QAM正交振幅調(diào)制

1、QAM正交振幅調(diào)制QAM(QuadratureAmplitudeModulation):正交振幅調(diào)制。正交振幅調(diào)制,這是近年來(lái)被國(guó)際上移動(dòng)通信技術(shù)專家十分重視的一種信號(hào)調(diào)制方式。QAM是數(shù)字信號(hào)的一種調(diào)制方式，在調(diào)制過(guò)程中，同時(shí)以載波信號(hào)的幅度和相位來(lái)代表不同的數(shù)字比特編碼，把多進(jìn)制與正交載波技術(shù)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)一步提高頻帶利用率。QAM-簡(jiǎn)介正交調(diào)幅是一種將兩種調(diào)幅信號(hào)匯合到一個(gè)信道的方法，因此會(huì)雙倍擴(kuò)展有效帶寬。正交調(diào)幅被用于脈沖調(diào)幅，特別是在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。正交調(diào)幅信號(hào)有兩個(gè)相同頻率的載波，但是相位相差90度(四分之一周期，來(lái)自積分術(shù)語(yǔ))。一個(gè)信號(hào)叫I信號(hào)，另一個(gè)信號(hào)叫Q信號(hào)。從數(shù)學(xué)角度將一個(gè)

2、信號(hào)可以表示成正弦，另一個(gè)表示成余弦。兩種被調(diào)制的載波在發(fā)射時(shí)已被混和。到達(dá)目的地后，載波被分離，數(shù)據(jù)被分別提取然后和原始調(diào)制信息相混和。QAM是用兩路獨(dú)立的基帶信號(hào)對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，利用這種已調(diào)信號(hào)的頻譜在同一帶寬內(nèi)的正交性，實(shí)現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息的傳輸。該調(diào)制方式通常有二進(jìn)制QAM(4QAM)、四進(jìn)制QAM(l6QAM)、八進(jìn)制QAM(64QAM)、，對(duì)應(yīng)的空間信號(hào)矢量端點(diǎn)分布圖稱為星座圖，分別有4、16、64、個(gè)矢量端點(diǎn)。電平數(shù)m和信號(hào)狀態(tài)M之間的關(guān)系是對(duì)于4QAM,當(dāng)兩路信號(hào)幅度相等時(shí)，其產(chǎn)生、解調(diào)、性能及相位矢量均與4PSK相同。圖14QAM、16QAM

3、星座圖、64QAM星座圖QAM-原理在QAM（正交幅度調(diào)制）中，數(shù)據(jù)信號(hào)由相互正交的兩個(gè)載波的幅度變化表示。模擬信號(hào)的相位調(diào)制和數(shù)字信號(hào)的PSK（相移鍵控）可以被認(rèn)為是幅度不變、僅有相位變化的特殊的正交幅度調(diào)制。因此，模擬信號(hào)頻率調(diào)制和數(shù)字信號(hào)的FSK（頻移鍵控）也可以被認(rèn)為是QAM的特例，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上就是相位調(diào)制。這里主要討論數(shù)字信號(hào)的QAM，雖然模擬信號(hào)QAM也有很多應(yīng)用，例如NTSC和PAL制式的電視系統(tǒng)就利用正交的載波傳輸不同的顏色分量。QAM是一種矢量調(diào)制，將輸入比特先映射（一般采用格雷碼）到一個(gè)復(fù)平面（星座）上，形成復(fù)數(shù)調(diào)制符號(hào)，然后將符號(hào)的I、Q分量（對(duì)應(yīng)復(fù)平面的實(shí)部和虛部，也

4、就是水平和垂直方向）采用幅度調(diào)制，分別對(duì)應(yīng)調(diào)制在相互正交（時(shí)域正交）的兩個(gè)載波（coswt和sinwt）上。這樣與幅度調(diào)制（AM）相比，其頻譜利用率將提高1倍。QAM是幅度、相位聯(lián)合調(diào)制的技術(shù)，它同時(shí)利用了載波的幅度和相位來(lái)傳遞信息比特，因此在最小距離相同的條件下可實(shí)現(xiàn)更高的頻帶利用率，QAM最高已達(dá)到1024-QAM（1024個(gè)樣點(diǎn)）。樣點(diǎn)數(shù)目越多，其傳輸效率越高，例如具有16個(gè)樣點(diǎn)的16-QAM信號(hào)，每個(gè)樣點(diǎn)表示一種矢量狀態(tài)，16-QAM有16態(tài)，每4位二進(jìn)制數(shù)規(guī)定了16態(tài)中的一態(tài)，16-QAM中規(guī)定了16種載波和相位的組合，16-QAM的每個(gè)符號(hào)和周期傳送4比特。QAM調(diào)制器的原理是發(fā)送

