯”的噪聲很?chē)?yán)重；誤碼率在 數(shù)量級(jí)上解碼噪聲仍比較明顯，但音質(zhì)已經(jīng)大為改善；誤碼率在 數(shù)量級(jí)上，解碼噪聲就不明顯了。 DPCM 編碼模塊的輸入為被編碼的樣值序列，輸出為量化電平序號(hào)以及相應(yīng)的量化信號(hào)值，設(shè)置參數(shù)如下：預(yù)測(cè)器濾波分子分母系數(shù)響亮，一般采用 FIR 濾波器，分母系數(shù)設(shè)置為 1，分子系數(shù)可由實(shí)例所示的有話方法進(jìn)行確定；量化分割電平集合；量化輸出電平集合；當(dāng)給定被量化的樣本信號(hào)時(shí)，可以通過(guò)函數(shù) dpcmopt 來(lái)計(jì)算最優(yōu)化的預(yù)測(cè)器抽頭系數(shù)，最佳量化分割電平以及最佳量化輸出電平。其中預(yù)測(cè)器為 5階 FIR濾波器，抽頭系數(shù)設(shè)置為實(shí)例 1的計(jì)算結(jié)果，被編碼信號(hào)為語(yǔ)音文件“ ”，量化器采用均勻量化方式，將 [1,1]上的歸一化信號(hào)樣值量化為 N=4 比特編碼序列。 W=inv(C)*R。 % 自相關(guān)函數(shù) r=r/max(r)。 % 預(yù)測(cè)器階數(shù) [x,Fs,bits] = wavread(39。給定預(yù)測(cè)器的階數(shù) P=5。當(dāng)信道錯(cuò)誤比特率為 時(shí)仿真結(jié)果和波形如圖 34所示。 DPCM 的 Simulink 仿真 Simulink 模塊庫(kù)中提供了 DPCM 編碼模塊“ DPCM Encoder”、解碼模塊“ DPCM Decoder”等，利用這些模塊構(gòu)建 DPCM 串行傳輸仿真模型 [7]，如圖 33所示。其中 ?? 為量化級(jí)之間的間隔。預(yù)測(cè)誤差序列 ne的均方誤差（ MSE）為 : ? ?2neE?? (37) QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 18 ? ? ?????? ?? 2?~nn xxE? (38) ???????? ???????? ?? ?? ?21~pk knknxxE ?? (39) 最佳預(yù)測(cè)器將使均方誤差（ MSE）最小。設(shè)預(yù)測(cè)誤差的量化結(jié)果為 n n nee???，其中 n? 為量化誤差。 DPCM 編解碼基本原理 DPCM 是一種利用信號(hào)樣值之間的關(guān)聯(lián)特性進(jìn)行高效率波形編碼的方法。例如，對(duì)于頻帶為 1MHz的可視電話信號(hào)進(jìn)行編碼，根據(jù)采樣定理，采樣速率 MHzfs 2? ，若每樣值采用 8位編碼，則數(shù)碼率為 16Mbit/s。 脈沖編碼調(diào)制 脈沖編碼調(diào)制 (pulse code modulation—— PCM)是典型的編碼方式，通常把從模擬信號(hào)抽樣、量化、直到變?yōu)槎M(jìn)制符號(hào)的基本過(guò)程稱為 PCM。 3 模擬信號(hào)數(shù)字化研究及 Simulink 仿真 隨著通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字通信成為主流技術(shù)。 （ 4）為了降低誤碼率，只有提高發(fā)射功率。因?yàn)楦髡{(diào)制解調(diào)最大峰值功率相同，所以功率利用減小。當(dāng)判決門(mén)限為A/2，方差為 2? ，信號(hào)能量為 E時(shí)，正確判決的概率為 )(1)(2?EQcP ?? (213) 差錯(cuò)概率為 )2(?AQPe? (214) 二維信號(hào)空間以 64QAM 為例（見(jiàn)圖 210），我們將多元的 MQAM 信號(hào)點(diǎn) 之間的距離都設(shè)為 A，用一維信號(hào)空間類(lèi)似的方法，得出 1S ， 2S ， 3S 三個(gè)信號(hào)點(diǎn)正確判斷的概率分別為： 21 )2(1)( ?????? ?? ?AQcP ?????? ??????? ?? )2(21)2(1)(2 ?? AQAQcP QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 14 23 )2(21)( ?????? ?? ?AQcP (215) 圖 29 64QAM 第一象限星座圖 總的正確判決的概率為 64 )(36)(24)(4)(641 32164 1 cPcPcPcPP i iC ???? ?? (216) 差錯(cuò)概率為 2)2(30625)2( ?????????? ?? AQAQPP ce (217) 用同樣的方法可推出 16QAM、 256QAM、 1024QAM、 4096QAM 的差錯(cuò)概率： ?????????????????????????????????????????????2222)2()2(:4096)2()2(:1024)2()2(:256)2(1636)2(3:16????????AQAQpQ A MAQAQpQ A MAQAQpQ A MAQAQpQ A Meeee (218) 2S 3S A/2 A/2 QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 15 由 式（ 218）可以看出， M越大誤碼率越高。信息速率 Rb和碼元速率 RB有以下確定的關(guān)系，即 2logbBR R M? (211) 在比較不同通信系統(tǒng)的有效性時(shí)，不能單 看它們的傳輸速率，還應(yīng)考慮所占用的頻帶寬度。下面就從這幾方面對(duì) MQAM 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng) 的性能進(jìn)行仿真分析。 進(jìn)一步仿真，可以得到在信道噪聲方差為 時(shí)發(fā)送 10s 數(shù)據(jù)的條件下， MQAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng) 誤碼率如表 22 所示。同樣，發(fā)送端的星座圖與理想的星座映射圖是完全一致的。信源輸出的隨機(jī)整數(shù)送入64QAM 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(guò)高斯信道后送入接收端相應(yīng)的 64QAM 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。