【文章內(nèi)容簡介】 式也可變換為正交表示形式： (225)令，則有 (226)QAM信號(hào)中振幅Xn和Yn可以表示為： Xn=CnA (227)Yn=dnA (228)式中，A是固定的振幅，Cn、dn由輸入數(shù)據(jù)確定。Cn、dn決定了已調(diào)QAM信號(hào)在信號(hào)空間中的坐標(biāo)點(diǎn)。 MQAM調(diào)制器原理方框圖式225是2個(gè)已調(diào)正交載波信號(hào)的和。在電路實(shí)現(xiàn)中，正交載波sint可用同相載波cost經(jīng)移相π/2后得到，所以取負(fù)號(hào)。g(t)為系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)，取幅度為1， Xn ， Yn分別表示所要傳輸?shù)?路多電平信號(hào)第n個(gè)碼元的值，Ts是一個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間，是載波角頻率。 調(diào)制原理在理想狀態(tài)下，MQAM的M個(gè)載波狀態(tài)可以調(diào)制log2M個(gè)比特，如16QAM的載波狀態(tài)最多可調(diào)制一個(gè)4bit的信號(hào)(log216=4)，也就是說MQAM的頻譜利用率為log2Mb/s/Hz。目前星座圖里的樣點(diǎn)數(shù)，例如16QAM，確定QAM的類型，16個(gè)樣點(diǎn)表示這是16QAM 信號(hào)，星座圖里每個(gè)樣點(diǎn)表示一種狀態(tài)。16QAM有16態(tài)，每log2M=4位規(guī)定16 態(tài)中的1態(tài)。16QAM中規(guī)定了16種載波幅度和相位的組合，16QAM的每個(gè)符號(hào)或周期傳送4bit。解調(diào)器根據(jù)星座圖及接收到載波信號(hào)的幅度和相位來判斷發(fā)送端發(fā)送的信息比特。16QAM也是二維調(diào)制技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)時(shí)也采用正交調(diào)幅的方式，某星座點(diǎn)在I坐標(biāo)上的投影去調(diào)制同相載波的幅度，在Q坐標(biāo)上的投影去調(diào)制正交載波的幅度，然后將2個(gè)調(diào)幅信號(hào)相加就是所需的調(diào)相信號(hào)?？梢娦亲c(diǎn)數(shù)越大，在一個(gè)周期內(nèi)可傳送的數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)就越多，頻譜利用率就越高。16QAM，32QAM，64QAM，128QAM的頻譜利用率理論值分別為4，5，6，7(單位：b/s/Hz)。此處的頻譜利用率理論值是指當(dāng)傳輸信號(hào)的頻譜為理想低通頻譜時(shí)所實(shí)現(xiàn)的頻譜效率，但在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)不到這一理論效率，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中傳輸信號(hào)通常采用升余弦滾降波形，他所實(shí)現(xiàn)的頻譜效率要比理論效率下降一個(gè)滾降系數(shù)α倍。調(diào)制過程表明：MQAM信號(hào)可以看成是兩個(gè)正交的抑制載波雙邊帶調(diào)幅信號(hào)的相加，因此，MQAM與MPSK信號(hào)一樣，其功率譜都取決于同相路和正交路基帶信號(hào)的功率譜。MQAM與MPSK在信號(hào)點(diǎn)數(shù)相同時(shí)，功率譜相同，帶寬均為基帶信號(hào)的兩倍[5]。 QAM信號(hào)的信號(hào)空間圖 方形16QAM星座圖 星形16QAM星座圖QAM信號(hào)包含了相位信息和幅度信息，將其畫在坐標(biāo)中即形成QAM信號(hào)的信號(hào)空間土，也稱星座圖或矢量端點(diǎn)分布圖。QAM信號(hào)的結(jié)構(gòu)不僅影響到已調(diào)信號(hào)的功率譜特性，還影響到已調(diào)信號(hào)的解調(diào)及性能。對(duì)M=16的16QAM來說。當(dāng)所有信號(hào)點(diǎn)都等概出現(xiàn)，且信號(hào)之間的最小距離為2A時(shí)，QAM信號(hào)的平均發(fā)射功率為： (229)對(duì)方形16QAM，可算得信號(hào)平均功率為= (230)而在星形16QAM情況下，則有 = (231)。