【正文】 圖 PCM通信系統(tǒng)方框圖圖中，輸入的模擬信號(hào)經(jīng)抽樣、量化、編碼后變成了數(shù)字信號(hào)(PCM信號(hào))，經(jīng)信道傳輸?shù)竭_(dá)接收端，由譯碼器恢復(fù)出抽樣值序列，再由低通濾波器濾出模擬A帶信號(hào)。通常，將量化與編碼的組合稱為模/數(shù)變換器（A/D變換器)；而譯碼與低通濾波的組合稱為數(shù)/模變換器(D/A變換器)。前者完成由模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的變換，后者則相反，即完成數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的變換。 差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）原理差分脈沖編碼調(diào)制DPCM是一種結(jié)合了脈沖編碼調(diào)制PCM和增量調(diào)制DM的調(diào)制方式它首先把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成增量信號(hào)，然后對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行PCM調(diào)制抽樣量化編碼低通濾波信道譯碼積分DPCM信號(hào)譯碼積分 DPCM系統(tǒng)的組成 仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì) A律十三折與u律十五折量化誤差分析(1) 仿真模型設(shè)計(jì)目的如果在發(fā)送端的信息源中包括一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，而在接收端包含一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換裝置，則可以在數(shù)字系統(tǒng)中傳輸模擬信號(hào)。抽樣定理為模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸提供了理論基礎(chǔ)。在完成對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣后，就要對(duì)抽樣值進(jìn)行量化。量化可以分為均勻量化和非均勻量化，在非均勻量化中，存在A律十三折曲線與u律十五折曲線兩種近似的量化方式，而量化誤差是衡量量化效果的重要指標(biāo)。在本仿真模型中，我們將通過量化誤差的大小來比較這兩種量化方式的效果。(2) 仿真模型設(shè)計(jì)分析及其組成結(jié)構(gòu) A律十三折與u律十五折量化誤差分析模型本仿真模型采用一個(gè)SineWave產(chǎn)生一個(gè)正弦型信號(hào)，這個(gè)信號(hào)分別通過兩個(gè)抽樣量化編碼器按照A律十三折曲線和u律+五折曲線產(chǎn)生量化輸出信號(hào)，然后把這兩個(gè)量化器計(jì)算得到的量化誤差的均方值通過一個(gè)Mux(復(fù)用器)輸入到Scope(示波器)，這時(shí)候從示波器上就可以觀察到這兩種量化編碼器產(chǎn)生的誤差。抽樣量化編碼器根據(jù)量化間隔和量化碼本把輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并且輸出量化指標(biāo)、量化電平以及誤差的均方值。為了比較量化之前和量化之后的正弦信號(hào)，正弦信號(hào)產(chǎn)生器和兩個(gè)抽樣量化編碼器的第二個(gè)輸出端口的輸出信號(hào)通過另外一個(gè)復(fù)用器連接到Scopel(示波器)。(3) 仿真模型運(yùn)行結(jié)果及其分析 示波器Scope1的運(yùn)行結(jié)果示波器ScPoel的運(yùn)行結(jié)果中X軸表示時(shí)間(單位：s)，Y軸表示信號(hào)幅值。從圖中可以看出，抽樣量化后的信號(hào)與原來的連續(xù)信號(hào)之間存在著一定的量化誤差，同時(shí)A律十三折曲線和u律十五折曲線在處理大信號(hào)的方式相似，兩者的差別在于對(duì)小信號(hào)的量化編碼方式上。 示波器Scope的運(yùn)行結(jié)果示波器Scope2的運(yùn)行結(jié)果中X軸表示時(shí)間(單位：S)，Y 軸表示信號(hào)的量化誤差。