5、數(shù)據(jù)在比特/符號(hào)編碼器（也就是串-并轉(zhuǎn)換器）內(nèi)被分成兩路，各為原來(lái)兩路信號(hào)的1/2,然后分別與一對(duì)正交調(diào)制分量相乘，求和后輸出。接收端完成相反過(guò)程，正交解調(diào)出兩個(gè)相反碼流，均衡器補(bǔ)償由信道引起的失真，判決器識(shí)別復(fù)數(shù)信號(hào)并映射回原來(lái)的二進(jìn)制信號(hào)。如圖4-2所示的是16-QAM的調(diào)制原理圖。作為調(diào)制信號(hào)的輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)串-并變換后變成四路并行數(shù)據(jù)流。這四路數(shù)據(jù)兩兩結(jié)合，分別進(jìn)入兩個(gè)電平轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成兩路4電平數(shù)據(jù)。例如，00轉(zhuǎn)換成-3,01轉(zhuǎn)換成-1,10轉(zhuǎn)換成1，11轉(zhuǎn)換成3。這兩路4電平數(shù)據(jù)g1（t）和g2（t）分別對(duì)載波cos2nfct和sin2nfct進(jìn)行調(diào)制，然后相加，即可得到16

6、-QAM信號(hào)。込aid=國(guó)5匕住、十足“gtna-7t7QAM采用QAM調(diào)制技術(shù)，信道帶寬至少要等于碼元速率，為了定時(shí)恢復(fù)，還需要另外的帶寬，要增加15%左右。與其他調(diào)制技術(shù)相比，QAM編碼具有能充分利用帶寬、抗噪聲能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但QAM調(diào)制技術(shù)用于ADSL的主要問(wèn)題是如何適應(yīng)不同電話線路之間較大的性能差異。要取得較為理想的工作特性,QAM接收器需要一個(gè)和發(fā)送端具有相同的頻譜和相應(yīng)特性的輸入信號(hào)用于解碼，QAM接收器利用自適應(yīng)均衡器來(lái)補(bǔ)償傳輸過(guò)程中信號(hào)產(chǎn)生的失真，因此采用QAM的ADSL系統(tǒng)的復(fù)雜性來(lái)自于它的自適應(yīng)均衡器。當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求高過(guò)8-PSK能提供的上限時(shí)，采用QAM的調(diào)制方式

7、。因?yàn)镼AM的星座點(diǎn)比PSK的星座點(diǎn)更分散，星座點(diǎn)之間的距離因此更大，所以能提供更好的傳輸性能。但是QAM星座點(diǎn)的幅度不是完全相同的，所以它的解調(diào)器需要能同時(shí)正確檢測(cè)相位和幅度，不像PSK解調(diào)只需要檢測(cè)相位,這增加了QAM解調(diào)器的復(fù)雜性。斗叫耳孔Xrt,n.miufWLQi(owl)iwwi-op(Qiinmia)(aicii)toix)*iooTOC o 1-5 h z*(GO1L)(1OLO)WOOL)(1000-ICO HYPERLINK l bookmark6(!lil)(Llo(ilol)：|(x)-aQIII!i-i*id丿apob,o41poh2圖216QAM信號(hào)電平與信號(hào)狀態(tài)關(guān)