即在功率利用方面，方形16QAM優(yōu)于星形16QAM。，可以發(fā)現(xiàn)兩者的差別：由于星形16QAM的星象點(diǎn)分布在二層圓周上，因而只有兩種振幅值和8種相位值；方形16QAM的星象點(diǎn)分布在三層圓周上，因而它有三種振幅值和12種相位值（星象點(diǎn)在圓周上的分布是非均勻的）?？梢?，星形16QAM與方形16QAM 在振幅數(shù)和相位數(shù)上都存在著差別。因星形16QAM信號(hào)只有兩種振幅和8種相位值，所以星形16QAM更有利于接收端的增益控制和載波相位跟蹤（載波提取）。16QAM，32QAM，64QAM，[6]。 16QAM、32QAM、64QAM、128QAM解調(diào)后初始星座圖，當(dāng)M=16或64時(shí)星座圖為矩形，而M=32或128時(shí)則為十字形。前者M(jìn)為2的偶次方，即每個(gè)符號(hào)攜帶偶數(shù)個(gè)比特信息。后者M(jìn)為2的奇次方，每個(gè)符號(hào)攜帶奇數(shù)個(gè)比特信息。每個(gè)符號(hào)可分解為X，Y兩個(gè)分量，常標(biāo)為同相分量和正交分量，即I，Q分量[7]。 MQAM(多電平正交振幅調(diào)制)信號(hào)的解調(diào)原理 MQAM解調(diào)原理方框圖 MQAM信號(hào)的解調(diào)器是一個(gè)正交相干解調(diào)器。解調(diào)器輸入端的已調(diào)信號(hào)與本地恢復(fù)的兩個(gè)正交載波相乘，經(jīng)過低通濾波器輸出兩路多電平基帶信號(hào)和用門限電平為(L1)的判決器判決后，分別恢復(fù)出兩路速率為Rb/2的二進(jìn)制序列，最后經(jīng)并/串變換器將兩路二進(jìn)制序列組合為一個(gè)速率為Rb的二進(jìn)制序列。相干解調(diào)原理我們已經(jīng)熟知，這里主要對(duì)經(jīng)過相乘后得到的同向與正交兩路相互獨(dú)立的多電平基帶信號(hào)和進(jìn)行判決與檢測，然后還原為二進(jìn)制序列。 (232)式中， ， ，Xn和Yn取值為。解調(diào)判決時(shí)，采用判決電平m，此判決電平取在信號(hào)電平間隔的中點(diǎn)值，即m=0， 2，4，…，(L2)為判決電平時(shí)若Xnm，則=0；Xn m，則=1。若Yn m，則=0；Yn m，則=1。對(duì)16QAM，式232中Xn和Yn取值為。解調(diào)時(shí)，信號(hào)電平間隔的中點(diǎn)值為m=0，m=我們以下支路為例：若Ynm，則=1；Yn m，則=0。對(duì)于四電平碼Yn在不同電平(0，)根據(jù)判決結(jié)果，，之間的關(guān)系列于表21。表中a1和a2 (經(jīng)串/并變換電路后，輸出思路并行數(shù)據(jù)的低位)分別表示Y(t)支路的邏輯狀態(tài)[8]。表21 四電平判決結(jié)果 根據(jù)表21的判決結(jié)果，再按下式進(jìn)行邏輯運(yùn)算，即可恢復(fù)出調(diào)制解調(diào)器輸入的二進(jìn)制數(shù)據(jù) 。 =， =+ (233)同理，根據(jù)上述原理，由上支路也可以恢復(fù)出原二進(jìn)制數(shù)據(jù)。第三章 具有矩形星座圖信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 具有矩形星座圖的信號(hào)調(diào)制與解調(diào) 具有矩形星座圖的信號(hào)調(diào)制 輸入數(shù)據(jù)序列經(jīng)串/并變換分成I，Q兩路，再經(jīng)2L電平變換及星座圖映射，形成Xk，Yk。M為了抑制已調(diào)信號(hào)的帶外輻射，Xk ，Yk要通過預(yù)調(diào)制低通濾波器，再分別與相互正交的2路載波相乘，形成2路ASK調(diào)制信號(hào)，最后將2路信號(hào)相加就可得到不同幅度和相位的已調(diào)QAM輸出信號(hào)。下面詳細(xì)解釋這部份的實(shí)現(xiàn)，MQAM信號(hào)共有M個(gè)信號(hào)點(diǎn)，代表一個(gè)M進(jìn)制信號(hào)集。每個(gè)符號(hào)用n=log2M個(gè)比特表示。使用矩形星座圖時(shí)，2路正交信號(hào)的電平代碼可分別用n/2b表示若M=16或64，n=log2M=4或6，則I，Q兩路的電平代碼分別用2或3 b表示，L=，經(jīng)2L電平轉(zhuǎn)換后I，Q兩路輸出的值分別由0，1，2，3或0，1，2，3，4，5，6，7組成。