通信原理 第8章新型数字带通调制技术 1
1 通信原理 第8章 新型数字带通调制技术
第8章新型数字带通调制技术 8.1正交振幅调制(QAM) ■信号表示式： 这种信号的一个码元可以表示为 Sx (t)=Ak cos(@ot+0) kT<t≤(k+1)T 式中，k=整数；A和0分别可以取多个离散值。 上式可以展开为 Sk(t)=Ak coser cos@ot-Ak sin e sin @ot 令Xk=Axcosex Yx=-Asin8 则信号表示式变为 Sk (t)=Xk cos@ot+Y sin @ot X和Y也是可以取多个离散值的变量。从上式看 出，S()可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。 2
2 第8章 新型数字带通调制技术 ⚫ 8.1 正交振幅调制(QAM) ◼ 信号表示式： 这种信号的一个码元可以表示为 式中，k = 整数；Ak和k分别可以取多个离散值。 上式可以展开为 令 Xk = Akcosk Yk = -Ak sink 则信号表示式变为 Xk和Yk也是可以取多个离散值的变量。从上式看 出，sk (t)可以看作是两个正交的振幅键控信号之和。 ( ) cos( ) k k 0 k s t = A t + kT t (k +1)T s t A t A t k k k 0 k k 0 ( ) = cos cos − sin sin s t X t Y t k k 0 k 0 ( ) = cos + sin
第8章新型数字带通凋制技术 矢量图 在信号表示式中，若0值仅可以取π/4和-π/4，A值仅可以 取+A和-A,则此QAM信号就成为QPSK信号，如下图所 示： 所以，QPSK信号就是一种最简单的QAM信号。 3
3 第8章 新型数字带通调制技术 ◼ 矢量图 在信号表示式中，若k值仅可以取/4和-/4，Ak值仅可以 取+A和-A，则此QAM信号就成为QPSK信号，如下图所 示： 所以，QPSK信号就是一种最简单的QAM信号
第8章新型数字带通调制技术 有代表性的QAM信号是16进制的，记为16QAM, 它的矢量图示于下图中： A
4 第8章 新型数字带通调制技术 有代表性的QAM信号是16进制的，记为16QAM， 它的矢量图示于下图中： Ak
第8章新型数字带通凋制技术 类似地，有64QAM和256QAM等QAM信号，如下图所 示： ●●● ● 64QAM信号矢量图 256QAM信号矢量图 它们总称为MQAM调制。由于从其矢量图看像是星座， 故又称星座调制。 5
5 第8章 新型数字带通调制技术 类似地，有64QAM和256QAM等QAM信号，如下图所 示： 它们总称为MQAM调制。由于从其矢量图看像是星座， 故又称星座调制。 64QAM信号矢量图 256QAM信号矢量图
第8章新型数字带通调制技术 16QAM信号 ◆产生方法 ▣正交调幅法：用两路独立的正交4ASK信号叠加，形 成16QAM信号，如下图所示。 6
6 第8章 新型数字带通调制技术 ◼ 16QAM信号 ◆ 产生方法 正交调幅法：用两路独立的正交4ASK信号叠加，形 成16QAM信号，如下图所示。 AM
第8章新型数字带通凋制技术 ▣复合相移法：它用两路独立的QPSK信号叠加，形成 16QAM信号，如下图所示。 图中虚线大圆上的4个大黑点表示第一个QPSK信号矢量的 位置。在这4个位置上可以叠加上第二个QPSK矢量，后者 的位置用虚线小圆上的4个小黑点表示
7 第8章 新型数字带通调制技术 复合相移法：它用两路独立的QPSK信号叠加，形成 16QAM信号，如下图所示。 图中虚线大圆上的4个大黑点表示第一个QPSK信号矢量的 位置。在这4个位置上可以叠加上第二个QPSK矢量，后者 的位置用虚线小圆上的4个小黑点表示。 AM AM
第8章新型数字带通调制技术 16QAM信号和16PSK信号的性能比较： 在下图中，按最大振幅相等，画出这两种信号的星座图。 设其最大振幅为AM,则16PSK信号的相邻矢量端点的欧氏 距离等于 d,≈Aw 8 =0.393A 而16QAM信号的相邻点欧氏距离等于 d,= 2AM =0.471AM 3 d2和d1的比值就 AM A 代表这两种体制 的噪声容限之比。 (a)16QAM (b)16PSK 8
8 第8章 新型数字带通调制技术 ◆ 16QAM信号和16PSK信号的性能比较： 在下图中，按最大振幅相等，画出这两种信号的星座图。 设其最大振幅为AM，则16PSK信号的相邻矢量端点的欧氏 距离等于 而16QAM信号的相邻点欧氏距离等于 d2和d1的比值就 代表这两种体制 的噪声容限之比。 1 0.393 8 M M d A A = AM d2 (a) 16QAM AM d1 (b) 16PSK M M A A d 0.471 3 2 2 = =
第8章新型数字带通调制技术 按上两式计算，d超过d约1.57dB。但是，这时是在最大 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。16PSK信号的平均功率（振幅）就等于 其最大功率（振幅)。而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。因此，在平均功率相等条件下，16QAM比16PSK 信号的噪声容限大4.12dB。 9
9 第8章 新型数字带通调制技术 按上两式计算，d2超过d1约1.57 dB。但是，这时是在最大 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。16PSK信号的平均功率（振幅）就等于 其最大功率（振幅）。而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 2.55 dB。因此，在平均功率相等条件下，16QAM比16PSK 信号的噪声容限大4.12 dB
第8章新型数字带通调制技术 ◆16QAM方案的改进： QAM的星座形状并不是正方形最好，实际上以边界越接 近圆形越好。 例如，在下图中给出了一种改进的16QAM方案，其中星 座各点的振幅分别等于±1、+3和±5。将其和上图相比较 不难看出，其星座中各信号点的最小相位差比后者大， 因此容许较大的相位抖动。 10
10 第8章 新型数字带通调制技术 ◆ 16QAM方案的改进： QAM的星座形状并不是正方形最好，实际上以边界越接 近圆形越好。 例如，在下图中给出了一种改进的16QAM方案，其中星 座各点的振幅分别等于1、3和5。将其和上图相比较， 不难看出，其星座中各信号点的最小相位差比后者大， 因此容许较大的相位抖动