【正文】 理論進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建模擬信源的QAM數(shù)字傳輸系統(tǒng)，通過Matlab軟件的Simulink仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的建立及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。第三部分研究了模擬信號(hào)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。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(hào)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。 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。 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(hào)對(duì)相互正交且頻率相同的兩路載波信號(hào)進(jìn)行雙邊帶調(diào)制，因?yàn)檫@種已調(diào)信號(hào)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(hào)傳輸。QAM信號(hào)調(diào)制原理結(jié)構(gòu)圖如圖21所示。圖21 QAM信號(hào)調(diào)制原理圖 QAM調(diào)制性能QAM信號(hào)的波形可表示成兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正交信號(hào)波形和的線型組合[1011]，即： (26)式中 (27) (28)且 = (29)式中是信號(hào)脈沖g(t)的能量。 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。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。（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(hào)點(diǎn)之間的相位的最小偏移量。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(hào)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。 QAM解調(diào)MQAM信號(hào)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。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。24 16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)測(cè)試模型設(shè)傳輸符號(hào)率為1000波特，則碼元時(shí)隙寬度是1ms。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(cè)試工具，只要通過對(duì)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26 QAM16調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)眼圖圖26為16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)發(fā)送端和接收端的眼圖。27 64QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)測(cè)試模型設(shè)傳輸符號(hào)率為1000波特，則碼元時(shí)隙寬度是1ms。圖28 64QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)星座圖圖28給出了系統(tǒng)發(fā)送端和接收端的星座圖。而16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)錯(cuò)誤符號(hào)數(shù)為27個(gè)。有效性可用傳輸速率和頻帶利用率來衡量，而可靠性用誤碼率來衡量。在碼元速率RB一定條件下，采用多進(jìn)制數(shù)字鍵控，可以提高信息傳輸速率Rb。 誤碼率分析在一維信號(hào)空間中可導(dǎo)出兩個(gè)等概率出現(xiàn)的信號(hào)，其距離為A。 功率利用率分析根據(jù)每個(gè)信號(hào)點(diǎn)到中點(diǎn)的距離（即信號(hào)幅值），得出信號(hào)的平均功率為 (219)在相同最大峰值功率的條件下的平均功率分別為 (220)由式220可以看出，M增大，MQAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)平均功率逐步下降。（3）在相同的發(fā)射功率下，M越大，系統(tǒng)的抗干擾能力越差，即系統(tǒng)誤碼率越大。 本章小結(jié)本章對(duì)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；通過對(duì)信號(hào)點(diǎn)星座圖的分析研究，給出了QAM調(diào)制技術(shù)的性能指標(biāo)；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(duì)MQAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行性能分析，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)規(guī)劃與設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。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，基于MATLABLE/Simulink構(gòu)建了DPCM串行傳輸?shù)姆抡婺Ｐ图胺抡骝?yàn)證，并基于Simulink實(shí)現(xiàn)了PCM及DPCM語(yǔ)音信號(hào)的傳輸，并進(jìn)行傳輸誤碼與解碼話音質(zhì)量的性能比對(duì)和分析。相比之下，采用PCM，則數(shù)碼率太高，傳輸PCM信號(hào)占用更大帶寬。預(yù)測(cè)編碼方法有多種，差分脈沖編碼調(diào)制，簡(jiǎn)稱差分脈碼調(diào)制DPCM，是其中廣泛應(yīng)用的一種基本預(yù)測(cè)方法。