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1、正交调制读书报告NJUer摘要：正交振幅调制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)就是一种频谱利用率很高的调 制方式，其在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛应用，本文探讨了正交振幅调制技术的相关原理，并从星座图的角度认识这种调制方式的实现和相关应用。关键词：正交幅度调制 QAM、星座图一、正交幅度调制QAM是一种振幅和相位联合调制，也即其已调信号的振幅和相位均随数字基带信号变 化而变化。采用 M ( M2)进制的正交振幅调制，可记为MQAM 。M越大，频带利用率就越高。在移动通信中，随着微蜂窝的出现， 使得信道
2、传输特性发生了很大变化。过去在传统蜂窝系统中不能应用的正交振幅调制也引起人们的重视。QAM数字调制器作为 DVB系统的前端设备，接收来自编码器、复用器、视频服务器等设备的TS流，进行RS编码、卷积编码和QAM数字调制，输出的射频信号可以直接在有线电视网上传送，同时也可根据需要选择中频输出。它以其灵活的配置和优越的性能指标，广泛的应用于数字有线电视传输领域和数字MMDS系统。为改善数字调制的不足之处，女口：频谱利用率低、抗多径抗衰弱能力差、功率谱衰减慢、带外辐射严重等，人们采取了如下的几种方式，如提高功率利用率以增强抗噪声性能；适应各种随参信道以增强抗多径抗衰落能力等。另外，在恒参信道中，正交振
3、幅调制(QAM)方式具有高的频谱利用率，因此正交振幅调制(QAM )在卫星通信和有线电视网络高速数据传输等领域得到广泛应用。二、QAM调制的原理和星座图2.1、数据经过信道编码之后，被映射到星座图上，图1就是QAM调制器的基本原理框图。一个信号有三个特性随时间变化： 幅度、相位或频率。 然而，相位和频率仅仅是从不同 的角度去观察或测量同一信号的变化。 人们可以同时进行幅度和相位的调制， 也可以分开进 行调制， 但是这既难于产生更难于检测。 但是在特制的系统中信号可以分解为一组相对独立 的分量：同相（I）和正交（Q）分量。这两个分量是正交的，且互不相干的。图1中的QAM调制器中I和Q信号来自一个
4、信号源， 幅度和频率都相同， 唯一不同的是Q信号的相位与I信号相差900。具体关系如图2所示，当I的幅度为1的时候，Q的幅 度为 0，而当 I 的幅度为 0的时候， Q 的幅度为 1，两个信号互不相干，相位相差 900，是 正交的。对于 MQAM 信号，一般的表达式为：eMQAm (t ) = :An g(t - nTs) C0S(3ct + 0 ) n二 m式中，A是基带信号的振幅，g(t - nTS)是宽度为Ts的第n个码元基带信号波形，也是第 n 个码元载波的相位。上式展开的正交表示形式为：ooooeMQAm (t ) = XAn g (t - nTs) cos 0 cosset -刀代
5、 g (t - nTs) sin 0 sin %tn= -on= -ooo=Xng(t- nTs)cosgt- XYng(t- nTs)sin %tn= - on = - oo式 中Xn= Ancos0n，Yn= Bn cos0n是 第 n 个 码 元 振 幅 ，XXng(t - nTs)与n= - oopng （t - nTs）课实为基带信号。因此从上式可以看出，QAM调制是两个独立的数字基带n=-o信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调制。在 QAM 调制机制中， 。相位 + 幅度状态定义了一个数字或数字的组合。 QAM 的优点 是具有更大的符号率， 从而可获得更高的系统效率。
