【正文】 ????????????????????????????????2222)2()2(:4096)2()2(:1024)2()2(:256)2(1636)2(3:16????????AQAQpQ A MAQAQpQ A MAQAQpQ A MAQAQpQ A Meeee (218) QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 15 由式（ 218）可以看出， M越大誤碼率越高。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。信息速率 Rb和碼元速率 RB有以下確定的關(guān)系，即 2logbBR R M? (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。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QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 13 個(gè)比特的信息，即采用多進(jìn)制數(shù) 字鍵控體系。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。 表 22 MQAM 系統(tǒng)錯(cuò)誤符號(hào)率 MQAM 16QAM 64QAM 256QAM 1024QAM 2056QAM 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)。 進(jìn)一步仿真，可以得到在信道噪聲方差為 10s 數(shù)據(jù)的條件下， MQAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)誤碼率如表 22所示。 當(dāng)信道噪聲方差為 時(shí)，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)，相應(yīng)的錯(cuò)誤符號(hào)率率為 。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。當(dāng)信道中加入的高斯噪聲方差為 時(shí)，發(fā)送和接收信號(hào)的星座圖仿真結(jié)果如圖 28所示。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。 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。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。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 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。當(dāng)信道中加入的高斯噪聲方差為 時(shí)，發(fā)送和接收信號(hào)的星座圖仿真結(jié)果如圖 26所示。信源輸出的隨機(jī)整數(shù)送入QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 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。 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。 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。 QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9 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。解調(diào)端接收到的帶有噪聲的已調(diào) MQAM信號(hào)作為輸入，與本地恢復(fù)的兩個(gè)相互正交的載波信號(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)。但是，在抗相位及抗非線性失真等性能上，方型星座圖不如星型星座圖，這是因?yàn)槠渥钚∠辔黄?min? 比星型星座圖小且峰值? 大于星型星座圖。不同星座的參數(shù)如表 所示。 c) 星座點(diǎn)間最小相位偏移要保證盡量大，以增強(qiáng)調(diào)制信號(hào)的抗相位抖動(dòng)性能，包括抗定時(shí)恢復(fù)的時(shí)鐘抖動(dòng)和抗信道相位抖動(dòng)性能。 一個(gè)具有良好性能的 QAM信號(hào)，其星座圖要滿足三個(gè)方面的要求 [1213]： a) 信號(hào)峰值 均值比要小，用以保證調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)起伏越小，從而增強(qiáng)其抗非線性失真的能力。 （ 3）最小相位偏移 min? QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 最小相位偏移 min? ，是指標(biāo)準(zhǔn) QAM星座圖上信號(hào)點(diǎn)之間的相位的最小偏移量。 （ 1） QAM信號(hào)的峰值 均值γ aveealPPp?? (213) 其中， pealP 表示信號(hào)的峰值功率， aveP 表示信號(hào)的平均功率。 圖 22 16QAM 星座圖 QAM調(diào)制有幾個(gè)重要的參數(shù)：峰值 均值比γ，星座圖間最小歐幾里得距離 mind和最小相位偏移 min? 。星型星座如圖 22(a)所示，其中信號(hào)點(diǎn)的分布呈星型。 QAM 星座圖 星座映射規(guī)則不同，星座呈現(xiàn)不同的分布形式。在這種情況下，相鄰兩點(diǎn)間的歐氏距離即最小距離為： ge dd ?2)(min? (211) 為了求 QAM的錯(cuò)誤概率，這里必須詳細(xì)說(shuō)明信號(hào)點(diǎn)的星座圖。 QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 圖 21 QAM信號(hào)調(diào)制原理圖 QAM 調(diào)制性能 QAM信號(hào)的波形可表示成兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正交信號(hào)波形 )(1tf 和 )(2tf 的線型組合 [1011]，即： )()()()()( 2211 tftStftStS ?? (26) 式中 )2c os ()(2)(1 tftgtf cg ??? (27) )2s i n()(2)(2 tftgtf cg ??? (28) 且 ][ 21SSS? = ??????gsgc AA ?? 2121 (29) 式中 g? 是信號(hào)脈沖 g(t)的能量。這里的 L由調(diào)制系統(tǒng)所選的進(jìn)制數(shù)所決定，該 L電平的基帶信號(hào)還要經(jīng)過(guò)基帶成形濾波器，主要是為了抑制已調(diào)信號(hào)的帶外輻射，最終形成X(t)和 Y(t),再分別和頻率相同的同相載波以及正交相載波進(jìn)行相乘運(yùn)算。 QAM信號(hào)調(diào)制原理結(jié)構(gòu)圖如圖 21所示。式（ 21）還可以變化為正交表示形式 : tnTtgAtntgAt nsn nSnM Q A M TS ???? s i ns i n)(c o sc o s)()( ?????? ???????? ?? ?? （ 22） 令 ??? ?? AdY AcXnnnn （ 23） 則式（ 22）變成 ttYttXt ccM QA Ms ?? s i n)(c os)()( ?? （ 24） QAM中的振幅和 nY 可以表示為： ??? ?? AdY AcXnnnn (25) 式（ 25）中，固定振幅為 A 、 nc 、 nd 由輸入的信號(hào)最終決定。 