DPCM的組成方框如圖32所示[23]：圖32 DPCM編碼器和解碼器原理方框圖圖32中，預(yù)測(cè)器根據(jù)過去時(shí)刻的信號(hào)樣值來預(yù)測(cè)當(dāng)前時(shí)刻的信號(hào)樣值，并與當(dāng)前輸入樣值xn相減得出預(yù)測(cè)誤差en,即： (31)然后對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行量化編碼后傳送。 最佳預(yù)測(cè)器常用的預(yù)測(cè)器是線性FIR濾波器，利用過去若干個(gè)（例如p個(gè)）本地解碼樣值的線性組合來預(yù)測(cè)當(dāng)前樣值，即: (36)其中，是FIR濾波器的抽頭系數(shù)；為FIR濾波器的階數(shù)。求解得出預(yù)測(cè)器的最佳抽頭系數(shù)矩陣為 (317) DPCM的系統(tǒng)性能分析設(shè)信號(hào)的平均功率為： (318)由于誤差范圍被量化為M個(gè)電平，所以。因此，由式323可知信號(hào)量噪比隨編碼位數(shù)N和抽樣頻率fs的增大而增大。改變信道錯(cuò)誤比特率，以觀察信道誤碼對(duì)DPCM傳輸?shù)挠绊憽＝o定預(yù)測(cè)器的階數(shù)P=5。 % 預(yù)測(cè)器階數(shù)[x,Fs,bits] = wavread(39。 % 自相關(guān)函數(shù)r=r/max(r)。W=inv(C)*R。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。 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)，可以通過函數(shù)dpcmopt來計(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。 圖35 DPCM傳輸誤碼與解碼話音質(zhì)量仿真模型、執(zhí)行仿真，從聽到的輸出音質(zhì)中，話音基本可懂，但解碼輸出信號(hào)中“咯咯”的噪聲很嚴(yán)重；，但音質(zhì)已經(jīng)大為改善；，解碼噪聲就不明顯了。同樣，、執(zhí)行仿真，從聽到的輸出音質(zhì)中，輸出為純?cè)肼?，相?dāng)于通信中斷。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)腟imulink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)。 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)來傳遞信息的通信系統(tǒng) ，數(shù)字通信涉及的技術(shù)問題很多，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]。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)。信源譯碼則是信源編碼的逆過程。對(duì)高斯噪聲下的信號(hào)檢測(cè)，一般用相關(guān)器或匹配濾波器來實(shí)現(xiàn)。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。 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！未指定書簽。要求仿真時(shí)間長(zhǎng)度為20s，步進(jìn)為1/32000s。圖43 模擬信源QAM傳輸系統(tǒng)在接收端，對(duì)接收到的已調(diào)信號(hào)先進(jìn)行16QAM解調(diào)，再進(jìn)行DPCM解碼完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。圖45 信源為正弦波時(shí)示波器輸出波形若在發(fā)送端信源利用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一800Hz三角波信號(hào)，經(jīng)過此系統(tǒng)傳輸，在接收端通過示波器觀察發(fā)送端原始的輸入信號(hào)和接收端恢復(fù)出的信號(hào)。這里我們以語(yǔ)音信號(hào)（）為例來驗(yàn)證此傳輸系統(tǒng)的性能。Gain模塊用于調(diào)整輸入聲音信號(hào)的幅度。同時(shí)，通過示波器觀察發(fā)送端原始的輸入信號(hào)和接收端恢復(fù)出的信號(hào)，如圖48所示。結(jié)論及尚存在的問題QAM調(diào)制技術(shù)不僅可以得到更高的頻譜效率，而且可以在限定的頻帶內(nèi)傳輸更高速率的數(shù)據(jù)，所以被廣泛地應(yīng)用?，F(xiàn)對(duì)本文的主要工作總結(jié)如下：(1) 深入研究了QAM調(diào)制解調(diào)的基本原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)，利用Matlab/Simulink仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的建模仿真，并進(jìn)行性能分析；(2) 詳細(xì)分析了模擬信號(hào)數(shù)字化的基本理論及實(shí)現(xiàn)方法，利用Matlab/Simulink實(shí)現(xiàn)了差分脈沖調(diào)制（DPCM）的建模仿真，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及性能比對(duì)；(3) 基于上述理論構(gòu)建了模擬信源QAM傳輸系統(tǒng)，利用Matlab/Simulink進(jìn)行將模仿真，并進(jìn)行性能驗(yàn)證。從課題的選擇到論文的最終完成，郭老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，不僅增強(qiáng)了我對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，更培養(yǎng)了運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力。回顧四年的學(xué)習(xí)生活，我要向所有關(guān)心和培養(yǎng)我的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、授予我知識(shí)的各位尊敬的任課老師們、關(guān)心我們生活的輔導(dǎo)員以及陪伴我大學(xué)生涯的同學(xué)和朋友們表示真摯的謝意！