5.6 现代数字调制解调技术
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正交振幅调制(QAM) 正交振幅调制(QAM)
数字通信原理
MQAM调制原理 MQAM调制原理 MQAM的星座图 MQAM的星座图 MQAM解调原理 MQAM解调原理 MQAM抗噪声性能 MQAM抗噪声性能
重庆大学通信工程学院
MQAM的星座图 MQAM的星座图
数字通信原理
信号矢量端点的分布图称为星座图。 信号矢量端点的分布图称为星座图。 通常，可以用星座图来描述QAM QAM信号的信号空 通常，可以用星座图来描述QAM信号的信号空 间分布状态。 间分布状态。
(-4.61,0) (-2.61,0)
星型16QAM星座 星型16QAM星座 16QAM
(0,4.61) (0,2.61) (2.61,0) (4.61,0)
(0,(0,-2.61) (0,(0,-4.61) 重庆大学通信工程学院
方型星座图与星型星座图的比较
数字通信原理
信号点之间的最小距离为2A 信号点之间的最小距离为2A 功率 所有信号点等概率出现 平均发射信号功率 方形星座图
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正交振幅调制(QAM) 正交振幅调制(QAM)
数字通信原理
MQAM调制原理 MQAM调制原理 MQAM的星座图 MQAM的星座图 MQAM解调原理 MQAM解调原理 MQAM抗噪声性能 MQAM抗噪声性能
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MQAM抗噪声性能 MQAM抗噪声性能
数字通信原理
对方型QAM， 对方型QAM，可以看成是由两个相互正交且独 QAM 立的多电平ASK信号叠加而成。 ASK信号叠加而成 立的多电平ASK信号叠加而成。 因此，利用多电平信号误码率的分析方法， 因此 ， 利用多电平信号误码率的分析方法 ， 可得到M进制QAM QAM的误码率为 可得到M进制QAM的误码率为
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5.6 现代数字调制解调技术
数字通信原理
1
正交振幅调制（QAM） 正交振幅调制（QAM） 最小移频键控（MSK） 最小移频键控（MSK）
2
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正交振幅调制(QAM) 正交振幅调制(QAM)
数字通信原理
百度文库
随着通信业务需求的迅速增长， 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。 设计、研究的主要目标之一。 正交振幅调制QAM(Quadrature 正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)就是一种频谱利用率很高的调制 Modulation)就是一种频谱利用率很高的调制 方式。 方式。 正交振幅调制QAM的应用领域： QAM的应用领域 正交振幅调制QAM的应用领域：中、大容量数 字微波通信系统、 字微波通信系统、有线电视网络高速数据传 卫星通信系统、移动通信系统等领域。 输、卫星通信系统、移动通信系统等领域。
星型16QAM只有8种相位值 而方型16QAM有 星型16QAM只有8种相位值，而方型16QAM有12种相位值 16QAM只有 16QAM 相位值
结论： 结论： 在衰落信道中，星型16QAM比方型16QAM 16QAM比方型16QAM更 在衰落信道中，星型16QAM比方型16QAM更 具有吸引力。 具有吸引力。
结论： 结论：
当M=4时，d4PSK＝d4QAM，实际上，4PSK和4QAM的星座图相同 M=4时 实际上，4PSK和4QAM的星座图相同 16时 0.47， 0.39， 当M＝16时，d16QAM＝0.47，而d16PSK＝0.39，d16PSK < d16QAM 这表明，16QAM系统的抗干扰能力优于16PSK。 系统的抗干扰能力优于16PSK 这表明，16QAM系统的抗干扰能力优于16PSK。
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最小移频键控（MSK） 最小移频键控（MSK）
数字通信原理
MSK的基本原理 MSK的基本原理 MSK调制解调原理 MSK调制解调原理 MSK的性能 MSK的性能
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MSK的基本原理 MSK的基本原理
数字通信原理
MSK是恒定包络连续相位频率调制，其信号的 MSK是恒定包络连续相位频率调制， 是恒定包络连续相位频率调制 表示式为
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MSK的基本原理 MSK的基本原理
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MQAM的星座图 MQAM的星座图
数字通信原理
M=4、16、32、 、256时MQAM信号的星座图 M=4、16、32、…、256时MQAM信号的星座图
M=4、16、64、256时 M=4、16、64、256时 星座图为矩形 矩形， 星座图为矩形，而 M=32、128时星座图为 M=32、128时星座图为 十字形。 十字形。 前者M 的偶次方， 前者M为2的偶次方， 即每个符号携带偶数 个比特信息 后者M 的奇次方， 后者M为2的奇次方， 每个符号携带奇数个 比特信息。 比特信息。
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正交振幅调制(QAM) 正交振幅调制(QAM)
数字通信原理