星座圖映射完成的是將由0，1，2，3或0，1，2，3，4，5，6，7組成的數(shù)字序列分別轉(zhuǎn)換成由3，1，1，3或7，5，3，1，1，3，5，7組成的數(shù)字序列。由此可見，I路取值電平數(shù)為，即x=177。1，177。3，…，177。L1。Q路的取值方法與x完全相同。 具有矩形星座圖的信號(hào)解調(diào) 16QAM(L=4)， 64QAM(L=6)調(diào)制解調(diào)原理圖 將輸入信號(hào)分成2路分別與本地恢復(fù)的2個(gè)正交載波相乘，經(jīng)過低通濾波器濾掉倍頻分量得到x(t)，y(t)。再根據(jù)本地恢復(fù)時(shí)鐘進(jìn)行多電平判決，16QAM以177。2，177。，判決后得到一組由177。1，177。3組成的數(shù)據(jù)。64QAM以177。6，177。4，177。2，177。，判決后得到一組由177。1，177。3，177。5，177。7組成的數(shù)據(jù)。16QAM星座圖反映射完成的是將177。1，177。3映射成為0，1，2，3；64QAM星座圖反映射完成的是將177。1，177。3， 177。5，177。7映射成為0，1，2，3，4，5，6，7；其對(duì)應(yīng)關(guān)系分別與星座圖映射時(shí)相同。再經(jīng)過L2電平轉(zhuǎn)換和串并變換就可以得到輸出數(shù)據(jù)序列。(1) 16QAM之所以以177。2，177。177。2，0為判決電平，是因?yàn)樵谡{(diào)制解調(diào)過程會(huì)產(chǎn)生延遲，使解調(diào)后在最初的時(shí)候產(chǎn)生直流，經(jīng)判決后為0，這也是在看解調(diào)后的星座圖時(shí)，最初會(huì)在原點(diǎn)處有點(diǎn)出現(xiàn)，一會(huì)又消失的原因；以16QAM，32QAM為例。若以177。2，0為判決電平，則將會(huì)將延遲產(chǎn)生的直流誤判為+1或1。32QAM，64QAM，128QAM與16QAM在這一點(diǎn)上相同。 (2) 調(diào)制信號(hào)經(jīng)信道傳輸過程會(huì)有能量損耗，所以在解調(diào)時(shí)應(yīng)加必要的增益。 具有十字形星座圖的信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)具有十字形星座圖的信號(hào)調(diào)制與具有矩形星座圖的信號(hào)調(diào)制不同的是， 輸入數(shù)據(jù)序列不能先進(jìn)行I ， Q 分路后做星座圖映射， 只能是先進(jìn)行星座圖映射， 然后再I ， Q 分路。否則會(huì)導(dǎo)致某些失量端點(diǎn)無法扣除， 即在32QAM 中會(huì)有 (177。5， 177。5) 這多余的4 個(gè)點(diǎn)， 在128QAM 中會(huì)有(177。9， 177。9) ， (177。9， 177。11) ， (177。11， 177。9) ， (177。11， 177。11)這多余的16 個(gè)點(diǎn)無法扣除。其實(shí)現(xiàn)如下:輸入數(shù)據(jù)2 L 電平變換， L = log2M ， 對(duì)與32QAM 或128QAM 而言， L 為5 或7， 此時(shí)的輸出值的范圍為0，1， 2， …， 31 或0， 1， 2， …， 127 。 32QAM 星座圖映射完成將 0， 1， 2， …， 31 這32 個(gè)數(shù)字分別轉(zhuǎn)換為32QAM星座圖中的32 個(gè)矢量端點(diǎn)的坐標(biāo)， 這些矢量點(diǎn)的實(shí)部和虛部分別由177。1， 177。3， 177。5 組成， 但不包括 (5， 5) ， ( 5， 5) ， (5， 5) ， ( 5， 5) 這4 個(gè)矢量點(diǎn)。對(duì)于128QAM而言， 則是將 0， 1， 2， …， 127 這128 個(gè)數(shù)字分別轉(zhuǎn)換為128QAM 星座圖中的128 個(gè)矢量端點(diǎn)的坐標(biāo)， 這些矢量點(diǎn)的實(shí)部和虛部分別由177。1， 177。3， 177。5， 177。7， 177。9， 177。11 組成， 但不包括 (177。9， 177。9) ， (177。9， 177。11) ， (177。11， 177。9) ，(177。11， 177。11) 這16 個(gè)矢量點(diǎn)。