第4章-正交振幅调制

第4章-正交振幅调制第一页，共30页。理想低通基带信号带宽MPSK信号带宽码元速率频带利用率方波余弦滚降信息速率8.1正交幅度调制2第二页，共30页。

MPSK误码率公式可以近似为写为：8.1正交幅度调制MPSK误码率3第三页，共30页。8.1正交幅度调制问题的提出：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；需要改善在M取值较大时的噪声容限。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。

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第四页，共30页。8.1正交幅度调制同相分量正交分量1QAM信号的时域表达式是两个正交的振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.调制相位调制幅度5第五页，共30页。2矢量图8.1正交幅度调制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。6第六页，共30页。矩形星座图M为2的偶数次幂十字形星座图M为2的奇数次幂QPSK与4QAM相同MQAM星座图8.1正交幅度调制7第七页，共30页。

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。

8.1正交幅度调制3QAM信号的调制和解调(正交）8第八页，共30页。8.1正交幅度调制9第九页，共30页。

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。8.1正交幅度调制10第十页，共30页。8.1正交幅度调制11第十一页，共30页。

（1）正交调幅法：用两路独立的正交4ASK信号叠加，形成16QAM信号。

8.1正交幅度调制416QAM信号

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第十二页，共30页。I路Q路(1,1)(-1,1)(-1,-1)(1,-1)(3,3)(3,1)(3,-1)(3,-3)(1,3)(1,-3)(-1,3)(-1,-3)(-3,1)(-3,-1)(-3,3)(-3,-3)Q路

31-1-3I路-3-1138.1正交幅度调制（2）星座图

13第十三页，共30页。I路Q路0101011010101001000001001000110000011101001010110111101100111111Q路

31-1-3I路-3-1138.1正交幅度调制（3）编码方案

1110010000

0110

1114第十四页，共30页。I路Q路0000001010101000010100011001110101001100011011100011101101111111Q路

31-1-3I路-3-1138.1正交幅度调制格雷码（方法很多）1110000101

0010

1115第十五页，共30页。

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4电平到2电平转换和并/串变换器最终输出二进制数据。8.1正交幅度调制（4）解调

16第十六页，共30页。（5）复合相移法：它用两路独立的QPSK信号叠加，形成16QAM信号。

8.1正交幅度调制17第十七页，共30页。001101108.1正交幅度调制编码方法1001001111001001011011001101001018第十八页，共30页。对于M=16的16QAM来说，有多种分布形式的信号星座图。两种具有代表意义：矩形16QAM星座（也称为标准型16QAM）和星型16QAM星座。8.1正交幅度调制19第十九页，共30页。若信号点之间的最小距离为2A，且所有信号点等概率出现，则平均发射信号功率为8.1正交幅度调制对于方型16QAM，信号平均功率为对于星型16QAM，信号平均功率为

5MQAM的功率20第二十页，共30页。两者功率相差1.4dB。一是星型16QAM只有两个振幅值，而方型16QAM有三种振幅值；二是星型16QAM只有8种相位值，而方型16QAM有12种相位值。这两点使得在衰落信道中，星型16QAM比方型16QAM更具有吸引力。但方型星座QAM信号所需的平均发送功率比QAM星座结构的信号平均功率小，而方型星座的MQAM信号的产生及解调比较容易实现，所以方型星座的MQAM信号在实际通信中得到了广泛的应用。8.1正交幅度调制21第二十一页，共30页。16QAM信号和16PSK信号的性能比较按最大振幅相等，画出这两种信号的星座图16QAMAM

d2AM

d116PSK8.1正交幅度调制22第二十二页，共30页。

设其最大振幅为AM，则16PSK信号的相邻信号点的欧氏距离为

16QAM的相邻信号点欧氏距离（最小距离）为d2超过d1约1.57dB。8.1正交幅度调制16QAMAM

d2AM

d116PSKd2和d1的比值就代表这两种体制的噪声容限之比23第二十三页，共30页。8.1正交幅度调制

设其最大振幅为AM，则MPSK信号的相邻信号点的欧氏距离为

MQAM的相邻信号点欧氏距离（方形星座图）为L是星座图上信号点在水平轴和垂直轴上投影的电平数，M=L2

这是在最大功率（振幅）相等的条件下比较的，没有考虑这两种体制的平均功率差别。24第二十四页，共30页。当平均功率受限时：

MPSK信号的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振幅）。MQAM信号，其最大功率和平均功率之比：

即此时d2又可增加倍

16QAM信号，在等概率出现条件下，可以计算出其最大功率和平均功率之比等于1.8倍，即2.55dB。在平均功率相等条件下，16QAM的噪声容限超过16PSK约4.12dB。8.1正交幅度调制25第二十五页，共30页。6MQAM抗噪声性能对于方型QAM，可以看成是由两个相互正交且独立的多电平ASK信号叠加而成。因此，利用多电平ASK信号误码率的分析方法，可得到M进制QAM的误码率为

M=L2，Eb为每比特码元能量，n0为噪声单边功率谱密度。8.1正交幅度调制26第二十六页，共30页。M进制方型QAM的误码率曲线

8.1正交幅度调制随着进制数M的增加，在信号空间中各信号点间的最小距离减小，相应的信号判决区域随之减小，因此，当信号受到噪声和干扰的损害时，接收信号错误概率将随之增大。27第二十七页，共30页。7MQAM的频带利用率

调制过程表明，MQAM信号可以看成两个正交的抑制载波双边带调幅信号的相加，所以其功率谱都取决于同相和正交路基带信号的功率谱。MQAM与MPSK信号在相同信号点数时，功率谱相同，带宽均为基带信号带宽的2倍。

理想情况下MQAM与MPSK最高频带利用率