【文章內容簡介】 降系數為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。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都有一定的偏差，通過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，但是并沒有發(fā)生重疊的現象，所以通過合適的閾值檢測，還是可以很好的恢復出原始的波形。圖26 QAM16調制解調系統(tǒng)眼圖圖26為16QAM調制解調系統(tǒng)發(fā)送端和接收端的眼圖。通過觀察發(fā)現，在采樣時刻最大眼圖開啟，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、碼間干擾的強弱和傳輸信道噪聲影響的大小。 ，發(fā)送10s數據，經誤碼率統(tǒng)計模塊Error rate calculation計算及數據顯示模塊Display顯示，可以觀察到錯誤符號數為27個。 64QAM調制解調系統(tǒng)的Simulink仿真Simulink模塊庫中提供Rectangular QAM Modulator Baseband模塊、解調器Rectangular QAM Demodulator Baseband模塊、誤碼率統(tǒng)計模塊、星座圖模塊等，利用這些模塊構建64QAM調制解調系統(tǒng)[7]，測試模型如圖27所示。27 64QAM調制解調系統(tǒng)測試模型設傳輸符號率為1000波特，則碼元時隙寬度是1ms。信源輸出的隨機整數送入64QAM基帶調制器（用Rectangular QAM Modulator Baseband模塊實現），調制輸出經過高斯信道后送入接收端相應的64QAM基帶解調器（Rectangular QAM Demodulator Baseband模塊實現）中，調制器和解調器的參數設置必須一致。解調的符號（整數）與發(fā)送端數據進行比較得出錯誤符號率統(tǒng)計。，發(fā)送和接收信號的星座圖仿真結果如圖28所示。圖28 64QAM調制解調系統(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都有一定的偏差，通過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數據，經誤碼率統(tǒng)計模塊Error rate calculation計算及數據顯示模塊Display顯示，可以觀察到64QAM調制解調系統(tǒng)錯誤符號數為29個。而16QAM調制解調系統(tǒng)錯誤符號數為27個。進一步仿真，MQAM調制解調系統(tǒng)誤碼率如表22所示。由表23可以看出M越大，系統(tǒng)錯誤符號率越高。表22 MQAM系統(tǒng)錯誤符號率MQAM16QAM64QAM256QAM1024QAM2056QAM錯誤符號率 MQAM調制解調系統(tǒng)性能仿真分析通信系統(tǒng)的任務是快速、準確地傳輸信息，因此傳輸信息的有效性和可靠性是衡量數字通信系統(tǒng)的性能指標。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。下面就從這幾方面對MQAM調制解調系統(tǒng)的性能進行仿真分析。帶通二進制鍵控系統(tǒng)中，每個碼元只傳輸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碼元傳輸多個比特的信息，即采用多進制數字鍵控體系。在碼元速率RB一定條件下，采用多進制數字鍵控，可以提高信息傳輸速率Rb。信息速率Rb和碼元速率RB有以下確定的關系，即 (211)在比較不同通信系統(tǒng)的有效性時，不能單看它們的傳輸速率，還應考慮所占用的頻帶寬度。所以真正衡量數據通信系統(tǒng)的有效性指標是頻帶利用率，即 (212)表23 MQAM調制解調系統(tǒng)的頻帶利用率MQAM4QAM16 QAM64 QAM256 QAM1024QAM4096QAM23455綜上分析，可得到MQAM調制解調系統(tǒng)的頻帶利用率如表23所示。由表23可得出結論：對于多進制MQAM數字調制技術，隨著M的增大，MQAM調制解調系統(tǒng)的頻帶利用率增大。 誤碼率分析在一維信號空間中可導出兩個等概率出現的信號，其距離為A。