然后將得到的X k ， Y k 通過預(yù)調(diào)制低通濾波器， 再分別與相互正交的2 路載波相乘，形成2 路A SK 調(diào)制信號(hào)， 最后將2 路信號(hào)相加得到不同幅度和相位的已調(diào)QAM 輸出信號(hào)。 具有十字形星座圖的信號(hào)解調(diào)此過程恰為調(diào)制的逆過程， 他將輸入信號(hào)分成2 路分別與本地恢復(fù)的2 個(gè)正交載波相乘， 經(jīng)過低通濾波器濾掉倍頻分量得到x (t) ， y (t) ， 再根據(jù)本地恢復(fù)的時(shí)鐘進(jìn)行多電平判決， 32QAM 以177。4， 177。2， 177。0 為判決電平， 判決后得到一組由177。1， 177。3， 177。5 組成的數(shù)據(jù)。 128QAM 以177。10， 177。8， 177。6， 177。4， 177。2， 177。0 為判決電平， 判決后得到一組由177。1， 177。3， 177。5， 177。7， 177。9， 177。11 組成的數(shù)據(jù)1然后進(jìn)行I ， Q 合路以形成星座圖。 32QAM 星座圖反映射完成的是將32 個(gè)矢量端點(diǎn)分別映射成為 0， 1， 2， …， 31 起對(duì)應(yīng)關(guān)系， 與映射時(shí)相同。 128QAM 星座圖反映射完成的是將128 個(gè)矢量端點(diǎn)分別映射成為 0， 1， 2， …， 127 起對(duì)應(yīng)關(guān)系， 與映射時(shí)相同。 再經(jīng)過2L電平轉(zhuǎn)換和串并變換就可以得到輸出數(shù)據(jù)序列。此外，32QAM 或128QAM 也可以用與16QAM 或64QAM 相同的解調(diào)方法[9]。 32QAM(L=5)，128QAM(L=7)調(diào)制解調(diào)原理圖 64QAM在加性高斯白噪聲條件下的誤碼率。此外，32QAM或128QAM也可以用與16QAM或64QAM相同的解調(diào)方法。 結(jié)語多進(jìn)制正交振幅調(diào)制(MQAM)是在中、大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)大量使用的一種載波鍵控方式。MQAM是對(duì)載波的振幅和相位同時(shí)進(jìn)行調(diào)制的一種復(fù)合的調(diào)制形式，他同時(shí)利用了載波的幅度和相位來傳遞信息比特。通過仿真，可以看到本文提出的全數(shù)字QAM全數(shù)字調(diào)制與解調(diào)方式頻譜利用率較高，在調(diào)制的進(jìn)制數(shù)較高時(shí)，信號(hào)矢量集的分布也比較合理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)起來也比較方便且性能良好。第4章QAM眼圖分析眼圖是指利用實(shí)驗(yàn)的方法估計(jì)和改善（通過調(diào)整）傳輸系統(tǒng)性能時(shí)的在示波器上觀察到的圖形[5] 沈越泓，高媛媛，魏以民．通信原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004： 141143．，因其類似人的眼睛而稱為“眼圖”。得到眼圖的方法是：將接受波形輸入示波器的垂直放大器，把產(chǎn)生水平掃描的鋸齒波周期與碼元定時(shí)同步，由于熒光屏的余輝作用，若干碼元重疊形成眼圖。軟件產(chǎn)生眼圖的方法本文用MATLAB仿真。 從眼圖我們可以觀察到很多東西，比如噪聲的大小，用來傳輸序列的信道的帶寬，但是眼圖并不適合觀察連續(xù)的數(shù)據(jù)流[6] Instructor’s Manual to acpany TIMS[M].Tim Hooper，2001：104105.。眼圖顯示了數(shù)字基帶信號(hào)波形可能取得的所有瞬時(shí)值。在完全隨機(jī)輸入的情況下，由于各個(gè)碼元波形疊加，會(huì)在眼圖中形成若干眼孔，眼孔的張開度能充分說明傳輸信號(hào)的質(zhì)量。眼孔在水平軸上的交叉點(diǎn)稱為水平聚集點(diǎn)，兩個(gè)聚焦點(diǎn)的距離稱為眼圖的水平張開距離，眼孔的最大垂直距離稱為眼圖的垂直張開度，又稱眼圖的幅度。在理想(即無噪聲和碼間串?dāng)_)的情況下，眼圖垂直聚焦十分清晰，水平聚焦收斂于同一過零點(diǎn)；當(dāng)出現(xiàn)噪聲和碼間干擾時(shí)，眼圖的上升沿、下降沿變粗變模糊并形成帶狀，水平聚焦點(diǎn)擴(kuò)散晃動(dòng)(擴(kuò)散晃動(dòng)的寬度稱為