正交幅度调制（QAM）
正交幅度调制正交幅度调制正交幅度调制正交幅度调制（QAMQAMQAMQAM）数字通信技术数字通信技术正交幅度调制（正交幅度调制（QAM）1.1 正交幅度调制信号的产生和解调正交幅度调制信号的产生和解调 我们知道2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍，所以在传输速率不变的情况下，数字传输的频带利用率将降低50%，也即传输的有效性降低，这显然是不好的。因此我们可以考虑采用一种更好的传输方式，既能满足调制又能使得有效性较高，所以提出了正交幅度调制(QAM：Quadrature Amplitude Modulation)，又称正交双边带调制。正交幅度调制的基本思想是将两路独立的基带波形分别对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，所得到的两路已调信号叠加起来的过程，称为正交幅度调制。在QAM系统中，由于两路已调信号在相同的带宽内频谱正交，可以在同一频带内并行传输两路数字信息，因此，其频带利用率和单边带系统相同，QAM方式一般用于高速数字传输系统中。在QAM方式中，基带信号可以是二电平的，又可以为多电平的，若为多电平时，就构成多进制正交幅度调制。正交幅度调制信号产生和解调原理图如图6-21所示。输入数字序列经串并变换得A，B两路信号，如图中所示，A，B两路信号通过低通后形成S1(t)和S2(t)两路独立的基带波形，它们都是无直流分量的双极性基带脉冲序列。输入信号 经串/并转换过后分为A路 和B路 ，各自经过低通后，A路的基带信号 与载波 相乘，形成抑制载波的双边带调幅信号 (6-9)B路基带信号 与载波cos(+)（等于 ）相乘，形成另一路抑制载波的双边带调幅信号 (6-10)图6-21 正交幅度调制信号的产生和解调 于是两路合成的输出信号为 e(t)=+=(6-11)由于A路的调制载波与B路的调制载波相位相差，所以形成两路正交的频谱，故称为正交调幅。正交调幅系统的功率谱示意图如图6-22所示。图6-22 正交调幅功率谱示意图 由图可以看出，这种调制方法的A、B两路都是双边带调制，但两路信号同处于一个频段之中，所以可同时传输两路信号。下面我们看看正交幅度调制的频带利用率有何变化，根据公式 可知，采用正交幅度调制以后。带宽B没有改变，对于每一路信号的传输速率fb也没有发生改变，但是由于在统一时间传输的路数变成了两路，总的fb变成了原来的两倍。故频带利用率是双边带调制的两倍，即与单边带方式或基带传输方式的频带利用率相同。正交幅度调制信号的解调必须采用相干解调方法，解调原理如图6-21所示。假定相干载波与信号载波完全同频同相，且假设信道无失真、带宽不限、无噪声，则两个解调乘法器的输出分别为 (t)=(6-12)-t (6-13)经低通滤波器滤除高次谐波分量，上、下两个支路的输出信号分别为 (t)=(6-14)(t)=(6-15)经判决合成后即为原数字序列。这样，就可以实现无失真的波形传输。通过正交幅度信号的调制和解调我们看到了其自身的优越性，它可以成功的在传输信号频带不增加的情况下，通过两路信号的正交来提高传输信号的有效性。而且正交幅度调制信号的产生和解调都相当简单，易于实现。1.2 正交幅度调制信号的矢量关系正交幅度调制信号的矢量关系 对于QAM，我们把正交的两路信号的相位分别看成水平和垂直，如图6-23所示。图6-23 正交幅度调制及其产生信号的矢量表示图 对正交幅度调制的A路的“1”码对应于载波的相位，A路的“0”码则对应于180相位，而B路的载波与A路相差90则B路的“1”码对应于90相位，B路的“0”码对应于270相位。A，B两路调制输出经合成电路合成，则输出信号可有四种不同相位，各代表一组AB的组合，即AB二元码组。AB二元码共有四种组合，即00，01，11，10。这四种组合所对应的相位矢量关系如图6-24所示。图中所示的对应关系是按格雷码规则变换的，这种变换的优点是相邻判决相位的码组只有一个比特的差别，相位判决错误时只造成一个比特的误码，所以这种变换有利降低传输误码率。1.3 正交幅度调制信号的星座图表示法正交幅度调制信号的星座图表示法 上面我们是用矢量表示QAM信号。如果只画出矢量端点，则如图6-24所示，称为QAM的星座表示，因星座图上有四个星点，又称为4 QAM。图6-24 正交幅度调制信号的矢量图 图6-25 16QAM星座图 从星座图上很容易看出：A路的“1”码位于星座图的右侧，“0”码在左侧；而B路的“1”码则在上侧，而“0”码在下侧。星座图上各信号点之间的距离越大抗误码能力越强。对前述讨论的4 QAM方式是A、B各路传送的是二电平码的情况。如果采用二路四电平码送到A、B的调制器，就能更进一步提高频谱利用率。由于采用四电平基带信号，所以，每路在星座上有4个点，于是44=16，组成16个点的星座图，如图6-25所示。这种正交调幅称为16QAM。同理，将二路八电平码送到A、B调制器，可得64点星座图，称为64QAM，更进一步还有256QAM等。从图6-24和图6-25我们可以看出，两路正交的信号电平数不同，得到的星点数也就不同，电平数越多，则星点数也就越多。那么他们之间到底是怎样一个关系呢？针对这个问题，现整理它们的关系见表6-1。表6-1 星点数和电平数的关系符号（码元）符号Bit位数（K位）可能组合2K电平数 星点数M1个12（0、1）241个24（00、01、10、11）4161个38（000111）8641个416（0000-1111）162561个1个K2KM1.4 正交幅度调制信号的频谱利用率正交幅度调制信号的频谱利用率 QAM方式的主要特点是有较高的频谱利用率。现在来分析MQAM的频谱利用率，这里的M为星点数。设输入数字序列的比特率，即A和B两路的总比特率为 ，信道带宽为B，则频谱利用率为 bit/(sHz)(6-16)由前述讨论可知，对MQAM系统，A，B各路基带信号的电平数应是，如4QAM时每路的基带信号是二电平，对16 QAM，则每路的基带信号是四电平。对于MQAM，经数学推导可得出：(6-17)可见M值越大即星点数越多，其频谱利用率就越高，目前可以作到=64甚至更高，故正交幅度调制方式一般是应用于高速数字传输系统中。谢谢观看！谢谢观看！谢谢观看！谢谢观看！数字通信技术数字通信技术