當判決門限為A/2，方差為，信號能量為E時，正確判決的概率為 (213)差錯概率為 (214)二維信號空間以64QAM為例（見圖210），我們將多元的MQAM信號點之間的距離都設為A，用一維信號空間類似的方法，得出，三個信號點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)差錯概率為 (217)用同樣的方法可推出16QAM、256QAM、1024QAM、4096QAM的差錯概率： (218)由式（218）可以看出，M越大誤碼率越高。這結論與前面由表23所得出的結論一致。因此，我們可得出結論：對于多進制MQAM數字調制技術，制式數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每個信號點到中點的距離（即信號幅值），得出信號的平均功率為 (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調制解調系統(tǒng)平均功率逐步下降。因為各調制解調最大峰值功率相同，所以功率利用減小。因此，我們可得出結論：對于多進制MQAM數字調制技術，制式數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，多進制數字調制式一個重要途徑；（2）提高頻帶利用率是以降低功率利用率為代價。（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。對于移動設備等場合提高功率又是難以實現的。在工程實踐中因權衡二者的關系。 本章小結本章對QAM調制解調相關理論進行了分析研究，給出了調制端和解調端的結構框圖；通過對信號點星座圖的分析研究，給出了QAM調制技術的性能指標；構建了16QAM和64QAM調制解調系統(tǒng)的Simulink的仿真模型，進行仿真驗證；并基于Simulink對MQAM調制解調系統(tǒng)進一步進行性能分析，得出多進制調制情況下頻帶利用率、功率利用率、誤碼率與調制方式、傳輸環(huán)境之間的定量關系，為后面系統(tǒng)規(guī)劃與設計奠定基礎。3模擬信號數字化研究及Simulink仿真隨著通信技術的發(fā)展，數字通信成為主流技術。那模擬信源提供的模擬信號如何在數字通信系統(tǒng)中傳輸呢？模擬信號要想在數字通信系統(tǒng)進行傳輸，首先需要在發(fā)送端把模擬信號數字化，即進行模數轉換，然后在數字通信系統(tǒng)進行傳輸；在接收端需把數字信號還原成模擬信號，即進行數模變換。一般模數轉換常采用脈沖編碼調制（PCM）、差分脈沖編碼調制等。本章對差分脈沖編碼調制相關理論進行了分析研究，給出了編解碼器的結構框圖，基于MATLABLE/Simulink構建了DPCM串行傳輸的仿真模型及仿真驗證，并基于Simulink實現了PCM及DPCM語音信號的傳輸，并進行傳輸誤碼與解碼話音質量的性能比對和分析。 脈沖編碼調制脈沖編碼調制(pulse code modulation——PCM)是典型的編碼方式，通常把從模擬信號抽樣、量化、直到變?yōu)槎M制符號的基本過程稱為PCM。其原理框圖如圖31所示。話音輸入低通濾波瞬時壓縮抽 樣量 化編 碼低通濾波瞬時擴張解 調解 碼信道再 生話音輸出圖31 脈沖編碼調制（PCM）系統(tǒng)原理框圖 差分脈沖編碼調制PCM體制需要用64kb的速率傳輸1路數字信號，而傳輸一路模擬電話僅占用4kHZ帶寬。相比之下，采用PCM，則數碼率太高，傳輸PCM信號占用更大帶寬。例如，對于頻帶為1MHz的可視電話信號進行編碼，根據采樣定理，采樣速率，若每樣值采用8位編碼，則數碼率為16Mbit/s。對于電視信號，圖像信號寬帶為6MHz，若也采用8位編碼，則數碼率將達100Mbit/s。為了降低數字電話信號的比特率，改進方法之一是采用預測編碼方法。預測編碼方法有多種，差分脈沖編碼調制，簡稱差分脈碼調制DPCM，是其中廣泛應用的一種基本預測方法。 DPCM編解碼基本原理DPCM是一種利用信號樣值之間的關聯(lián)特性進行高效率波形編碼的方法。當信號樣值序列中鄰近樣值之間存在明顯的關聯(lián)時，那么樣值的差值方差就會比較樣值本身的方差要小。PCM中直接傳輸樣值本身，而在DPCM中，傳輸數據為樣值的差值，在量化誤差不變的條件下，就可以用較少的比特數來表示碼字，也就提高了波形編碼的效率。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，預測器根據過去時刻的信號樣值來預測當前時刻的信號樣值，并與當前輸入樣值xn相減得出預