QAM正交幅度調(diào)制

1、QAM 正交幅度調(diào)制QAM所屬分類：無線電電子學(xué)移動(dòng)通信通信通信技術(shù)提問添加摘要 QAMQAM （Quadrature Amplitude Modulation ）：正交振幅調(diào)制。正交振幅調(diào)制，這是近年來被國(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)制過程中，同時(shí)以載波信號(hào)的幅度和相位來代表不同的數(shù)字比特編碼，把多進(jìn)制與正交載波技術(shù)結(jié)合起來，進(jìn)一步提高頻帶利用率。 目錄隱藏 1 簡(jiǎn)介2 原理3 產(chǎn)生4 特點(diǎn)5 應(yīng)用6 相關(guān)詞條7 參考資料 QAM- 簡(jiǎn)介圖 14QAM 、 16QAM 星座圖、64QAM 星座圖正交

2、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，特別是在無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。正交調(diào)幅信號(hào)有兩個(gè)相通頻率的載波，但是相位相差90 度（四分之一周期，來自積分術(shù)語） 。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)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

3、）、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。QAM- 原理QAM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Q

4、AM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傳遞信息比特，因此在最小距離相同的條

5、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)

6、并映射回原來的二進(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 cos2πfct 和 sin2πfct 進(jìn)行調(diào)制，然后相加，即可得到 16-QAM 信號(hào)。圖 2 16QAM 信號(hào)電平與信號(hào)狀態(tài)關(guān)系采用 QAM 調(diào)制技術(shù)，信道帶寬至少要等于碼元速率，為

7、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)均衡器來補(bǔ)償傳輸過程中信號(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 8-PSK 能提供的上限時(shí)，采用 QAM 的調(diào)制方式。因?yàn)?QAM 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

8、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。QAM- 產(chǎn)生 產(chǎn)生QAM 通過載波某些參數(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

9、， 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 的冪。常見的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。 當(dāng)對(duì)

10、數(shù)據(jù)傳輸速率的要求高過 8-PSK 能提供的上限時(shí)，采用 QAM 的調(diào)制方式。因?yàn)?QAM 的星座點(diǎn)比 PSK 的星座點(diǎn)更分散， 星座點(diǎn)之間的距離因之更大， 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。 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?amp;#177;1 ， ±

11、3 ，… ，± （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 0，±2 ，±4 ，… ，±（ 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)。QAM- 特點(diǎn)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

12、=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Ps=誤符號(hào)率Psc=每個(gè)正交載波上的誤符號(hào)率2、矩形 QAM矩形 QAM （RectangularQAM ）的星座圖呈矩形網(wǎng)格配置。因?yàn)榫匦?QAM 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有達(dá)到最優(yōu)。不過，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2-QAM 和 4-QAM 實(shí)際上是二

13、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排列。環(huán)狀8-QAM 是最佳的8-QAM ，它可以使用最低的平均能量來達(dá)到最小的歐幾里德度量。環(huán)狀的16-QAM是亞優(yōu)化的。環(huán)狀的QAM非常好地顯示出QAM與相移鍵控之間的關(guān)系。不規(guī)則QAM的錯(cuò)誤率很難廣泛地給出，因?yàn)樗鼈儼雌渑帕懈鞑幌嗤?。雖然對(duì)一個(gè)特別的M 有最佳的、不規(guī)則的QAM ，但是人們還是使用規(guī)則的QAM ，因?yàn)樗鼈兊恼{(diào)制和解調(diào)要方便得多。QAM- 應(yīng)用QAM 芯片1、 QAM 分析儀 QAM 分析儀是 RF 安裝和維護(hù)的綜合解決方案，用來測(cè)試有線電視系統(tǒng)上的 DVB-C （有線數(shù)字視頻廣播） 信號(hào)。它向工程師提供精確檢驗(yàn)送至用戶業(yè)務(wù)質(zhì)量所需的測(cè)量功能。所有的測(cè)量都很容易接入，并以清楚的圖形顯示呈現(xiàn)測(cè)量結(jié)果。應(yīng)用：前端設(shè)備安裝和維護(hù)；系統(tǒng)檢驗(yàn)；現(xiàn)場(chǎng)安裝和維護(hù)；調(diào)制器生產(chǎn)或驗(yàn)收測(cè)試；在 6MHz 信道帶寬中的 OptJ91-調(diào)制測(cè)試；測(cè)量能力； QQAM 分析儀解調(diào)和精確測(cè)量經(jīng) DVB-C 系統(tǒng)運(yùn)載的 16， 64 或 256QAM 信號(hào)。它提供新的測(cè)量度量標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于表征信號(hào)和查找問題都是必須的。圖形顯示器、清楚的用戶界