從圖中可以看出，在處理小信號(hào)時(shí)u律十五折曲線比A律十三折曲線效果好；而在處理大信號(hào)時(shí)，u律十五折曲線要比A律十三折曲線效果差。第五章 通信系統(tǒng)信道編碼研究及其仿真 信道編碼概念信道編碼是現(xiàn)代通信系統(tǒng)廣泛采用的一種差錯(cuò)控制措施。在信道編碼過程中，發(fā)送端通過某種方式對(duì)信息序列進(jìn)行計(jì)算，得到相應(yīng)的檢錯(cuò)/糾錯(cuò)編碼，然后把這個(gè)檢錯(cuò)/糾錯(cuò)編碼附加到信息序列中，經(jīng)過載波調(diào)制之后發(fā)射出去。接收端對(duì)這個(gè)序列實(shí)施信道編碼的逆過程之后，就得到了所需要的信息序列，同時(shí)也知道了該序列是否存在著傳輸錯(cuò)誤。如果信道編碼只具有檢錯(cuò)能力，它可以通過發(fā)送端的重傳過程來糾正這個(gè)錯(cuò)誤；如果信道編碼還具有一定的糾錯(cuò)能力，它就可能糾正這個(gè)錯(cuò)誤，但是前提是接收信號(hào)中誤碼的個(gè)數(shù)沒有超出信道編碼的糾錯(cuò)能力。 信道編碼分類 分組編碼分組碼是把若干個(gè)輸入信號(hào)變成一個(gè)更長的輸出序列的編碼方式，它通過提供編碼的冗余度來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。假設(shè)輸入信號(hào)是一個(gè)長度為k的向量x，經(jīng)過分組編碼之后的輸出信號(hào)是一個(gè)長度為n的向量Y，則這個(gè)分組編碼表示為(n，k) ，其中信息位的長度等于k，碼長為n，監(jiān)督位的長度r=nk，編碼效率等于k/n=1r/n。對(duì)于分組碼，輸出序列Y一般可以表示成輸入向量x與生成矩陣G的乘積，其中G是一個(gè)k行n列的矩陣。BCH碼是一種特別重要的分組編碼。它是根據(jù)3個(gè)發(fā)明人的名字Bose，Chaudhuri和Hocguenghem命名的。BCH碼的重要性在于它解決了生成多項(xiàng)式與糾錯(cuò)能力之間的關(guān)系問題，可以方便地糾正多個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤。對(duì)于特定的碼子長度n ， BCH碼只能對(duì)特定的長度為k的信息序列進(jìn)行編碼。ReedSolomon碼是一種具有很強(qiáng)糾錯(cuò)能力的多進(jìn)制BCH碼〔簡稱RS碼)，它是以兩個(gè)發(fā)明人的名字Reed和Solomon命名的。對(duì)于一個(gè)M進(jìn)制RS碼，它的輸入和輸出信號(hào)的范圍都等于[0，M1]，其中M=。RS碼的碼長度n=M1= 1，如果信息位的長度等于k假設(shè)它能夠糾正t個(gè)錯(cuò)，則監(jiān)督位的長度r=nk。另外，RS碼具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，則RS碼的監(jiān)督位長度r和t之間應(yīng)該滿足關(guān)系r=nk=2t。因此，RS碼的長度與信息位長度之間的差值應(yīng)該是一個(gè)偶數(shù)，同時(shí)，RS碼的最小碼元距離為： （5－1）RS碼的輸入信號(hào)還可以用二進(jìn)制符號(hào)來表示，每個(gè)M進(jìn)制符號(hào)可以表示成m位二進(jìn)制符號(hào)。 循環(huán)冗余碼循環(huán)冗余碼CRC(Cyclicr edundancyc heck)是一種使用相當(dāng)頻繁的檢錯(cuò)碼。與分組碼不同的是，循環(huán)冗余碼不具有糾錯(cuò)能力。當(dāng)接收端檢測到傳輸錯(cuò)誤時(shí)，它并不去糾正這個(gè)傳輸錯(cuò)誤，而是要求發(fā)送端重新發(fā)送這個(gè)信號(hào)序列。在循環(huán)冗余碼的編碼過程中，發(fā)送端對(duì)一個(gè)特定長度的信息序列計(jì)算得到一個(gè)循環(huán)冗余碼，并且把這個(gè)循環(huán)冗余碼附加到原來信息序列的末尾一起發(fā)送出去。接收端接收到帶有循環(huán)冗余碼的信號(hào)后，從中分離出信息序列和循環(huán)冗余碼，然后根據(jù)接收到的信息位序列重新計(jì)算循環(huán)冗余碼。