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，在采樣時(shí)刻最大眼圖開(kāi)啟，同樣由于傳輸信道上噪聲的干擾，接收端眼圖中“眼睛”張開(kāi)的大小比發(fā)送端的要小的多，其大小反映著基帶成形性能的優(yōu)劣、碼間干擾的強(qiáng)弱和傳輸信道噪聲影響的大小。 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降系數(shù)為 0，即滿足理想低通特性，所以發(fā)送端的星座圖與理想的星座映射圖是完全一致的。信源輸出的隨機(jī)整數(shù)送入QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 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(guò)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。 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(guò)對(duì)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。解調(diào)端接收到的帶有噪聲的已調(diào) MQAM 信號(hào)作為輸入，與本地恢復(fù)的兩個(gè)相互正交的載波信號(hào)進(jìn)行相乘運(yùn)算后，再經(jīng)過(guò)低通濾波也就是匹配濾波器，輸出兩路多電平基帶信號(hào)X(t)和 Y(t)。不同星座的參數(shù)如表 所示。 一個(gè)具有良好性能的 QAM 信號(hào)，其星座圖要滿足三個(gè)方面的要求 [1213]： a) 信號(hào)峰值 均值比要小，用以保證調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)起伏越小，從而增強(qiáng)其抗非線性失真的能力。 （ 1） QAM 信號(hào)的峰值 均值γ aveealPPp?? (213) 其中， pealP 表示信號(hào)的峰值功率， aveP 表示信號(hào)的平均功率。星型星座如圖 22(a)所示，其中信號(hào)點(diǎn)的分布呈星型。在這種情況下，相鄰兩點(diǎn)間的歐氏距離即最小距離為： ge dd ?2)(min? (211) 為了求 QAM 的錯(cuò)誤概率，這里必須詳細(xì)說(shuō)明信號(hào)點(diǎn)的星座圖。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(hào)還要經(jīng)過(guò)基帶成形濾波器，主要是為了抑制已調(diào)信號(hào)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。式（ 21）還可以變化為正交表示形式 : tnTtgAtntgAt nsn nSnM Q A M TS ???? s i ns i n)(c osc os)()( ?????? ???????? ?? ?? （ 22） 令 ??? ?? AdY AcXnnnn （ 23） 則式（ 22）變成 ttYttXt ccM QA Ms ?? s i n)(c os)()( ?? （ 24） QAM 中的振幅和 nY 可以表示為： ??? ?? AdY AcXnnnn (25) 式（ 25）中，固定振幅為 A 、 nc 、 nd 由輸入的信號(hào)最終決定。此外，現(xiàn)代通信系統(tǒng)對(duì)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，QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5 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。 第五部分總結(jié)與展望，對(duì)本文所完成的工作進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)后續(xù)研究工作提出了一些想法和建議。仿真結(jié)果表明在無(wú)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)。 第二部分分析了 16QAM 調(diào)制解調(diào)的原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)，利用 Simulink仿真平臺(tái)對(duì) 16QAM 和 64QAM 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)作了仿真建模，通過(guò)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(shí)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。它可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具 有不同的采樣速率。除了矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù) /數(shù)據(jù)圖像等常用功能外，MATLAB 還可以用來(lái)創(chuàng)建用戶界面及與調(diào)用其它語(yǔ)言（包括 C， C++和 FORTRAN）編寫(xiě)的程序。 在數(shù)字廣播電視傳輸中， QAM 成為 DVBC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制方式。為了抵抗多徑效應(yīng)等， WIMAX 協(xié)議中引入了新的物理層技術(shù)，而 WiMAX協(xié)議物理層的 OFDM符號(hào)的構(gòu)造方案亦采用 QAM 調(diào)制方式 [45]。在 HSDPA 系統(tǒng)中引進(jìn)了 AMC 技術(shù)，在 HSDPA 系統(tǒng)中 AMC 的調(diào)制選擇了低階的 QPSK 和高階的 16QAM，作為其調(diào)制方式。從上面對(duì)頻譜利用率的定義