MQAM调制原理 MQAM调制原理 MQAM的星座图 MQAM的星座图 MQAM解调原理 MQAM解调原理 MQAM抗噪声性能 MQAM抗噪声性能
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MQAM解调原理 MQAM解调原理
数字通信原理
MQAM信号同样可以采用正交相干解调方法 MQAM信号同样可以采用正交相干解调方法 信号同样可以采用
星形星座图
结论：星型星座图与方型星座图功率相差1.4dB 结论：星型星座图与方型星座图功率相差1.4dB 功率相差
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MQAM的星座图 MQAM的星座图
数字通信原理
星座结构 星型16QAM只有两个振幅值，而方型16QAM有三种振幅值 星型16QAM只有两个振幅值，而方型16QAM有三种振幅值 16QAM只有两个振幅值 16QAM
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正交振幅调制(QAM) 正交振幅调制(QAM)
数字通信原理
MQAM调制原理 MQAM调制原理 MQAM的星座图 MQAM的星座图 MQAM解调原理 MQAM解调原理 MQAM抗噪声性能 MQAM抗噪声性能
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MQAM调制原理 MQAM调制原理
数字通信原理
正交振幅调制是用两个独立的基带数字信号 正交振幅调制是用两个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， 双边带调制，利用这种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。 息传输。 正交振幅调制信号的一般表示式
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MQAM与MPSK星座图比较 MQAM与MPSK星座图比较
数字通信原理
若已调信号的最大幅度为1，则MPSK信号星座 若已调信号的最大幅度为1 MPSK信号星座 图上信号点间的最小距离为 MQAM信号矩形星座图上信号点间的最小距离 MQAM信号矩形星座图上信号点间的最小距离
L为星座图上信号点在水平轴和 垂直轴上投影的电平数，M=L 垂直轴上投影的电平数，M=L2
令 (t)称为附加相位函数 θk(t)称为附加相位函数 ωc为载波角频率 Ts为码元宽度 为输入第k个码元，取值为± ak为输入第k个码元，取值为±1 为第k个码元的相位常数， ϕk为第k个码元的相位常数，在时间 中保持不变， kTs≤t≤(k+1)Ts中保持不变，其作用是 保证在t=kT 保证在t=kTs时刻信号相位连续
16的16QAM的两种具有代表意义信号星座图 M＝16的16QAM的两种具有代表意义信号星座图
方型16QAM星座（标准型16QAM） 方型16QAM星座（标准型16QAM） 16QAM星座 16QAM
(-3,3) (-3,1) (-1,-1)(-1,1) 1,-1)( (-3,-3) 3,(3,(3,-3) (3,3) (3,1)
CCEE
第五章
数字调制与解调
数字通信原理
主要内容
数字通信原理
5.1 引 言 5.2 二进制数字调制与解调原理 5.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能
5.4 二进制数字调制系统的性能比较
5.5 多进制数字调制与解调原理
5.6 现代数字调制解调技术
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5.6 现代数字调制解调技术
数字通信原理
重庆大学通信工程学院
MQAM调制原理 MQAM调制原理
数字通信原理
Am 2/L 电平变换 输入 串/并变换 Bm 2/L 电平变换
预调制 LPF 输出
Σ
预调制 LPF y(t)
输入的二进制序列经过串/ 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 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， 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X(t) Y(t),再分别对同相 X(t)和 经过预调制低通滤波器，形成X(t)和Y(t),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 QAM信号 最后将两路信号相加即可得到QAM信号
LPF 载波恢复 多电平 判决 定时恢复 LPF 多电平 判决 L/2 电平变换 并/串变换 L/2 电平变换
解调器输入信号与本地恢复的两个正交载波相乘后， 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X(t) Y(t)。 X(t)和 低通滤波输出两路多电平基带信号X(t)和Y(t)。 多电平判决器对多电平基带信号进行判决和检测，再经L 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。 平到2电平转换和并/串变换器最终输出二进制数据。
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正交振幅调制信号的一般表示式
数字通信原理
An是基带信号幅度 g(tg(t-nTs)是宽度为的单个基带信号波形
令
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正交振幅调制信号的一般表示式
数字通信原理
QAM中的振幅X QAM中的振幅Xn和Yn 中的振幅
Xn和Yn也可以表示为
