【正文】 可算得信號(hào)平均功率為 18 ? ?2 221MS nniAP c dM? ???? = ? ?2 24 2 8 1 0 4 1 8 1 016A A? ? ? ? ? ? (230) 而在星形 16QAM 情況下，則有 ? ?2 221MSnniAP c dM?????= ? ?2 2 2 28 2 .6 1 8 4 .6 1 1 4 .0 316A A? ? ? ? (231) 兩者功率相差 。即在功率利用方面，方形 16QAM 優(yōu)于星形 16QAM。將圖 和圖 作對(duì)比，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,128QAM 的星座圖如圖 所示 [6]。 圖 16QAM、 32QAM、 64QAM、 128QAM 解調(diào)后初始星座圖 由 圖 可知，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 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 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]。 19 MQAM(多電平正交振幅調(diào)制 )信號(hào)的解調(diào)原理 )t(Stwc os ctwsin c? ?tx^2R b2R b輸出多電平判決多電平判決電平轉(zhuǎn)換2L ?電平轉(zhuǎn)換2L ?LPF LPF 串轉(zhuǎn)換并 / 載波恢復(fù) 定時(shí)恢復(fù)? ?tY^ 圖 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，其原理方框圖如圖 所示。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) ??tX^ 和 ??tY^ 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) ??tX^ 和 ??tY^ 進(jìn)行判決與 檢測(cè)，然后還原為二進(jìn)制序列。 ( ) ( ) c os c os ( ) si n si n( ) c os ( ) si nn s n c n s n cM Q A M iicct X g t nT t Y g t nT tX t t Y t tS ? ? ? ???? ? ? ????? (232) 式中， ? ? ()nsiX t X g t nT??? ， ? ? ()nsiY t Y g t nT??? ， Xn 和 Yn 取值為)1(,.. .,3,1 ???? L。 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 ? ?nXm? =0； Xn m，則 ? ?nXm? =1。 若 Yn m,則 ? ?nYm? =0； Yn m，則 ? ?nYm? =1。 20 對(duì) 16QAM，式 232 中 Xn 和 Yn 取值為 3,1?? 。 解調(diào)時(shí)，信號(hào)電平間隔的中點(diǎn)值為 m=0,m= ,2? 我們以下支路為例：若 Ynm,則 ? ?nYm? =1； Yn m,則? ?nYm? =0。 對(duì)于四電平碼 Yn 在不同電平 (0， ,2? )根據(jù)判決結(jié)果， ??0nY? ， ? ?2nY? ? ，? ?2nY? ? 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) 。 1a = ??0nY? ， 0a = ??0nY? ? ? ?2nY? ? + ? ?2nY? ? (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)。 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 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 21 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= 或 即 4 或 8,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 M ，即 x=177。1,177。3,… ， 177。L 1。 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) 輸 入 比 特 流串 / 并轉(zhuǎn) 換L O相 移 9 00L P FL P F輸出比特流2 L 電 平 轉(zhuǎn) 換星 座 圖反 映 射多 電 平 判 決定 時(shí) 恢 復(fù)多 電 平 判 決L P FL P F載 波 恢 復(fù)星 座 圖反 映 射星 座 映射 圖2 L 點(diǎn) 平 轉(zhuǎn) 換2 L 點(diǎn) 平 轉(zhuǎn) 換星 座 映射 圖并 / 串轉(zhuǎn) 換2 L 電 平 轉(zhuǎn) 換星 座 圖 反映 射 圖 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。 為判決電平，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。 為判決電平，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。其原理如圖 所示。 (1) 16QAM 之所以以 177。2 ， 177。 而 非 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， 22 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 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(wú)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(wú)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)。 2.. 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 23 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。其原理如圖 所示。此外 ,32QAM 或 128QAM 也可以用與 16QAM 或 64QAM 相同的解調(diào)方法 [9]。 輸 入 比 特 流2 L 電平 轉(zhuǎn)換星 座 圖映 射L O相 移 9 00L P FL P F輸出比特流2 L 電 平轉(zhuǎn) 換星 座 圖反 映 射多 電 平 判 決定 時(shí) 恢 復(fù)多 電 平 判 決L P FL P F載 波 恢 復(fù)IQIQ 圖 32QAM(L=5),128QAM(L=7)調(diào)制解調(diào)原理圖 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 26 E 21 E 21 E 31 E 41 E 51 E 6 圖 64QAM 在加性高斯白噪聲條件下的誤碼率 32QAM 或 128QAM 調(diào)制解調(diào)原理如圖 所示。此外， 32QAM 或 128QAM也可以用與 16QAM 或 64QAM 相同的解調(diào)方法。 結(jié)語(yǔ) 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 24 好。 25 第 3 章 正交振幅調(diào)制解調(diào)眼圖分析 一個(gè)實(shí)際的基地傳輸系統(tǒng)，盡管經(jīng)過了十分精細(xì)的設(shè)計(jì)，但要