第4章-正交振幅調(diào)制

第8章新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)8.1正交振幅調(diào)制8.2最小頻移鍵控8.3高斯最小頻移鍵控8.4正交頻分復(fù)用主要內(nèi)容1理想低通基帶信號(hào)帶寬MPSK信號(hào)帶寬碼元速率頻帶利用率方波余弦滾降信息速率8.1正交幅度調(diào)制2

MPSK誤碼率公式可以近似為寫(xiě)為：8.1正交幅度調(diào)制MPSK誤碼率38.1正交幅度調(diào)制問(wèn)題的提出：多進(jìn)制相移鍵控（MPSK）的頻帶利用率高，隨著M的增大，相鄰相位的距離逐漸變小，噪聲容限減小，可靠性降低，誤碼率增大；需要改善在M取值較大時(shí)的噪聲容限。解決方法：

單獨(dú)使用幅度(MASK)或相位(MPSK)攜帶信息時(shí)，不能充分利用信號(hào)平面，MPSK的信號(hào)點(diǎn)只能分布在一個(gè)圓上，MASK的信號(hào)點(diǎn)只能分布在一個(gè)軸上。

APK調(diào)制：就是用一個(gè)信號(hào)符號(hào)同時(shí)控制載波的幅度與相位2個(gè)參量的調(diào)制方式48.1正交幅度調(diào)制同相分量正交分量1QAM信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式是兩個(gè)正交的振幅鍵控信號(hào)之和正交幅度調(diào)制(QAM)

：用兩路獨(dú)立的基帶數(shù)字信號(hào)對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，利用已調(diào)信號(hào)在同一帶寬內(nèi)頻譜正交的性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息傳輸。

正交振幅調(diào)制（QAM）是一種幅度和相位聯(lián)合鍵控（APK）的調(diào)制方式.調(diào)制相位調(diào)制幅度52矢量圖8.1正交幅度調(diào)制矢量端點(diǎn)的分布圖稱為星座圖，可以用星座圖來(lái)描述QAM信號(hào)的信號(hào)空間分布狀態(tài)。

如果QAM信號(hào)的在信號(hào)空間中的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)目是4個(gè)（狀態(tài)數(shù)），記為4QAM，它的同相和正交支路都采用二進(jìn)制信號(hào)；如果同相和正交支路都采用四進(jìn)制信號(hào)將得到16QAM信號(hào)。以此類推，如果兩條支路都采用L進(jìn)制信號(hào)將得到MQAM信號(hào)，其中M=L2。6矩形星座圖M為2的偶數(shù)次冪十字形星座圖M為2的奇數(shù)次冪QPSK與4QAM相同MQAM星座圖8.1正交幅度調(diào)制7

輸入的二進(jìn)制序列經(jīng)過(guò)串/并變換器輸出速率減半的兩路并行序列，再分別經(jīng)過(guò)2電平到L電平的變換，形成L電平的基帶信號(hào)。為了抑制已調(diào)信號(hào)的帶外輻射，該L電平的基帶信號(hào)還要經(jīng)過(guò)預(yù)調(diào)制低通濾波器，形成Xk和Yk，再分別對(duì)同相載波和正交載波相乘。最后將兩路信號(hào)相加即可得到QAM信號(hào)。

8.1正交幅度調(diào)制3QAM信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)(正交）88.1正交幅度調(diào)制9

解調(diào)器輸入信號(hào)與本地恢復(fù)的兩個(gè)正交載波相乘后，經(jīng)過(guò)低通濾波輸出兩路多電平基帶信號(hào)Xk和Yk。多電平判決器對(duì)多電平基帶信號(hào)進(jìn)行判決和檢測(cè)，再經(jīng)L電平到2電平轉(zhuǎn)換和并/串變換器最終輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)。8.1正交幅度調(diào)制108.1正交幅度調(diào)制11

（1）正交調(diào)幅法：用兩路獨(dú)立的正交4ASK信號(hào)疊加，形成16QAM信號(hào)。

8.1正交幅度調(diào)制416QAM信號(hào)

輸入的二進(jìn)制序列經(jīng)過(guò)串/并變換器輸出速率減半的兩路并行序列，再分別經(jīng)過(guò)2電平到4電平的變換，形成4電平的基帶信號(hào)。為了抑制已調(diào)信號(hào)的帶外輻射，該4電平的基帶信號(hào)還要經(jīng)過(guò)預(yù)調(diào)制低通濾波器，形成Xk和Yk，再分別對(duì)同相載波和正交載波相乘。最后將兩路信號(hào)相加即可得到QAM信號(hào)。

12I路Q路(1,1)(-1,1)(-1,-1)(1,-1)(3,3)(3,1)(3,-1)(3,-3)(1,3)(1,-3)(-1,3)(-1,-3)(-3,1)(-3,-1)(-3,3)(-3,-3)Q路

31-1-3I路-3-1138.1正交幅度調(diào)制（2）星座圖

13I路Q路0101011010101001000001001000110000011101001010110111101100111111Q路

31-1-3I路-3-1138.1正交幅度調(diào)制（3）編碼方案

1110010000

0110

1114I路Q路0000001010101000010100011001110101001100011011100011101101111111Q路

31-1-3I路-3-1138.1正交幅度調(diào)制格雷碼（方法很多）1110000101

0010

1115

解調(diào)器輸入信號(hào)與本地恢復(fù)的兩個(gè)正交載波相乘后，經(jīng)過(guò)低通濾波輸出兩路多電平基帶信號(hào)Xk和Yk。多電平判決器對(duì)多電平基帶信號(hào)進(jìn)行判決和檢測(cè)，再經(jīng)4電平到2電平轉(zhuǎn)換和并/串變換器最終輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù)。8.1正交幅度調(diào)制（4）解調(diào)