6、通常由符号率确定占用带宽。 因此每个 符号的比特（基本信息单位）越多，效率就越高。对于给定的系统，所需要的符号数为2n,这里n是每个符号的比特数。对于 16QAM , n=4,因此有16个符号，每个符号代表 4 bit: 0000, 0001 ,001 0 等。对于 64QAM ， n = 6，因此有 64个符号，每个符号代表 6bit： 000000， 000001 ， 000010 等。经过信道编码的二进制的 MPEG-2 比特流进入 QAM 调制器， 信号被分为两路， 一路给 I,另一路给Q,每一路一次给 3比特的数据，这3比特的二进制数一共有 8种不同的状态， 分别对应8种不同的电平幅
7、度，这样 I有8个不同幅度的电平，Q有8个不同幅度的电平， 而且I和Q两路信号正交。这样任意一个I的幅度和任意一个 Q的幅度组合都会在极坐标图上映射一个相应的星座点，这样每个星座点代表由 6 个比特的数据组成的一个映射， I 和 Q 一共有8X 8共64种组合状态，各种可能出现过的数据状态组合最后映射到星座图上，得到如图 2 所显示的 64QAM 星座图。/Kn厶 XX牛电平22、星座图的应用同基带数字传输的眼图相比较，星座图可以看成数字信号的一个“二维眼图”阵列，同时符号在图中所处的位置具有合理的限制或判决边界。代表各接收符号的点在图中越接近， 信号质量就越高。由于屏幕上的图形对应着幅度和相
8、位，阵列的形状可用来分析和确定系统或信道的许多缺陷和畸变，并帮助查找其原因 位噪声、相位误差、调制误差比等调制问题。使用星座图可以轻松发现诸如幅度噪声、相（1）增益压抑增益压抑是在信号传送路径上因主动原件（放大器或信号处理器）过度驱动或不良的主动原件所导致的信号失真，结果在星座图上显示出四个角落被扭曲造成四边弯成如弓形的现象， 而不是正常的四方形形状。（2） 相位噪声相位噪声是一段时间内振荡器的相位相对不稳定的情况，女口果此振荡器是关于信号处理（例如本地振荡器）这些相位不稳定 会影响在信号上，在信号处理设备内的振荡器在设计上是只会对 所处理的信号增加非常微小的相位噪声，然而不良的调制器或处理器
9、可能增加非常可观的相位噪声在信号上，结果在星座图上显示出绕着图形中央旋转的现象。（3）不连续的噪声干扰在实际的网络系统中， QAM信号会一直被噪声干扰。噪 声导致所显示的符号落在星座图方框内正常位置的周围，所以 在累积一段时间长度后统计一特定方框内所有符号的落点就 会形成如云般的形状，每个符号表示噪声干扰些微的差异。如 果有够多的噪声干扰星座图会显示一些符号以表示超过判断 门坎形成误码”三、QAM误码率分析通常情况下，我们采用矩形的QAM信号星座，这是因为容易产生PAM信号可直接加到两个正交载波相位上，此外它们还便于解调。对于M =2k下的矩形信号星座图（k为偶数），QAM信号星座图与正交载波
10、信号上的两个PAM信号时等价的，着两个信号中的每一个上都有= 2k/2个信号点。因为相位正交分量上的信号能被相干判定方法进行分离，所以易于通过PAM的误码率确定QAM的误码率。M进制QAM系统正确判定的概率是：2Pc=(1- Pm)上式中，是 M进制PAM系统的误码率，该PAM系统具有等价 QAM系统的每一个正交信号的一半的平均功率。通过适当调整M进制PA系统的误码率，可得到：Pm=2(1-3EavM - 1 N0上式中， 电是每个符号的平均信噪比，这样一来，M进制的QAM调制的误码率为:No2PM = 1- (1- P 帀)可以注意到，当k为偶数时，这个结果对M =2k情形时精确的，而当k为
11、奇数时，就不存在与之等价的M进制PAM系统。如果使用最佳距离量度进行判决的最佳判决器，可以 求出任意k1误码率的严格上限为：P_ 1- 1- 2Q3Eav 2(M - 1)Nod1，大约超过1.64dB。合理地比较两星座图的最小空间距离应该是以平均功率相等为条件。由相关资料得知，在平均功率相等条件下，16QAM的相邻信号距离超过16PSK约4.19dB。星座图中，两个信号点距离越大，在噪声干扰使信号图模糊的情 况下，要求分开两个可能信号点越容易办到。因此16QAM方式抗噪声干扰能力优于 16PSK。参考文献：1、现代通信原理2、数据通信原理文元美张树群等编著科学出版社 陈启美李勃等编著 南京大学出版社8