如果這個(gè)重新計(jì)算得到的循環(huán)冗余碼與分離出來的循環(huán)冗余碼不同，則接收信號(hào)序列存在著傳輸錯(cuò)誤。這時(shí)候接收端會(huì)要求發(fā)送端的重新發(fā)送這個(gè)信號(hào)序列，通過這個(gè)過程實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的糾錯(cuò)。 卷積編碼卷積編碼與分組編碼不同。在分組編碼中，任何一段規(guī)定時(shí)間內(nèi)編碼器的輸出完全決定于這段時(shí)間中的輸入信號(hào)；而在卷積碼中，任何一段規(guī)定時(shí)間的n個(gè)碼元不僅取決于這段時(shí)間內(nèi)的k個(gè)信息位，而且還取決于前N1段時(shí)間內(nèi)的信息位，這個(gè)N就成為卷積碼的約束長度。卷積編碼器的表示有兩種方式：用多項(xiàng)式表示以及用Trellis圖表示。卷積編碼器的多項(xiàng)式表示由3部分組成：約束長度、生成多項(xiàng)式以及反饋多項(xiàng)式。如果卷積編碼器只有一個(gè)輸入時(shí)，它的約束長度是一個(gè)標(biāo)童，并且等于卷積編碼器中儲(chǔ)存的信息位的個(gè)數(shù)(包括移位寄存器的個(gè)數(shù)以及當(dāng)前的輸入信號(hào))。如果卷積編碼器有多個(gè)輸入，則約束長度是一個(gè)向量，其中的每一個(gè)元素對(duì)應(yīng)于一個(gè)輸入信號(hào)在卷積編碼器中存儲(chǔ)的信息位的個(gè)數(shù)。假設(shè)卷積編碼器有k個(gè)輸入信號(hào)和n個(gè)輸出信號(hào)，則這個(gè)卷積編碼器的生成多項(xiàng)式是一個(gè)k行n列的矩陣G=，其中的每一個(gè)元素，表示第i個(gè)輸入信號(hào)對(duì)第j個(gè)輸出信號(hào)的影響。如果第i個(gè)輸入信號(hào)對(duì)第/個(gè)輸出信號(hào)有影響，則=1，否則， =0。對(duì)于帶反饋的卷積編碼器，還需要指定相應(yīng)的反饋多項(xiàng)式。如果卷積編碼器只有一個(gè)輸入信號(hào)，則反饋多項(xiàng)式是一個(gè)標(biāo)量。當(dāng)卷積編碼器有多個(gè)輸入信號(hào)時(shí)，反憤多項(xiàng)式是一個(gè)向量，它的長度等于卷積編碼器輸入信號(hào)的個(gè)數(shù)。 仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì) RS編碼糾錯(cuò)性能分析(1) 仿真模型設(shè)計(jì)目的在早期的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)錯(cuò)位之后一般是通過前向糾錯(cuò)來糾正的，即在傳輸信號(hào)中引入一定的冗余度來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的糾錯(cuò)功能。由于RS具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，因此在移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本仿真模型將對(duì)第二代無繩電話系統(tǒng)(CT2)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中采用的RS編碼進(jìn)行仿真，由此來分析RS編碼的糾錯(cuò)能力。(2) 仿真模型設(shè)計(jì)分析及其組成結(jié)構(gòu)第二代無繩電話系統(tǒng)(CT2)最早起源于英國，主要應(yīng)用于家庭、商業(yè)以及公共電話系統(tǒng)， Hz之問的頻段，采用FDMA方式，每個(gè)信道占用l00kHz的帶寬，可支持40個(gè)信道。CT2系統(tǒng)中基站的發(fā)射功率較小，手機(jī)最大發(fā)送功率為10dBW，調(diào)制方式為頻移鍵控(FSK)，標(biāo)準(zhǔn)覆蓋半徑為40200米。本仿真模型由3個(gè)部分組成：Source(信源模塊)、Binary SymmetricC hannel(信道模塊)以及Sink(信宿模塊)。