第4章-正交振幅调制

1 / Ts log2 M/Ts fN 1/ 2Ts
1 / Ts log2 M/Ts
(1)fN
MPSK信号带宽 频带利用率
2 fs
1 2
lo
g
2
M
2 fN log2 M
2(1)fN
log2 M 1
2
8.1 正交幅度调制
MPSK误码率
3
4
Pe 1
M
f ()d
M
5
6
7
MPSK误码率公式可以近似为写为：
是两个正交的振
同相分量
正交分量
幅键控信号之和
正交幅度调制(QAM) ：用两路独立的基带数字信号对两个相互正
交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用已调信号在同一带宽
内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。
正交振幅调制（QAM）是一种幅度和相位联合键控（APK）的调
制方式.
5
8.1 正交幅度调制
(-1, 1) (-1,-1)
来自百度文库
( 1, 1) ( 3, 1)
1 I路
( 1,-1) ( 3,-1)
-1
(-3,-3)
-3
(-1,-3)
-1
( 1,-3) ( 3,-3)
1
3
-3 I路
13
8.1 正交幅度调制
（3）编码方案
Q路
0011
0010 0001
0000
Q路 3 00
0111
0110
0101 0100
主要内容 第8章 新型数字带通调制技术
8.1 正交振幅调制 8.2 最小频移键控 8.3 高斯最小频移键控 8.4 正交频分复用
1
8.1 正交幅度调制
＝ Rb RBlog2M
BMPSK
BMPSK
方波
理想低通
余弦滚降
码元速率 信息速率 基带信号带宽
1 / Ts log2 M/Ts fs 1 / Ts
6
8.1 正交幅度调制
MQAM星座图
A.矩形星座图 M为2的偶数次幂
M4,16,64,256
B.十字形星座图 M为2的奇数次幂
M32,128
C.QPSK与4QAM相同
M256
M128 M64 M32 M16
7
8.1 正交幅度调制
3 QAM信号的调制和解调(正交）
b
2到L
d
电平变换
a
串并
变换
cos0t 相干载波
4 16QAM信号
（1）正交调幅法：用两路独立的正交4ASK信号叠加，形成
16QAM信号。
ac
2到4
Xk
电平变换
abcd 串并 变换
cos0t 相干载波
f
已调信号
∑
16QAM
π/2相移
-sin0t
bd
2到4 电平变换
Yk
g
输入的二进制序列经过串/并变换器输出速率减半的两路并
行序列，再分别经过2电平到4电平的变换，形成4电平的基带信
APK调制：就是用一个信号符号同时控制载波的幅度与 相位2个参量的调制方式
4
8.1 正交幅度调制调制幅度
1 QAM信号的时域表达式
调制相位
sk(t)A kcos(0tk)
A k c o sk c o s0 t A k s in k s in0 t
Xk Akcosk
Yk Aksink
X kcos0tY ksin0t
2 矢量图
矢量端点的分布图称为星座图，可以用星座图来描述QAM信 号的信号空间分布状态。
如果QAM信号的在信号空间中的坐标点数目是4个（状态 数），记为4QAM，它的同相和正交支路都采用二进制信号；如 果同相和正交支路都采用四进制信号将得到16QAM信号。以此类 推，如果两条支路都采用L进制信号将得到MQAM信号，其中M=L2。
10
8.1 正交幅度调制
Xk
相乘器
cos 0 t
eQAM (t )
相加器
信道
相乘器
cos 0 t
低通
X
' k
滤波器
Yk
相乘器
相乘器
低通
Yk'
滤波器
sin 0t
sin 0t
e Q A M (t) X kc o s0 t Y ks in0 t
X k
1 2
Xk
Yk
1 2 Yk
11
8.1 正交幅度调制
2
8
1
0
8
8
Pe
erfc
rsin
M
3
8.1 正交幅度调制
① 问题的提出：
A. 多进制相移键控（MPSK）的频带利用率高，随着M的增大， 相邻相位的距离逐渐变小，噪声容限减小，可靠性降低，误 码率增大；
B. 需要改善在M取值较大时的噪声容限。
②解决方法：
单独使用幅度(MASK)或相位(MPSK)携带信息时，不能充分 利用信号平面，MPSK的信号点只能分布在一个圆上，MASK 的 信号点只能分布在一个轴上。
f
已调信号
∑
MQAM
π/2相移
-sin0t
c
2到L
e
g
电平变换
输入的二进制序列经过串/并变换器输出速率减半的两路并 行序列，再分别经过2电平到L电平的变换，形成L电平的基带信 号。为了抑制已调信号的带外辐射，该L电平的基带信号还要经 过预调制低通滤波器，形成Xk和Yk，再分别对同相载波和正交 载波相乘。最后将两路信号相加即可得到QAM信号。
8
8.1 正交幅度调制
9
8.1 正交幅度调制
a
LPF c
L电平
抽样判决
cos0t 载波恢复
π/2相移 -sin0t
b
定时 提取
LPF
d
L电平 抽样判决
L/2电平 转换
e
L/2电平 转换
解调器输入信号与本地恢复的两个正交载波相乘后，经过低通
滤波输出两路多电平基带信号Xk和Yk。多电平判决器对多电平基带 信号进行判决和检测，再经L电平到2电平转换和并/串变换器最终输 出二进制数据。
1 01
I路
1011
1010
1001 1000
-1 10
1111
1011
1101 1100
-3 11
-3
-1
1
I路 3
11 10
01
00
14
8.1 正交幅度调制
格雷码（方法很多）
Q路
0111
0110 0100
0101
Q路 3 01
0011
0010
0000 0001
1 00
I路
1011
1010
1000 1001
号。为了抑制已调信号的带外辐射，该4电平的基带信号还要经
过预调制低通滤波器，形成Xk和Yk，再分别对同相载波和正交
载波相乘。最后将两路信号相加即可得到QAM信号。
12
8.1 正交幅度调制
（2）星座图
(-3, 3)
Q路
(-1, 3) ( 1, 3)
( 3, 3)
Q路 3
(-3, 1) (-3,-1)
滤波输出两路多电平基带信号Xk和Yk。多电平判决器对多电平基带 信号进行判决和检测，再经4电平到2电平转换和并/串变换器最终输 出二进制数据。
-1 10
1111
1110
1100 1101
-3 11
-3
-1
1
I路 3
11 10 00
01
15
8.1 正交幅度调制
（4）解调
a
LPF c
L电平
抽样判决
cos0t 载波恢复
π/2相移 -sin0t
b
定时 提取
LPF
d
L电平 抽样判决
L/2电平 转换
e
L/2电平 转换
解调器输入信号与本地恢复的两个正交载波相乘后，经过低通