第4章-正交振幅调制.ppt

1、1 第8章新型数字带通调制技术 8 1正交振幅调制8 2最小频移键控8 3高斯最小频移键控8 4正交频分复用 主要内容 2 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 3 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 4 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

2、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 5 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 6 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

3、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 7 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 8 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

4、得到QAM信号 8 1正交幅度调制 3QAM信号的调制和解调 正交 9 8 1正交幅度调制 10 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 11 8 1正交幅度调制 12 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

5、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 13 8 1正交幅度调制 2 星座图 14 8 1正交幅度调制 3 编码方案 11100100 00011011 15 8 1正交幅度调制 格雷码 方法很多 11100001 01001011 16 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 17 5 复合相移法 它用两路独立的QPSK信号叠加 形

6、成16QAM信号 8 1正交幅度调制 18 00 11 01 10 8 1正交幅度调制 编码方法 10 01 00 11 11 00 10 01 01 10 11 00 11 01 00 10 19 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 20 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 21 两者功率相差1 4dB 一是星型16QA

7、M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 22 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 8 1正交幅度调制 23 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

8、超过d1约1 57dB 8 1正交幅度调制 d2和d1的比值就代表这两种体制的噪声容限之比 24 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 25 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

9、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 26 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 27 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 28 7MQAM的频带利用率调制过程表明 MQAM信

10、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最高频带利用率均为 基带传输系统为升余弦滚降时 频带利用率为 8 1正交幅度调制 29 8 1正交幅度调制 16QAM方案的改进QAM的星座形状是正方形 实际上以边界越接近圆形越好 星座各点的振幅分别等于 1 3和 5 星座中各信号点的最小相位差比正方形的星座图中信号的相位差大 因此容许较大的相位抖动 30 实例 一种用于调制解调器的传输速率为9600b s的16QAM方案 其载频为1650Hz 滤波器带宽为2400Hz 滚降系数为10 8 1正交幅度调制