8、系QAM-產(chǎn)生QAM通過(guò)載波某些參數(shù)的變化傳輸信息。在QAM中，數(shù)據(jù)信號(hào)由相互正交的兩個(gè)載波的幅度變化表示。模擬信號(hào)的相位調(diào)制和數(shù)字信號(hào)的PSK可以被認(rèn)為是幅度不變、僅有相位變化的特殊的正交幅度調(diào)制。由此，模擬信號(hào)頻率調(diào)制和數(shù)字信號(hào)FSK也可以被認(rèn)為是QAM的特例，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上就是相位調(diào)制。這里主要討論數(shù)字信號(hào)的QAM,雖然模擬信號(hào)QAM也有很多應(yīng)用，例如NTSC和PAL制式的電視系統(tǒng)就利用正交的載波傳輸不同的顏色分量。類似于其他數(shù)字調(diào)制方式，QAM發(fā)射的信號(hào)集可以用星座圖方便地表示，星座圖上每一個(gè)星座點(diǎn)對(duì)應(yīng)發(fā)射信號(hào)集中的那一點(diǎn)。星座點(diǎn)經(jīng)常采用水平和垂直方向等間距的正方網(wǎng)格配置，當(dāng)然也有其他

9、的配置方式。數(shù)字通信中數(shù)據(jù)常采用二進(jìn)制數(shù)表示，這種情況下星座點(diǎn)的個(gè)數(shù)是2的幕。常見(jiàn)的QAM形式有16-QAM、64-QAM、256-QAM等。星座點(diǎn)數(shù)越多，每個(gè)符號(hào)能傳輸?shù)男畔⒘烤驮酱?。但是，如果在星座圖的平均能量保持不變的情況下增加星座點(diǎn)，會(huì)使星座點(diǎn)之間的距離變小，進(jìn)而導(dǎo)致誤碼率上升。因此高階星座圖的可靠性比低階要差。QAM信號(hào)采取正交相干解調(diào)的方法解調(diào)。解調(diào)器首先對(duì)收到的QAM信號(hào)進(jìn)行正交相干解調(diào)。低通濾波器LPF濾除乘法器產(chǎn)生的高頻分量。LPF輸出經(jīng)抽樣判決可恢復(fù)出m電平信號(hào)x(t)和y(t)。因?yàn)楹腿≈禐?，3,，土(m-l)，所以判決電平應(yīng)設(shè)在信號(hào)電平間隔的中點(diǎn)，即Ub=O,2，4，

10、土(m-2)。根據(jù)多進(jìn)制碼元與二進(jìn)制碼元之間的關(guān)系，經(jīng)m/2轉(zhuǎn)換，可將電平信號(hào)m轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制基帶信號(hào)X(t)和y(t)。產(chǎn)生QAM-特點(diǎn)1、性能數(shù)字通信中經(jīng)常用錯(cuò)誤率（包括誤符號(hào)率和誤比特率）與信噪比的關(guān)系衡量調(diào)制和解調(diào)方式的性能。下面給出一些概念的記法，以得到AWGN信道下錯(cuò)誤率的表達(dá)式：M=星座點(diǎn)的個(gè)數(shù)Eb=平均比特能量Es=平均符號(hào)能量N0=噪聲功率譜密度Pb=誤比特率Pbc=每個(gè)正交載波上的誤比特率卩$=誤符號(hào)率Psc=每個(gè)正交載波上的誤符號(hào)率=Fr3T0jj塹昶2、矩形QAM矩形QAM（RectangularQAM）的星座圖呈矩形網(wǎng)格配置。因?yàn)榫匦蜵AM信號(hào)之間的最小距離并不是相同能量下最大的，因此它的誤碼率性能沒(méi)有達(dá)到最優(yōu)。不過(guò)，考慮到矩形QAM等效于兩個(gè)正交載波上的脈沖幅度調(diào)制（PAM）的疊加，因此矩形QAM的調(diào)制解調(diào)比較簡(jiǎn)單。而后面介紹的非矩形QAM雖然能達(dá)到略好一些的誤碼率性能，但是付出的代價(jià)是困難得多的調(diào)制和解調(diào)。最早的矩形QAM是16-QAM。其原因是很容易就看得出來(lái)2-QAM和4-QAM實(shí)際上是二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）和正交相移鍵控（QPSK）,而8-QAM則有將單數(shù)位的位分到兩個(gè)載波上的問(wèn)題，8-PSK要容易得多，因此8-QAM很少被使用。3、非矩形QAMQAM本身有許多可以使用的