QAM 調(diào)制原理 正交振幅調(diào)制（ QAM）就是用兩個(gè)相互獨(dú)立的數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)相互正交且頻率相同的兩路載波信號(hào)進(jìn)行雙邊帶調(diào)制，因?yàn)檫@種已調(diào)信號(hào) 在同一帶寬內(nèi)頻譜正交，所以可用來(lái)實(shí)現(xiàn)同相和正交兩路并行的數(shù)字信號(hào)傳輸。此外，現(xiàn)代通信系統(tǒng)對(duì)傳輸速率和帶寬也提出了新的要求，因此 QAM引起更多關(guān)注，QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5 在有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、大中容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。 QAM 調(diào)制 正交幅度 調(diào)制 (QAM)是一種高效數(shù)字調(diào)制技術(shù)，具有很高的頻譜利用率。 第五部分總結(jié)與展望，對(duì)本文所完成的工作進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)后續(xù)研究工作提出了一些想法和建議。 第四部分基于前面所研究分析的內(nèi)容，構(gòu)畫(huà)了模擬信源的 QAM數(shù)字傳輸系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)在 QAM數(shù)字通信系統(tǒng)中的傳輸，并基于 MATLAB/Simulink 建立仿真模型，進(jìn)行性能驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明在無(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)。 第三部分研究了模擬信號(hào)數(shù)字化的典型實(shí)現(xiàn)方法，即差分脈沖編碼調(diào)制技術(shù)，分析了基本原理，研究了實(shí)現(xiàn)過(guò)程。 第二部分分析了 16QAM調(diào)制解調(diào)的原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)，利用 Simulink仿真平臺(tái)對(duì) 16QAM 和 64QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)作了仿真建模，通過(guò)比較其發(fā)送端和接收端的星座圖及眼圖進(jìn)行性能驗(yàn)證，最后基于 16QAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的理論知識(shí)構(gòu)建了MQAM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)，并進(jìn)行系統(tǒng)性能仿真分析。 論文主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 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QAM 傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 基礎(chǔ)上，構(gòu)建模擬信源的 QAM數(shù)字傳輸系統(tǒng)，通過(guò) Matlab軟件的 Simulink仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的建立及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。它可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。另外 還有一個(gè)配套軟件包 Simulink，提供了一個(gè)可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境，常用于系統(tǒng)模擬、動(dòng)態(tài) /嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等方面。除了矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù) /數(shù)據(jù)圖像等常用功能外，MATLAB還可以用來(lái)創(chuàng)建用戶界面及與調(diào)用其它語(yǔ)言（包括 C， C++和 FORTRAN）編寫(xiě)的程序。 仿真軟件介紹 MATLAB是 MATrix LABoratory 的縮寫(xiě)，是一款由美國(guó) MathWorks 公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件。 在數(shù)字廣播電視傳輸中， QAM成為 DVBC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制方式。與頻率調(diào)制 MSK、 GMSK，相位調(diào)制 OQPSK、π /4QPSK 等相比， QAM是一種相位和振幅聯(lián)合控制的數(shù)字調(diào)制技術(shù)。為了抵抗多徑效應(yīng)等， WIMAX 協(xié)議中引入了新的物理層技術(shù)，而 WiMAX 協(xié)議物理層的 OFDM符號(hào)的構(gòu)造方案亦采用 QAM調(diào)制方式 [45]。而目前作為中國(guó)國(guó)內(nèi)唯一擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速率無(wú)線寬帶接入技 —— McWiLL， McWiLL終端接入設(shè)備 CPE 亦采用 QPSK/8PSK/QAM16/QAM64 自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)。在 HSDPA 系統(tǒng)中引進(jìn)了 AMC技術(shù)，在 HSDPA系統(tǒng)中 AMC的調(diào)制選擇了低階的 QPSK和高階的 16QAM，作為其調(diào)制方式。 QAM 調(diào)制解調(diào)技術(shù)在數(shù)字通信領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 以 WCDMA、 CDMA2022 和 TDSCDMA為代表的第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)除了支持傳統(tǒng)的話音業(yè)務(wù)以外，還推出了大容量 的寬帶數(shù)據(jù)服務(wù)，與以 GSM、 CDMA1595 標(biāo)準(zhǔn)為代表的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)相比，在技術(shù)上， 3G系統(tǒng)的上下行速率理論上可以達(dá)到2Mbit/s左右的水平，它可以提供包括視頻在內(nèi)的各種多媒體寬帶應(yīng)用服務(wù)，諸如下載或流媒體類(lèi)業(yè)務(wù)，需要系統(tǒng)提供更高的傳輸速率和更多的延遲。從上面對(duì)頻譜利用率的定義可以發(fā)現(xiàn)，要使得通信系統(tǒng)的