【正文】 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。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。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。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。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。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。仿真結(jié)果表明：在允許一定失真的情況下，無(wú)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(yǔ)音信號(hào)，均可在此系統(tǒng)中進(jìn)行良好的傳輸。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(lái)聆聽話音信號(hào)，還是通過示波器觀察接收端恢復(fù)的語(yǔ)音信號(hào)，兩種方法的結(jié)果都說(shuō)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(yǔ)音信號(hào)的正確傳輸。盡管有明顯的“咯咯”解碼噪聲，但話音基本能聽懂。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。要求仿真時(shí)間長(zhǎng)度為20s，步進(jìn)為1/32000s。使用Simulink中的DSP模塊庫(kù)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(yǔ)音信號(hào)的QAM數(shù)字傳輸測(cè)試模型，如圖47所示。 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。示波器輸出波形如圖46所示。示波器輸出波形如圖45所示。此系統(tǒng)QAM調(diào)制信號(hào)的星座圖和眼圖如圖44所示。此系統(tǒng)QAM調(diào)制信號(hào)的星座圖和眼圖如圖44所示。Gain模塊用于調(diào)整輸入信號(hào)的幅度。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。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(lái)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)。（5）受信者受信者（簡(jiǎn)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。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。有線信道和無(wú)線信道均有多種物理煤質(zhì)。（4）信道信道是一種物理媒質(zhì)，用來(lái)將來(lái)自發(fā)送設(shè)備的信號(hào)傳送到接收端。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)。（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)。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。（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。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)。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(jiǎn)稱信源）的作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)。 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(lái)構(gòu)建模擬信源QAM傳輸系統(tǒng)。這些結(jié)論為后面模擬信源數(shù)字傳輸系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。所以，盡管在無(wú)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。解碼輸出信號(hào)中“咯咯”的噪聲雖很嚴(yán)重但話音基本可懂，但音質(zhì)已經(jīng)大為改善；，解碼噪聲就不明顯了。 與PCM話音解碼對(duì)比分析使用Simulink中的DSP模塊庫(kù)的音頻輸入輸出模塊可以對(duì)真實(shí)的音頻信號(hào)（文件名“”）進(jìn)行處理，并基于PCM編解碼模塊構(gòu)建PCM傳輸誤碼與解碼話音質(zhì)量仿真模型如圖36所示。在DPCM電話系統(tǒng)中，對(duì)話音解碼通常要求誤碼率在103或104以下，本仿真驗(yàn)證了該指標(biāo)的合理性。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(lái)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。DPCM解碼模塊的設(shè)置參數(shù)要和編碼模塊相對(duì)應(yīng)。其輸出為解碼恢復(fù)信號(hào)以及量化預(yù)測(cè)誤差。 在[1,1]上的信號(hào)樣值均勻地量化為N=4比特編碼序列，量化分割電平集合為 :量化輸出電平集合為（也稱為量化碼書） : Simulink通信庫(kù)中提供了DPCM編碼解碼模塊“DPCM Encoder”和“DPCM Decoder”。 % 計(jì)入FIR濾波器第一個(gè)抽頭系數(shù)W0predictor = 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(cè)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)。 % 計(jì)算最佳抽頭系數(shù)W=[0。C=toeplitz(r(1:p))。 % 歸一化r=r(length(x):length(x)+p)。r = xcorr(x)。39。p=5。首先估計(jì)出語(yǔ)音信號(hào)的歸一化自相關(guān)函數(shù)值rj,j=1，…，5，常用的估計(jì)方法是： (325)代入歸一化自相關(guān)函數(shù)然后列出方程并求解即可。 最佳預(yù)測(cè)器抽頭系數(shù)的確定先計(jì)算一段采樣率為8000Hz的語(yǔ)音信號(hào)（）的最佳預(yù)測(cè)器抽頭系數(shù)。 圖34 系統(tǒng)的輸出波形圖由圖34可知，對(duì)應(yīng)于信道產(chǎn)生誤碼的位置，解碼輸出波形中出現(xiàn)的干擾脈沖，干擾脈沖的大小取決于信道中錯(cuò)誤比特位于一個(gè)DPCM編碼字串中的位置，位于高位時(shí)將導(dǎo)致解碼值極性錯(cuò)誤，這時(shí)引起的干擾最大，而位于低位的誤碼引起的干擾最輕微。解碼端信道輸出經(jīng)串并轉(zhuǎn)換送入DPCM解碼，之后輸出解碼結(jié)果并顯示波形。 DPCM的Simulink仿真Simulink模塊庫(kù)中提供了DPCM編碼模塊“DPCM Encoder”、解碼模塊“DPCM Decoder”等，利用這些模塊構(gòu)建DPCM串行傳輸仿真模型[7]，如圖33所示。此時(shí)誤差信號(hào)的量化誤差的范圍為，根據(jù)式,可以得到此時(shí)的量化噪聲功率為： (320)假設(shè)量化后的誤差信號(hào)具有均勻的功率譜密度，而DPCM系統(tǒng)輸出數(shù)字信號(hào)的碼元速率為，所以可以認(rèn)為噪聲頻譜均勻地分布于頻帶寬度為的范圍內(nèi)，所以可求得此時(shí)的單邊功率譜密度為: (321)經(jīng)截止頻率為的低通濾波器后，得到噪聲功率為: (322)可算出DPCM系統(tǒng)的輸出信噪比為: (323)其中N為編碼位數(shù)，M=2N；fs為抽樣頻率。其中為量化級(jí)之間的間隔。矩陣C是由歸一化自相關(guān)函數(shù)序列構(gòu)成的Toeplitz矩陣。預(yù)測(cè)誤差序列的均方誤差（MSE）為: (37) (38) (39)最佳預(yù)測(cè)器將使均方誤差（MSE）最小。在DPCM解碼器中，以同樣的反饋相加方式得出解碼樣值輸出。設(shè)預(yù)測(cè)誤差的量化結(jié)果為，其中 為量化誤差。PCM中直接傳輸樣值本身，而在DPCM中，傳輸數(shù)據(jù)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?cái)?shù)來(lái)表示碼字，也就提高了波形編碼的效率。 DPCM編解碼基本原理DPCM是一種利用信號(hào)樣值之間的關(guān)聯(lián)特性進(jìn)行高效率波形編碼的方法。為了降低數(shù)字電話信號(hào)的比特率，改進(jìn)方法之一是采用預(yù)測(cè)編碼方法。例如，對(duì)于頻帶為1MHz的可視電話信號(hào)進(jìn)行編碼，根據(jù)采樣定理，采樣速率，若每樣值采用8位編碼，則數(shù)碼率為16Mbit/s。話音輸入低通濾波瞬時(shí)壓縮抽 樣量 化編 碼低通濾波瞬時(shí)擴(kuò)張解 調(diào)解 碼信道再 生話音輸出圖31 脈沖編碼調(diào)制（PCM）系統(tǒng)原理框圖 差分脈沖編碼調(diào)制PCM體制需要用64kb的速率傳輸1路數(shù)字信號(hào)，而傳輸一路模擬電話僅占用4kHZ帶寬。 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)的基本過程稱為PCM。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。3模擬信號(hào)數(shù)字化研究及Simulink仿真