A是固定振幅 cn、dn由输入数据确定 决定了已调QAM QAM信号在信号空间中的坐标点 cn、dn决定了已调QAM信号在信号空间中的坐标点
所谓“最小 是指这种调制方式能以最小的调制指 所谓 最小”是指这种调制方式能以最小的调制指 最小 数(0.5)获得正交信号 快速”是指在给定同样的频带内 能比2 而“快速 是指在给定同样的频带内，MSK能比2PSK 快速 是指在给定同样的频带内，MSK能比 传输更高的数据速率， 传输更高的数据速率，且在带外的频谱分量要比 PSK衰减的快 2PSK衰减的快
M=L M=L2 Eb为每比特码元能量 n0为噪声单边功率谱密度
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MQAM抗噪声性能 MQAM抗噪声性能
数字通信原理
M进制方型QAM的误码率曲线 进制方型QAM的误码率曲线 QAM
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5.6 现代数字调制解调技术
数字通信原理
1
正交振幅调制（QAM） 正交振幅调制（QAM） 最小移频键控（MSK） 最小移频键控（MSK）
数字调制三种基本方式(数字振幅调制、数字 数字调制三种基本方式(数字振幅调制、 频率调制和数字相位调制)存在的不足： 频率调制和数字相位调制)存在的不足：频谱 利用率低、抗多径抗衰落能力差、 利用率低、抗多径抗衰落能力差、功率谱衰 减慢带外辐射严重等 为了改善这些不足， 为了改善这些不足，近几十年来人们不断地 提出一些新的数字调制解调技术， 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。 种通信系统的要求。 本节分别对几种具有代表性的数字调制系统 本节分别对几种具有代表性的数字调制系统 进行讨论。 进行讨论。
2
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最小移频键控（MSK） 最小移频键控（MSK）
数字通信原理
由于一般移频键控信号相位不连续、 由于一般移频键控信号相位不连续、频偏较 大等原因， 大等原因，使其频谱利用率较低 本节讨论的MSK Frequency–shift shift本节讨论的MSK (Minimum Frequency shift是二进制连续相位FSK FSK的一种特殊形式 keying)是二进制连续相位FSK的一种特殊形式 MSK称为最小移频键控 称为最小移频键控， MSK称为最小移频键控，有时也称为快速移频 键控(FFSK) 键控(FFSK)
正交振幅调制(QAM) 正交振幅调制(QAM)
数字通信原理
MQAM调制原理 MQAM调制原理 MQAM的星座图 MQAM的星座图 MQAM解调原理 MQAM解调原理 MQAM抗噪声性能 MQAM抗噪声性能
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MQAM的星座图 MQAM的星座图
数字通信原理
信号矢量端点的分布图称为星座图。 信号矢量端点的分布图称为星座图。 通常，可以用星座图来描述QAM QAM信号的信号空 通常，可以用星座图来描述QAM信号的信号空 间分布状态。 间分布状态。
(-4.61,0) (-2.61,0)
星型16QAM星座 星型16QAM星座 16QAM
(0,4.61) (0,2.61) (2.61,0) (4.61,0)
(0,(0,-2.61) (0,(0,-4.61) 重庆大学通信工程学院
方型星座图与星型星座图的比较
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信号点之间的最小距离为2A 信号点之间的最小距离为2A 功率 所有信号点等概率出现 平均发射信号功率 方形星座图
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正交振幅调制(QAM) 正交振幅调制(QAM)
数字通信原理
MQAM调制原理 MQAM调制原理 MQAM的星座图 MQAM的星座图 MQAM解调原理 MQAM解调原理 MQAM抗噪声性能 MQAM抗噪声性能
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MQAM抗噪声性能 MQAM抗噪声性能
数字通信原理
对方型QAM， 对方型QAM，可以看成是由两个相互正交且独 QAM 立的多电平ASK信号叠加而成。 ASK信号叠加而成 立的多电平ASK信号叠加而成。 因此，利用多电平信号误码率的分析方法， 因此 ， 利用多电平信号误码率的分析方法 ， 可得到M进制QAM QAM的误码率为 可得到M进制QAM的误码率为
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1
正交振幅调制（QAM） 正交振幅调制（QAM） 最小移频键控（MSK） 最小移频键控（MSK）
2
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正交振幅调制(QAM) 正交振幅调制(QAM)
数字通信原理
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随着通信业务需求的迅速增长， 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。 设计、研究的主要目标之一。 正交振幅调制QAM(Quadrature 正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)就是一种频谱利用率很高的调制 Modulation)就是一种频谱利用率很高的调制 方式。 方式。 正交振幅调制QAM的应用领域： QAM的应用领域 正交振幅调制QAM的应用领域：中、大容量数 字微波通信系统、 字微波通信系统、有线电视网络高速数据传 卫星通信系统、移动通信系统等领域。 输、卫星通信系统、移动通信系统等领域。
