现代调制与解调

16QAM调制技术的深入

研究及仿真

班级：011214班

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一．16QAM调制技术基本介绍

1.发展原因及现状

在现代通信中，提高频谱利用率一直是人们关注的焦点之一。近年来，随着通信业务需求的迅速增长，寻找频谱利用率高的数字调制方式已成为数字通信系统设计、研究的主要目标之一。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。在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，使得信道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、DVB网关、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。

作为国际上移动通信技术专家十分重视的一种信号调制方式之一，正交振幅调制（QAM）在移动通信中频谱利用率一直是人们关注的焦点之一，随着微蜂窝（Microcell）和微微蜂窝（Picocell）系统的出现，使得信道的传输特性发生了很大变化，接收机和发射机之间通常具有很强的支达分量，以往在蜂窝系统中不能应用的但频谱利用率很高的WAM已引起人们的重视，许多学者已对16QAM及其它变型的QAM在PCN中的应用进行了广泛深入地研究。

数字调制具有3种基本方式：数字振幅调制、数字频率调制、数字相位调制，这3种数字调制方式都存在不足之处，如：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。为了改善这些不足，近几十年来人们不断提出一些新的数字调制解调技术，以适应各种通信系统的要求。其主要研究内容围绕着减小信号带宽以提高信号频谱利用率；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。例如，在恒参信道中，正交振幅调制（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。

所谓正交振幅调制是用两个独立的基带波形对两个互相正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制。在这种调制中，已调载波的振幅和相位都随两个独立的基带信号变化。采用多进制正交振幅调制，可记为MQAM（M>2）。增大M可提高频率利用率，也即提高传输有效性。下面介绍MQAM的基本原理。

2.16QAM的基本原理

MQAM 信号表示式可写成 )sin cos (2)(t w B t w A T t S c i c i B

MQAM +=

(2.1.1) 其中，Ai 和Bi 是振幅，表示为 ⎭

⎬⎫-±=-±=)12()12(j Bj i Ai (2.1.2) 其中，i,j=1,2,…，L ，当L=1时，是4QAM 信号；当L=2时，是16QAM 信号；当L=4时，是64QAM 信号。选择正交的基本信号为

⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫==

t w T t t w T t c B c B sin 2)(cos 2)(21ϕϕ (2.1.3) 在信号空间中MQAM 信号点

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛=j i ij B A S (i,j=1,2,…,L) (2.1.4) 图2.1.1是MQAM 的星座图，这是一种矩形的MQAM 星座图。

图2.1.1 MQAM 信号星座图

为了说明MQAM 比MPSK 具有更好的抗干扰能力，图2.1.2示出了16PSK 和16QAM 的星座图，这两个星座图表示的信号最大功率相等，相邻信号点的距离d1，d2分别为： 2DPSK A A d 39.016sin 21=≈π

16QAM A M d 47.01

162122=-=-≈ 结果表明，d2>d1，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。可以证明，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 。

图2.1.2 16QAM 和16PSK 的星座图

MQAM 的星座图除正方形外，还有圆形、三角形、矩形、六角形等。星座图的形式不同，信号点在空间距离也不同，误码性能也不同。MQAM 和MPSK 在相同信号点数时，功率谱相同，带宽均为基带信号带宽的2倍。

3. 16QAM 的调制解调原理：

MQAM 的调制解调框图如图2.2.1所示。在发送端调制器中串/并变换使得信息速率为Rb 的输入二进制信号分成两个速率为Rb/2的二进制信号，2/L 电平转换将每个速率为Rb/2的二进制信号变为速率为Rb/（2lbL ）的电平信号，然后分别与两个正交载波相乘，再相加后即得MQAM 信号。在接收端解调器中可以采用正交的相干解调方法。接受到的信号分两路进

入两个正交的载波的相干解调器，再分别进入判决器形成L 进制信号并输出二进制信号，最后经并/串变换后得到基带信号。

MQAM 调制

MQAM 的解调

图2.2.1 MQAM 调制解调框图

2.3 QAM 的误码率性能

矩形QAM 信号星座最突出的优点就是容易产生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 ＝k 2下的矩形信号星座图（k 为偶数），QAM 信号星座图与正交载波上的两个

PAM 信号是等价的，这两个信号中的每一个上都有22k M =个信号点。因为相位正交分

量上的信号能被相干判决极好的分离，所以易于通过PAM 的误码率确定QAM 的误码率。M 进制QAM 系统正确判决的概率是

2

)1(M c P P -= 式中M P 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中的一半平均功率。通过适当调整M 进制PAM 系统的误码率，可得