信源模塊產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)據(jù)幀，這些數(shù)據(jù)幀通過RS編碼之后進(jìn)入二進(jìn)制對(duì)稱信道，然后在信宿模塊中進(jìn)行RS解碼，最后計(jì)算編碼信號(hào)的誤比特率，繪制信號(hào)誤比特率與信道質(zhì)量之間的關(guān)系圖。 仿真模型結(jié)構(gòu)圖 信源模塊結(jié)構(gòu)圖 信宿模塊結(jié)構(gòu)圖(3) 仿真模型運(yùn)行結(jié)果及其分析 模型仿真結(jié)果在仿真運(yùn)行結(jié)果中，x軸表示信道的誤比特率，Y軸表示編碼信號(hào)的誤比特率。從圖中可以看出，當(dāng)信道中的誤比特率低誤1%時(shí)，RS編碼具有較好的效果。信道誤比特率增大之后，接收信號(hào)中的誤碼個(gè)數(shù)將超過RS編碼的糾錯(cuò)能力，因此，當(dāng)信道誤比特率較高時(shí)，還要聯(lián)合采用其他方法才能保證信號(hào)的正確接收。61 CRC16編碼檢錯(cuò)性能分析(1) 仿真模型設(shè)計(jì)目的循環(huán)冗余碼CRC是一種使用相當(dāng)頻繁的檢錯(cuò)碼。當(dāng)接收端檢測到傳輸錯(cuò)誤時(shí)，它并不去糾正這個(gè)傳輸錯(cuò)誤，而是要求發(fā)送端重新發(fā)送這個(gè)信號(hào)序列。在循環(huán)冗余碼的編碼過程中，發(fā)送端對(duì)一個(gè)特定長度的信息序列計(jì)算得到一個(gè)循環(huán)冗余碼，并且把這個(gè)循環(huán)冗余碼附加到原來信息序列的末尾一起發(fā)送出去。本仿真模型將對(duì)DECT數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中采用的CRC編碼進(jìn)行仿真來分析CRC編碼的檢錯(cuò)能力。(2) 仿真模型設(shè)計(jì)分析及其組成結(jié)構(gòu)DECT( Dig italE uropeanC ordlessT elephone)是一種新的無繩電話通信標(biāo)準(zhǔn)，它是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(ETSI， European Telemunications Standards Institute)于1992年在工SDN和GSM的基礎(chǔ)上制定的。DECT可用于家庭、商業(yè)通信系統(tǒng)及公共網(wǎng)的接入。它使用的頻段在1880MHz和1900MHz之間。DECT的接入方式為TDMA/TDD，每個(gè)物理信道分成24個(gè)時(shí)隙，這24個(gè)時(shí)隙稱為一幀，幀長10毫秒。每個(gè)時(shí)隙可傳輸480個(gè)比特信息，其中包括32bit的同步前綴，388bit的數(shù)據(jù)以及60bit的保護(hù)間隔。在388bit的數(shù)據(jù)中，DECT只對(duì)48bit的頭部進(jìn)行CRC校驗(yàn)，產(chǎn)生16bit的校驗(yàn)位，剩余的數(shù)據(jù)直接傳輸。本仿真模型結(jié)構(gòu)如下。Source(信源模塊)每隔10毫秒產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀在CRC校驗(yàn)和填充之后長度等于480bit。數(shù)據(jù)幀在Channel(信道模塊)中傳輸，這個(gè)信道是一個(gè)二進(jìn)制對(duì)稱信道。Sink(信宿模塊)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行CRC譯碼。這里我們關(guān)心的是CRC的校驗(yàn)?zāi)芰?，因此我們?duì)CRC編碼原始信號(hào)與通過信道傳輸后的信號(hào)進(jìn)行比較，檢查這個(gè)數(shù)據(jù)幀中是否存在傳輸錯(cuò)誤。同時(shí)，CRC檢測器也產(chǎn)生一個(gè)關(guān)于這個(gè)數(shù)據(jù)幀的質(zhì)量報(bào)告。如果這兩種判斷方法得到的結(jié)果相同，則表示CRC的檢測結(jié)果是正確的。