【正文】 尤其在帶寬資源不是很豐富的移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信中更顯現(xiàn)出該調(diào)制技術(shù)的優(yōu)越性。在接收端，對接收到的已調(diào)信號先進(jìn)行解調(diào)，再進(jìn)行 DPCM 解碼完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。示波器輸出波形 如圖 46所示。設(shè)置 AWGN 信道噪聲方差為 啟動(dòng)仿真。 （ 5）受信者 受信者（簡稱信宿）是傳送消息的目的地，其功能與信源相反，即把原始電信信息源 信源編碼 數(shù)字調(diào)制 數(shù)字解調(diào) 信源 譯碼 受信者 信道 噪聲源 QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 26 號還原成相應(yīng)的消息。在接收端可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原成數(shù)字基帶信號。模擬信源輸出連續(xù)的模擬信號，數(shù)字信源則 輸出離散的數(shù)字信號。所以，盡管在無誤碼傳輸中 DPCM 的解碼音質(zhì)不如 PCM 強(qiáng)，但 DPCM 的抗噪聲能力比 PCM 強(qiáng)，因此得到廣泛應(yīng)用。 DPCM 編解碼模塊的構(gòu)成細(xì)節(jié)可以通過選中模塊以鼠標(biāo)右鍵打開內(nèi)部子系統(tǒng)來觀察，其 DPCM 傳輸誤碼與解碼話音質(zhì)量仿真模型，如圖 35 所示。 % 計(jì)入 FIR 濾波器第一個(gè)抽頭系數(shù) W0 predictor = dpcmopt(x,p) % 利用通信工具箱中函數(shù)直接計(jì)算 程序執(zhí)行結(jié)果是： W= 0 Predictor= 0 構(gòu)建測試模型及仿真 基于上面的原理構(gòu)建一個(gè) DPCM編解碼仿真系統(tǒng)。 r = xcorr(x)。 最佳預(yù)測器抽頭系數(shù)的確定 先計(jì)算一段采樣率為 8000Hz 的語音信號（文件名 ）的最佳預(yù)測器抽頭系數(shù)。 因此，由式 323 可知信號量噪比隨編碼位數(shù) N和抽樣頻率 fs的增大而增大。 最佳預(yù)測器 常用的預(yù)測器是線性 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)測當(dāng)前樣值，即 : ?? ??pk knkn xx 1~?~ ? (36) 其中， k? 是 FIR 濾波器的抽頭系數(shù)； p 為 FIR 濾波器的階數(shù)。預(yù)測編碼方法有多種，差分脈沖編碼調(diào)制，簡稱差分脈碼調(diào)制 DPCM，是其中廣泛應(yīng)用的一種基本預(yù)測方法。 本章對差分 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 語音信號的傳輸，并進(jìn)行傳輸誤碼與解碼話音質(zhì)量的性能比對和分析。 （ 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。 誤碼率分析 在一維信號空間中可導(dǎo)出兩個(gè)等概率出現(xiàn)的信號，其 距離為 A。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。 QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 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。 QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 11 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。 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。 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。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 min? 越大，抗相位抖動(dòng)能力也隨著越強(qiáng)。 16QAM 星座圖分別有星型星座和方型星座。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。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。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。 Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具， 是一種基于 MATLAB 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。它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)。為了滿足此要求， WCDMA 對空口接口作了改進(jìn)，引入了 HSDPA 技術(shù)，使之可支持高達(dá) 10Mbit/s 的峰值速率。隨著現(xiàn)在日益增多的各種通信系統(tǒng)數(shù)量，為了更好的充分利用日益緊張的頻譜資源，廣大通信科研工作者致力于研究頻譜利用率更高的新型數(shù)字調(diào)制方式，而且原 CCITT(國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì) )也一直在促進(jìn)并鼓勵(lì)開發(fā)新奇的頻譜使用技術(shù)，為了各種通信系統(tǒng)能夠有效的 進(jìn)行通信，原 CCITT科學(xué)地將頻段分別分配給各個(gè)通信系統(tǒng)，因而，許多科研院所，用戶個(gè)體和通信公司都在通過開發(fā)先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)用以提高頻譜利用率。 傳統(tǒng)的頻率調(diào)制和相位調(diào)制兩種數(shù)字調(diào)制方式都存在頻譜利用率低、抗多徑衰落能力差、功率譜衰減慢、帶外輻射嚴(yán)重等不足。為了將這些信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛?，對星上?shù)傳系統(tǒng)的傳輸能力的要求就越來越高。它應(yīng)用范圍非常廣泛，不僅在移動(dòng)通信領(lǐng)域而且在有線電視傳輸、數(shù)字視頻廣播、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。 differential pulse code modulation。 課題研究背景及意義 調(diào)制是指為了適應(yīng)信道傳輸?shù)囊螅鸦鶐?