星型16QAM只有8种相位值 而方型16QAM有 星型16QAM只有8种相位值，而方型16QAM有12种相位值 16QAM只有 16QAM 相位值
结论： 结论： 在衰落信道中，星型16QAM比方型16QAM 16QAM比方型16QAM更 在衰落信道中，星型16QAM比方型16QAM更 具有吸引力。 具有吸引力。
结论： 结论：
当M=4时，d4PSK＝d4QAM，实际上，4PSK和4QAM的星座图相同 M=4时 实际上，4PSK和4QAM的星座图相同 16时 0.47， 0.39， 当M＝16时，d16QAM＝0.47，而d16PSK＝0.39，d16PSK < d16QAM 这表明，16QAM系统的抗干扰能力优于16PSK。 系统的抗干扰能力优于16PSK 这表明，16QAM系统的抗干扰能力优于16PSK。
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最小移频键控（MSK） 最小移频键控（MSK）
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MSK的基本原理 MSK的基本原理 MSK调制解调原理 MSK调制解调原理 MSK的性能 MSK的性能
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MSK的基本原理 MSK的基本原理
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MSK是恒定包络连续相位频率调制，其信号的 MSK是恒定包络连续相位频率调制， 是恒定包络连续相位频率调制 表示式为
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MSK的基本原理 MSK的基本原理
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MQAM的星座图 MQAM的星座图
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M=4、16、32、 、256时MQAM信号的星座图 M=4、16、32、…、256时MQAM信号的星座图
M=4、16、64、256时 M=4、16、64、256时 星座图为矩形 矩形， 星座图为矩形，而 M=32、128时星座图为 M=32、128时星座图为 十字形。 十字形。 前者M 的偶次方， 前者M为2的偶次方， 即每个符号携带偶数 个比特信息 后者M 的奇次方， 后者M为2的奇次方， 每个符号携带奇数个 比特信息。 比特信息。
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正交振幅调制(QAM) 正交振幅调制(QAM)
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MQAM调制原理 MQAM调制原理 MQAM的星座图 MQAM的星座图 MQAM解调原理 MQAM解调原理 MQAM抗噪声性能 MQAM抗噪声性能
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MQAM解调原理 MQAM解调原理
数字通信原理
MQAM信号同样可以采用正交相干解调方法 MQAM信号同样可以采用正交相干解调方法 信号同样可以采用
星形星座图
结论：星型星座图与方型星座图功率相差1.4dB 结论：星型星座图与方型星座图功率相差1.4dB 功率相差
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MQAM的星座图 MQAM的星座图
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星座结构 星型16QAM只有两个振幅值，而方型16QAM有三种振幅值 星型16QAM只有两个振幅值，而方型16QAM有三种振幅值 16QAM只有两个振幅值 16QAM
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MQAM调制原理 MQAM调制原理 MQAM的星座图 MQAM的星座图 MQAM解调原理 MQAM解调原理 MQAM抗噪声性能 MQAM抗噪声性能
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MQAM调制原理 MQAM调制原理
数字通信原理
正交振幅调制是用两个独立的基带数字信号 正交振幅调制是用两个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， 双边带调制，利用这种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。 息传输。 正交振幅调制信号的一般表示式
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MQAM与MPSK星座图比较 MQAM与MPSK星座图比较
数字通信原理
若已调信号的最大幅度为1，则MPSK信号星座 若已调信号的最大幅度为1 MPSK信号星座 图上信号点间的最小距离为 MQAM信号矩形星座图上信号点间的最小距离 MQAM信号矩形星座图上信号点间的最小距离
L为星座图上信号点在水平轴和 垂直轴上投影的电平数，M=L 垂直轴上投影的电平数，M=L2
令 (t)称为附加相位函数 θk(t)称为附加相位函数 ωc为载波角频率 Ts为码元宽度 为输入第k个码元，取值为± ak为输入第k个码元，取值为±1 为第k个码元的相位常数， ϕk为第k个码元的相位常数，在时间 中保持不变， kTs≤t≤(k+1)Ts中保持不变，其作用是 保证在t=kT 保证在t=kTs时刻信号相位连续