否則，要么是傳輸過程中發(fā)生的錯(cuò)誤比特的個(gè)數(shù)超過了CRC的檢錯(cuò)能力，要么是信息位本身沒有錯(cuò)誤，但是CRC校驗(yàn)位出現(xiàn)了傳輸錯(cuò)誤導(dǎo)致錯(cuò)誤的判決。這樣，我們就能夠獲得錯(cuò)誤判決幀所占的比例與信道誤比特率之間的關(guān)系。 仿真模型結(jié)構(gòu)圖 信源模塊結(jié)構(gòu)圖 信宿模塊結(jié)構(gòu)圖 信號(hào)比較模塊(3)仿真模型運(yùn)行結(jié)果及其分析 CRC_16編碼檢錯(cuò)性能分析模型仿真結(jié)果在仿真運(yùn)行結(jié)果中，X軸表示信道的誤比特率，Y軸表示編碼信號(hào)的誤比特率。從圖中可以看出，CRC檢測的性能是相當(dāng)理想的，不管信道的誤比特率是多高，CRC檢測器發(fā)生的錯(cuò)誤判決的比例都低于，即每10000個(gè)數(shù)據(jù)幀中只有一個(gè)幀在發(fā)生傳輸錯(cuò)誤時(shí)未能被CRC檢測器檢查出來。因此，CRC編碼廣泛的應(yīng)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)中，用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)求重傳(ARQ， Automatic Retransmission Request)功能。第六章 通信系統(tǒng)信號(hào)調(diào)制研究及其仿真 信號(hào)調(diào)制的概念信號(hào)調(diào)制是根據(jù)輸入信號(hào)改變傳輸信號(hào)，使之能夠在特定的頻率范圍之內(nèi)和特定條件的信道中傳輸?shù)倪^程。信號(hào)解調(diào)是信號(hào)調(diào)制過程的逆過程，它把某種特定形態(tài)的傳輸波形還原為發(fā)送端調(diào)制前的信號(hào)。根據(jù)調(diào)制前的信號(hào)是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)可以把信號(hào)調(diào)制方式分成兩類：模擬調(diào)制方式和數(shù)字調(diào)制方式。另外，根據(jù)調(diào)制信號(hào)是否存在載波還可以把模擬調(diào)制方式分為基帶調(diào)制和頻帶調(diào)制，其中基帶調(diào)制方式不需要載波，頻帶調(diào)制方式則把基帶信號(hào)調(diào)制到更高頻率的載波上進(jìn)行傳輸。我們這里著重研究數(shù)字信號(hào)調(diào)制。 信號(hào)調(diào)制 脈沖振幅調(diào)制（PAM）除了正弦型信號(hào)外，在時(shí)間上連續(xù)的脈沖串，同樣可以作為載波，這時(shí)的調(diào)制是用基帶信號(hào)去改變脈沖的某些參數(shù)而達(dá)到的，人們常把這種調(diào)制稱為脈沖調(diào)制。通常，按基帶信號(hào)改變脈沖參數(shù)(幅度、寬度、時(shí)間位置)的不同，把脈沖調(diào)制又分為脈幅調(diào)制(PAM)、脈寬調(diào)制(POM)和脈位調(diào)制(PPM)等。這里我們著重研究一下脈沖振幅調(diào)制(PAM)。所謂脈沖振幅調(diào)制(PAM)，即是脈沖載波的幅度隨基帶信號(hào)變化的一種調(diào)制方式。如果脈沖載波是由沖激脈沖組成的，則抽樣定理就是脈沖振幅調(diào)制的原理。但是，實(shí)際上的真正的沖激脈沖串并不能實(shí)現(xiàn)，而通常只能采用窄帶脈沖串來實(shí)現(xiàn)。因而，研究窄帶脈沖作為脈沖載波的PAM方式，將具有實(shí)際意義。設(shè)基帶信號(hào)m(t)是一個(gè)頻帶限制在(0， )赫茲內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)。脈沖載波為S(t)。它是由脈寬為T秒、重復(fù)周期為T秒的矩形脈沖串組成，T是按抽樣定理確定的，即T =1/2秒。抽樣信號(hào)是基帶信號(hào)m(t)與S(t)的乘積。抽樣信號(hào)的頻譜可表示為： （61） 正交振幅調(diào)制(QAM)正交振幅調(diào)制(QAM)是以載波的幅度和相位兩個(gè)參量同時(shí)載荷一個(gè)比特或一個(gè)多元符號(hào)的信息。因此，它比單一參量受控?cái)?shù)字符號(hào)的頻帶傳輸方