信號的頻譜搬移到一定的頻帶范圍。 QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2 調(diào)制解調(diào)研究的主要內(nèi)容包括 :己調(diào)信號的頻譜特性、調(diào)制的原理、解調(diào)的原理、已調(diào)信號的產(chǎn)生方法 、解調(diào)的實(shí)現(xiàn)方法、解調(diào)后的誤碼率性能和信噪比性能等。從上面對頻譜利用率的定義可以發(fā)現(xiàn)，要使得通信系統(tǒng)的頻譜利用率有所提高主要可以兩種途徑 :一是通過提高該調(diào)制系統(tǒng)的傳信率即信息傳輸速率，二是降低已調(diào)信號所占用的頻帶寬度 [13]。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符號的構(gòu)造方案亦采用 QAM 調(diào)制方式 [45]。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 還可以用來創(chuàng)建用戶界面及與調(diào)用其它語言（包括 C， C++和 FORTRAN）編寫的程序。 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 16QAM 和 64QAM 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)作了仿真建模，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(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。 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。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 由輸入的信號最終決定。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)說明信號點(diǎn)的星座圖。 （ 1） QAM 信號的峰值 均值γ aveealPPp?? (213) 其中， pealP 表示信號的峰值功率， aveP 表示信號的平均功率。不同星座的參數(shù)如表 所示。 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。 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。 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。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。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。 3 模擬信號數(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)。例如，對于頻帶為 1MHz的可視電話信號進(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。設(shè)預(yù)測誤差的量化結(jié)果為 n n nee???，其中 n? 為量化誤差。其中 ?? 為量化級之間的間隔。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。 % 預(yù)測器階數(shù) [x,Fs,bits] = wavread(39。 W=inv(C)*R。 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以及相應(yīng)的量化信號值，設(shè)置參數(shù)如下：預(yù)測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時(shí)，可以通過函數(shù) dpcmopt 來計(jì)算最優(yōu)化的預(yù)測器抽頭系數(shù)，最佳量化分割電平以及最佳量化輸出電平。 同樣，設(shè)置 BSC 信道的誤碼率分別為 、 、 、 等，執(zhí)行仿真，從聽到的輸出音質(zhì)中，發(fā)現(xiàn)將誤碼率設(shè)置在 ，輸出為純噪聲，相當(dāng)于通信中斷。 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]。信源譯碼則是信源編碼的逆過程。信道既給信號以通路，也會(huì)對信號產(chǎn)生各種干擾和噪聲。要求仿真時(shí)間長度為 20s，步進(jìn)為 1/32021s。 圖 44 QAM調(diào)制信號的星座圖和眼圖 仿真結(jié)果通過示波器觀察發(fā)送端原始的輸入信號和接收端恢復(fù)出的信號。 圖 47 信原為聲音信號時(shí) QAM 傳輸模型 在發(fā)送端，對一段音頻信號先進(jìn)行 PCM 編碼完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行 QAM 數(shù)字調(diào)制，然后發(fā)送經(jīng)信道傳輸。 本章小結(jié) 本章基于前面所分析研究的基本理論及仿真結(jié)果，構(gòu)建了模擬信源 QAM 傳輸系統(tǒng)，并利用 MATLABLE/Simulink 進(jìn)行建模仿真及性能驗(yàn)證?，F(xiàn)對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。同時(shí)，通過示波器觀察發(fā)送端原始的輸入信號和接收端恢復(fù)出的信號，如圖 48 所示。這里我們以語音信號（文件名 ）為例來驗(yàn)證此傳輸系統(tǒng)的性能。設(shè)置 AWGN 信道噪聲方差為 啟動(dòng)仿真。 QAM 傳輸系統(tǒng)的仿真 Simulink 模塊庫中提供了 16QAM 調(diào)制模塊、 16QAM 解調(diào)模塊、 DPCM 編碼模“ DPCM Encoder”及 DPCM 解碼模塊 “ DPCM Decoder”等模塊 ，利用這些模塊構(gòu)建模擬信源的 QAM 數(shù)字傳輸測試模型，如圖 43所示。在無線通道中，信道可以是自由空間；在有線信道中，可以是明線、電纜和光纖。碼元速率決定傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬反映了通信的有效性。 4 QAM 傳輸系統(tǒng)的構(gòu)建與仿真 本章基于前面所分析研究的基本理論及仿真結(jié)果，構(gòu)建了模擬信源 QAM 傳輸系統(tǒng)，并利用 MATLAB/Simulink 進(jìn)行建模仿真及性能驗(yàn)證。但對于數(shù)據(jù)通信，對誤碼率要求更加嚴(yán)格，如果信道誤碼率不能滿足要求，可采用糾錯(cuò)編碼來進(jìn)一步降低傳輸誤 碼率。 DPCM 解碼模塊的設(shè)置參數(shù)要和編碼模塊相對應(yīng)。% 自 相關(guān)系數(shù)序