16的16QAM的两种具有代表意义信号星座图 M＝16的16QAM的两种具有代表意义信号星座图
方型16QAM星座（标准型16QAM） 方型16QAM星座（标准型16QAM） 16QAM星座 16QAM
(-3,3) (-3,1) (-1,-1)(-1,1) 1,-1)( (-3,-3) 3,(3,(3,-3) (3,3) (3,1)
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数字调制与解调
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主要内容
数字通信原理
5.1 引 言 5.2 二进制数字调制与解调原理 5.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能
5.4 二进制数字调制系统的性能比较
5.5 多进制数字调制与解调原理
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MQAM调制原理 MQAM调制原理
数字通信原理
Am 2/L 电平变换 输入 串/并变换 Bm 2/L 电平变换
预调制 LPF 输出
Σ
预调制 LPF y(t)
输入的二进制序列经过串/ 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 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， 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X(t) Y(t),再分别对同相 X(t)和 经过预调制低通滤波器，形成X(t)和Y(t),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 QAM信号 最后将两路信号相加即可得到QAM信号
LPF 载波恢复 多电平 判决 定时恢复 LPF 多电平 判决 L/2 电平变换 并/串变换 L/2 电平变换
解调器输入信号与本地恢复的两个正交载波相乘后， 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X(t) Y(t)。 X(t)和 低通滤波输出两路多电平基带信号X(t)和Y(t)。 多电平判决器对多电平基带信号进行判决和检测，再经L 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。 平到2电平转换和并/串变换器最终输出二进制数据。
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An是基带信号幅度 g(tg(t-nTs)是宽度为的单个基带信号波形
令
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正交振幅调制信号的一般表示式
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QAM中的振幅X QAM中的振幅Xn和Yn 中的振幅
Xn和Yn也可以表示为
A是固定振幅 cn、dn由输入数据确定 决定了已调QAM QAM信号在信号空间中的坐标点 cn、dn决定了已调QAM信号在信号空间中的坐标点
所谓“最小 是指这种调制方式能以最小的调制指 所谓 最小”是指这种调制方式能以最小的调制指 最小 数(0.5)获得正交信号 快速”是指在给定同样的频带内 能比2 而“快速 是指在给定同样的频带内，MSK能比2PSK 快速 是指在给定同样的频带内，MSK能比 传输更高的数据速率， 传输更高的数据速率，且在带外的频谱分量要比 PSK衰减的快 2PSK衰减的快
M=L M=L2 Eb为每比特码元能量 n0为噪声单边功率谱密度
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MQAM抗噪声性能 MQAM抗噪声性能
数字通信原理
M进制方型QAM的误码率曲线 进制方型QAM的误码率曲线 QAM
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数字通信原理
1
正交振幅调制（QAM） 正交振幅调制（QAM） 最小移频键控（MSK） 最小移频键控（MSK）
数字调制三种基本方式(数字振幅调制、数字 数字调制三种基本方式(数字振幅调制、 频率调制和数字相位调制)存在的不足： 频率调制和数字相位调制)存在的不足：频谱 利用率低、抗多径抗衰落能力差、 利用率低、抗多径抗衰落能力差、功率谱衰 减慢带外辐射严重等 为了改善这些不足， 为了改善这些不足，近几十年来人们不断地 提出一些新的数字调制解调技术， 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。 种通信系统的要求。 本节分别对几种具有代表性的数字调制系统 本节分别对几种具有代表性的数字调制系统 进行讨论。 进行讨论。
2
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最小移频键控（MSK） 最小移频键控（MSK）
数字通信原理
由于一般移频键控信号相位不连续、 由于一般移频键控信号相位不连续、频偏较 大等原因， 大等原因，使其频谱利用率较低 本节讨论的MSK Frequency–shift shift本节讨论的MSK (Minimum Frequency shift是二进制连续相位FSK FSK的一种特殊形式 keying)是二进制连续相位FSK的一种特殊形式 MSK称为最小移频键控 称为最小移频键控， MSK称为最小移频键控，有时也称为快速移频 键控(FFSK) 键控(FFSK)