16（5）復(fù)合相移法：它用兩路獨(dú)立的QPSK信號(hào)疊加，形成16QAM信號(hào)。

8.1正交幅度調(diào)1正交幅度調(diào)制編碼方法1001001111001001011011001101001018對(duì)于M=16的16QAM來(lái)說(shuō)，有多種分布形式的信號(hào)星座圖。兩種具有代表意義：矩形16QAM星座（也稱為標(biāo)準(zhǔn)型16QAM）和星型16QAM星座。8.1正交幅度調(diào)制19若信號(hào)點(diǎn)之間的最小距離為2A，且所有信號(hào)點(diǎn)等概率出現(xiàn)，則平均發(fā)射信號(hào)功率為8.1正交幅度調(diào)制對(duì)于方型16QAM，信號(hào)平均功率為對(duì)于星型16QAM，信號(hào)平均功率為

5MQAM的功率20兩者功率相差1.4dB。一是星型16QAM只有兩個(gè)振幅值，而方型16QAM有三種振幅值；二是星型16QAM只有8種相位值，而方型16QAM有12種相位值。這兩點(diǎn)使得在衰落信道中，星型16QAM比方型16QAM更具有吸引力。但方型星座QAM信號(hào)所需的平均發(fā)送功率比QAM星座結(jié)構(gòu)的信號(hào)平均功率小，而方型星座的MQAM信號(hào)的產(chǎn)生及解調(diào)比較容易實(shí)現(xiàn)，所以方型星座的MQAM信號(hào)在實(shí)際通信中得到了廣泛的應(yīng)用。8.1正交幅度調(diào)制2116QAM信號(hào)和16PSK信號(hào)的性能比較按最大振幅相等，畫(huà)出這兩種信號(hào)的星座圖16QAMAM

d2AM

d116PSK8.1正交幅度調(diào)制22

設(shè)其最大振幅為AM，則16PSK信號(hào)的相鄰信號(hào)點(diǎn)的歐氏距離為

16QAM的相鄰信號(hào)點(diǎn)歐氏距離（最小距離）為d2超過(guò)d1約1.57dB。8.1正交幅度調(diào)制16QAMAM

d2AM

d116PSKd2和d1的比值就代表這兩種體制的噪聲容限之比238.1正交幅度調(diào)制

設(shè)其最大振幅為AM，則MPSK信號(hào)的相鄰信號(hào)點(diǎn)的歐氏距離為

MQAM的相鄰信號(hào)點(diǎn)歐氏距離（方形星座圖）為L(zhǎng)是星座圖上信號(hào)點(diǎn)在水平軸和垂直軸上投影的電平數(shù)，M=L2

這是在最大功率（振幅）相等的條件下比較的，沒(méi)有考慮這兩種體制的平均功率差別。24當(dāng)平均功率受限時(shí)：

MPSK信號(hào)的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振幅）。MQAM信號(hào)，其最大功率和平均功率之比：

即此時(shí)d2又可增加倍

16QAM信號(hào)，在等概率出現(xiàn)條件下，可以計(jì)算出其最大功率和平均功率之比等于1.8倍，即2.55dB。在平均功率相等條件下，16QAM的噪聲容限超過(guò)16PSK約4.12dB。8.1正交幅度調(diào)制256MQAM抗噪聲性能對(duì)于方型QAM，可以看成是由兩個(gè)相互正交且獨(dú)立的多電平ASK信號(hào)疊加而成。因此，利用多電平ASK信號(hào)誤碼率的分析方法，可得到M進(jìn)制QAM的誤碼率為

M=L2，Eb為每比特碼元能量，n0為噪聲單邊功率譜密度。8.1正交幅度調(diào)制26M進(jìn)制方型QAM的誤碼率曲線

8.1正交幅度調(diào)制隨著進(jìn)制數(shù)M的增加，在信號(hào)空間中各信號(hào)點(diǎn)間的最小距離減小，相應(yīng)的信號(hào)判決區(qū)域隨之減小，因此，當(dāng)信號(hào)受到噪聲和干擾的損害時(shí)，接收信號(hào)錯(cuò)誤概率將隨之增大。277MQAM的頻帶利用率

調(diào)制過(guò)程表明，MQAM信號(hào)可以看成兩個(gè)正交的抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的相加，所以其功率譜都取決于同相和正交路基帶信號(hào)的功率譜。MQAM與MPSK信號(hào)在相同信號(hào)點(diǎn)數(shù)時(shí)，功率譜相同，帶寬均為基帶信號(hào)帶寬的2倍。

理想情況下MQAM與MPSK最高頻帶利用率均為：基帶傳輸系統(tǒng)為升余弦滾降時(shí)，頻帶利用率為：8.1正交幅度調(diào)制288.1正交幅度調(diào)制16QAM方案的改進(jìn)

QAM的星座形狀是正方形，實(shí)際上以邊界越接近圓形越好。星座各點(diǎn)的振幅分別等于1、3和5。星座中各信號(hào)點(diǎn)的最小相位差比正方形的星座圖