【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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)。多電平判決器對(duì)多電平基帶信號(hào)進(jìn)行判決和檢測(cè)，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(hào)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(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。所以在下面各個(gè)仿真模型中，主要通過(guò)星座圖模塊、眼圖模塊及誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊來(lái)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(kù)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(cè)試模型如圖24所示。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。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(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。解調(diào)的符號(hào)（整數(shù)）與發(fā)送端數(shù)據(jù)進(jìn)行比較得出錯(cuò)誤符號(hào)率統(tǒng)計(jì)。，發(fā)送和接收信號(hào)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(guò)星座圖、眼圖及誤碼率這些測(cè)試工具，只要通過(guò)對(duì)比發(fā)送端和接收端的星座圖和眼圖，或通過(guò)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降系數(shù)為0，即滿(mǎn)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。由于傳輸信道上噪聲的存在，接收端星座圖與理想的星座點(diǎn)都有一定的偏差，通過(guò)偏差的大小可以直觀的判斷出系統(tǒng)性能的好壞。這里接收端的眼圖雖然離理想的偏差比較大，但是并沒(méi)有發(fā)生重疊的現(xiàn)象，所以通過(guò)合適的閾值檢測(cè)，還是可以很好的恢復(fù)出原始的波形。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。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。 ，發(fā)送10s數(shù)據(jù)，經(jīng)誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊Error rate calculation計(jì)算及數(shù)據(jù)顯示模塊Display顯示，可以觀察到錯(cuò)誤符號(hào)數(shù)為27個(gè)。 64QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的Simulink仿真Simulink模塊庫(kù)中提供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64QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)[7]，測(cè)試模型如圖27所示。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。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。解調(diào)的符號(hào)（整數(shù)）與發(fā)送端數(shù)據(jù)進(jìn)行比較得出錯(cuò)誤符號(hào)率統(tǒng)計(jì)。，發(fā)送和接收信號(hào)的星座圖仿真結(jié)果如圖28所示。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。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。由于傳輸信道上噪聲的存在，接收端星座圖與理想的星座點(diǎn)都有一定的偏差，通過(guò)偏差的大小可以直觀的判斷出系統(tǒng)性能的好壞。，發(fā)送10s數(shù)據(jù)，經(jīng)誤碼率統(tǒng)計(jì)模塊Error rate calculation計(jì)算及數(shù)據(jù)顯示模塊Display顯示，可以觀察到64QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)錯(cuò)誤符號(hào)數(shù)為29個(gè)。而16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)錯(cuò)誤符號(hào)數(shù)為27個(gè)。進(jìn)一步仿真，MQAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)誤碼率如表22所示。由表23可以看出M越大，系統(tǒng)錯(cuò)誤符號(hào)率越高。表22 MQAM系統(tǒng)錯(cuò)誤符號(hào)率MQAM16QAM64QAM256QAM1024QAM2056QAM錯(cuò)誤符號(hào)率 MQAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)性能仿真分析通信系統(tǒng)的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳輸信息，因此傳輸信息的有效性和可靠性是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)。有效性可用傳輸速率和頻帶利用率來(lái)衡量，而可靠性用誤碼率來(lái)衡量。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。帶通二進(jìn)制鍵控系統(tǒng)中，每個(gè)碼元只傳輸1b信息，其頻帶利用率不高。在頻率資源極其寶貴和緊缺的條件下，提高頻帶利用率最有效的辦法是使一個(gè)碼元傳輸多個(gè)比特的信息，即采用多進(jìn)制數(shù)字鍵控體系。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。信息速率Rb和碼元速率RB有以下確定的關(guān)系，即 (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。所以真正衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)是頻帶利用率，即 (212)表23 MQAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的頻帶利用率MQAM4QAM16 QAM64 QAM256 QAM1024QAM4096QAM23455綜上分析，可得到MQAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的頻帶利用率如表23所示。由表23可得出結(jié)論：對(duì)于多進(jìn)制MQAM數(shù)字調(diào)制技術(shù)，隨著M的增大，MQAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的頻帶利用率增大。 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。當(dāng)判決門(mén)限為A/2，方差為，信號(hào)能量為E時(shí)，正確判決的概率為 (213)差錯(cuò)概率為 (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，三個(gè)信號(hào)點(diǎn)正確判斷的概率分別為： (215)A/2A/2圖29 64QAM第一象限星座圖 總的正確判決的概率為 (216)差錯(cuò)概率為 (217)用同樣的方法可推出16QAM、256QAM、1024QAM、4096QAM的差錯(cuò)概率： (218)由式（218）可以看出，M越大誤碼率越高。這結(jié)論與前面由表23所得出的結(jié)論一致。因此，我們可得出結(jié)論：對(duì)于多進(jìn)制MQAM數(shù)字調(diào)制技術(shù)，制式數(shù)M大，系統(tǒng)誤碼率越大，即系統(tǒng)的抗噪聲性能越差。 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。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。因此，我們可得出結(jié)論：對(duì)于多進(jìn)制MQAM數(shù)字調(diào)制技術(shù)，制式數(shù)M增大，系統(tǒng)的功率利用率減小。綜上述分析，可得出如下結(jié)論：（1）為了提高通信系統(tǒng)的有效性，即提高系統(tǒng)的頻帶利用率，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制式一個(gè)重要途徑；（2）提高頻帶利用率是以降低功率利用率為代價(jià)。（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。（4）為了降低誤碼率，只有提高發(fā)射功率。對(duì)于移動(dòng)設(shè)備等場(chǎng)合提高功率又是難以實(shí)現(xiàn)的。在工程實(shí)踐中因權(quán)衡二者的關(guān)系。 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(guò)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)。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)。那模擬信源提供的模擬信號(hào)如何在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸呢？模擬信號(hào)要想在數(shù)字通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，首先需要在發(fā)送端把模擬信號(hào)數(shù)字化，即進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后在數(shù)字通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸；在接收端需把數(shù)字信號(hào)還原成模擬信號(hào)，即進(jìn)行數(shù)模變換。一般模數(shù)轉(zhuǎn)換常采用脈沖編碼調(diào)制（PCM）、差分脈沖編碼調(diào)制等。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(huà)音質(zhì)量的性能比對(duì)和分析。 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(chēng)為PCM。其原理框圖如圖31所示。話(huà)音輸入低通濾波瞬時(shí)壓縮抽 樣量 化編