【正文】 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。 構(gòu)建QAM傳輸系統(tǒng)通過前面的分析，我們熟悉了各種數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)的基本原理，如何模擬信號(hào)數(shù)字化及如何數(shù)模轉(zhuǎn)換等，利用這些理論來構(gòu)建模擬信源QAM傳輸系統(tǒng)。 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]。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圖41 數(shù)字通信系統(tǒng)模型系統(tǒng)框圖中各功能模塊的作用如下：(1)信息源信息源（簡稱信源）的作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)。根據(jù)消息的種類不同，信源可以分為模擬信源和數(shù)字信源。模擬信源輸出連續(xù)的模擬信號(hào)，數(shù)字信源則輸出離散的數(shù)字信號(hào)。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)。（2）信源編碼與譯碼信源編碼有兩個(gè)基本功能：一是提高信息傳輸?shù)挠行?，即通過某種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率。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。二是完成模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換,即當(dāng)信息源給出的是模擬信號(hào)時(shí)，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。信源譯碼則是信源編碼的逆過程。（3）數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?hào)?；镜臄?shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控、頻移鍵控‘相移鍵控等。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(hào)。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)。（4）信道信道是一種物理媒質(zhì)，用來將來自發(fā)送設(shè)備的信號(hào)傳送到接收端。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。有線信道和無線信道均有多種物理煤質(zhì)。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。信道的固有特性及引入的干擾與噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。上圖中的噪聲源是信道中的噪聲及分散在通信系統(tǒng)其他各處的噪聲的集中表示，噪聲通常是隨機(jī)的，形式多樣的，它會(huì)干擾正常信號(hào)的傳輸。（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，即把原始電信號(hào)還原成相應(yīng)的消息。 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。信號(hào)源DPCM編碼QAM調(diào)制QAM解調(diào)DPCM解碼受信者信道噪聲源圖42 QAM傳輸系統(tǒng)模型此QAM傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：（1）模擬信號(hào)源輸出模擬信號(hào)，此模擬信號(hào)可以是聲音信號(hào)或圖像信號(hào)；（2）在發(fā)送端，模擬信號(hào)經(jīng)過DPCM編碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮及模擬信號(hào)數(shù)字化，再經(jīng)過QAM調(diào)制后發(fā)射出去；（3）通過信道傳輸，信道一方面提供通路，另一方面不可避免地得來噪聲，主要考慮加性噪聲，如高斯白噪聲；（4）在接收端，先經(jīng)過QAM解調(diào)，再對(duì)其進(jìn)行DPCM解碼，允許一定失真情況下最終恢復(fù)出原始信號(hào)。 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(cè)試模型，如圖43所示。在發(fā)送端，信源利用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一200Hz正弦信號(hào)，對(duì)其先進(jìn)行DPCM編碼完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行16QAM數(shù)字調(diào)制，然后發(fā)送經(jīng)信道傳輸。要求仿真時(shí)間長度為20s，步進(jìn)為1/32000s。Gain模塊用于調(diào)整輸入信號(hào)的幅度。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。此系統(tǒng)QAM調(diào)制信號(hào)的星座圖和眼圖如圖44所示。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。此系統(tǒng)QAM調(diào)制信號(hào)的星座圖和眼圖如圖44所示。圖44 QAM調(diào)制信號(hào)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(hào)和接收端恢復(fù)出的信號(hào)。示波器輸出波形如圖45所示。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)。示波器輸出波形如圖46所示。圖46 信源為三角波時(shí)示波器輸出波形由圖446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。 應(yīng)用實(shí)例的仿真在現(xiàn)代的數(shù)字通信中，和人們生活聯(lián)系最為緊密的就是聲音信號(hào)和圖像信號(hào)的傳輸。這里我們以語音信號(hào)（）為例來驗(yàn)證此傳輸系統(tǒng)的性能。使用Simulink中的DSP模塊庫的音頻輸入輸出模塊可以對(duì)真實(shí)的音頻信號(hào)進(jìn)行處理，并基于DPCM編解碼模塊、QAM調(diào)制解調(diào)模塊構(gòu)建語音信號(hào)的QAM數(shù)字傳輸測(cè)試模型，如圖47所示。圖47 信原為聲音信號(hào)時(shí)QAM傳輸模型在發(fā)送端，對(duì)一段音頻信號(hào)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。要求仿真時(shí)間長度為20s，步進(jìn)為1/32000s。Gain模塊用于調(diào)整輸入聲音信號(hào)的幅度。在接收端，對(duì)接收到的已調(diào)信號(hào)先進(jìn)行解調(diào)，再進(jìn)行DPCM解碼完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。圖48 示波器輸出波形、啟動(dòng)仿真，均可聽到在特定的誤碼率下傳輸?shù)腄PCM解碼語音信號(hào)。盡管有明顯的“咯咯”解碼噪聲，但話音基本能聽懂。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。通過上面的驗(yàn)證可看出，在此仿真中，不管使用揚(yáng)聲器來聆聽話音信號(hào)，還是通過示波器觀察接收端恢復(fù)的語音信號(hào)，兩種方法的結(jié)果都說明在一定的信道誤碼情況下，所構(gòu)建的QAM傳輸系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的正確傳輸。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。仿真結(jié)果表明：在允許一定失真的情況下，無論輸入信號(hào)是信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的模擬信號(hào)（200Hz正弦波或800Hz三角波）還是語音信號(hào)，均可在此系統(tǒng)中進(jìn)行良好的傳輸。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。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。本文在對(duì)QAM調(diào)制解調(diào)的基本原理、模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸理論進(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)的建立及性能驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明：在允許一定失真的情況下，模擬信號(hào)可在此系統(tǒng)中進(jìn)行良好的傳輸?，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。由于時(shí)間有限及本人經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰η啡?，本課題的研究尚有不足之處：在研究模擬信號(hào)數(shù)字化——DPCM時(shí)，沒能夠?qū)⒆赃m應(yīng)技術(shù)引入量化和預(yù)測(cè)過程，未實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制ADPCM。參考文獻(xiàn)[1] [M].北京：清華大學(xué)出版社,2006[2] 劉連青. 數(shù)字通信技術(shù)[M] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006 [3] 樊昌信 曹麗娜 .通信原理[M].北京： 國防工業(yè)出版社，2006[4] 李立. 高速16QAM傳輸技術(shù)研究[D]. [5] 魏濤. [J].2002（1）[6] 韓利竹 [M].北京： 國防工業(yè)出版社，2003[7] 邵玉斌. Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2008[8] 鄧華．MATLAB通信仿真及應(yīng)用實(shí)例詳解[M].北京：人民郵電出版社，2003[9] 李賀冰. Simulink 通信仿真教程[M].北京： 國防工業(yè)出版社，2006 [10]于風(fēng)云 張平．QAM 調(diào)制與解調(diào)的全數(shù)字實(shí)現(xiàn)[J]現(xiàn)代電子技術(shù)，2005（3）[11] 朱泳霖. QAM調(diào)制解調(diào)技術(shù)研究及其PFGA實(shí)現(xiàn)[D]. [12] 楊明華. 基于FPGA的16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的研究[D]. [13] 王麗萍 陶成. QAM解調(diào)系統(tǒng)的研究[J]. 電視技術(shù). 2007（5）致謝本論文是在郭常盈老師的指導(dǎo)下完成的。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，深深地感染和激勵(lì)著我。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。在郭老師的指點(diǎn)和幫助下，我對(duì)專業(yè)課知識(shí)產(chǎn)生了濃厚的興趣，為以后進(jìn)一步的深度學(xué)習(xí)找到了方向。而且通過課題使我對(duì)使用MATALB軟件的系統(tǒng)仿真有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)了如何運(yùn)用Simulink仿真平臺(tái)進(jìn)行通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。這一切，都是在郭老師的熱心指導(dǎo)下完成的，特在此對(duì)尊敬的郭老師表示真摯的謝意?；仡櫵哪甑膶W(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！