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1、第第2 2章章1微波通信郑玉峰郑玉峰第第2 2章章2第二章 数字微波调制与解调技术2.1二进制幅度键控二进制幅度键控2.2 二进制相位键控二进制相位键控2.3 多相相位键控多相相位键控2.4多进制正交幅度调制多进制正交幅度调制第第2 2章章3数字通信系统模型第第2 2章章4数字调制的基本形式数字调制也称键控信号数字调制也称键控信号,有三种基本有三种基本的调制方式：的调制方式：ASK，FSK，PSK 载波载波 正弦波正弦波 调制信号调制信号 数字信号数字信号第第2 2章章52.1二进制幅度键控（2ASK）Amplitude Shift Keying又称通断键控（又称通断键控（OOK）2ASK信号
2、的产生信号的产生乘法器模拟幅度调制方法键控方法OOK On-Off Keying第第2 2章章6基带波形基带波形典型波形典型波形:基带波形是单极性不归零码基带波形是单极性不归零码信号波形信号波形0 1 0 0 1 0第第2 2章章7g(t)是脉宽为是脉宽为Ts的单个矩形脉冲的单个矩形脉冲在某一码元持续时间在某一码元持续时间Ts 内观察内观察第第2 2章章8fPS(f)fPB(f)上边带下边带已调信号的功率谱一般已调信号 B(t)为调制信号，是一平稳随机信号 在（0，2）上均匀分布 B(t)与相互独立基带信号功率谱和频带信号功率谱的关系第第2 2章章92ASK的功率谱密度B(t)是单极性的随机矩
3、形脉冲序列是单极性的随机矩形脉冲序列根据矩形波形根据矩形波形g（t）的频谱特点，对）的频谱特点，对于所有于所有m0的整数有的整数有第第2 2章章10当P=1/2时第第2 2章章11第第2 2章章122ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成2ASK信号带宽是基带脉冲信号带宽是基带脉冲波形带宽的两倍波形带宽的两倍第第2 2章章13ASK信号的解调方法 ASK信号有两种基本的解调方法：信号有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）非相干解调（包络检波法）相干解调（同步检测法）相干解调（同步检测法）第第2 2章章141.相干解调也也称称同同步步解解调调，接接收收信信号号经经过过带带通通滤滤波
4、波器器抑抑制制来来自自信信道道的的带带外外干干扰扰，乘乘法法器器进进行行频频谱谱反反向向搬搬移移，以以恢恢复复基基带带信信号号。低低通通滤滤波波器器用用来来抑制相乘器产生的高次谐波干扰。抑制相乘器产生的高次谐波干扰。第第2 2章章15（1）发发“1”码时情况码时情况发发“1”码码时时，接接收收到到的的ASK信信号号为为 +，它它能能顺顺利利地地通通过过带带通通滤滤波波器器。为为零零均均值值的的高高斯斯白白噪噪声声，经经过过带带通通滤滤波波器器后后变变为为窄窄带带高高斯斯噪噪声声，用用 表表示示。经经过过低低通通滤滤波波器器后后，输输出出信信号号为为x（t），），也就是取样判决器的输入信号。也就
5、是取样判决器的输入信号。第第2 2章章16（2）发发“0”码时情况码时情况发发“0”码码时时，ASK信信号号输输入入为为0，噪噪声声仍仍然然存存在在，经经过过低低通通滤滤波波器器后后，输输出出信信号号为为x（t），），x（t）也是取样判决器的输入信号。也是取样判决器的输入信号。综合上面的分析，可得综合上面的分析，可得 第第2 2章章17下面讨论判决问题。下面讨论判决问题。若没有噪声，上式简化为若没有噪声，上式简化为此此时时判判决决电电平平取取0A的的中中间间值值A/2，大大于于A/2判判为为“1”码码，小小于于A/2判判为为“0”码码。在在无无噪声时，判决一定是正确的。噪声时，判决一定是正确的
6、。第第2 2章章18相干解调需要在接收端产生一相干解调需要在接收端产生一个与发送端同频同相的本地载个与发送端同频同相的本地载波，设备比较复杂，所以在波，设备比较复杂，所以在2ASK中很少使用中很少使用第第2 2章章192.包络解调 包络解调是一种非相干解调包络解调是一种非相干解调（ASK包络解调方框图）包络解调方框图）第第2 2章章20发“1”码时的情况包包络络检检波波器器的的输输入入为为，为为信信号号加加窄窄带带高高斯斯噪噪声声，输输出出为为信信号号加加窄窄带带高高斯斯噪噪声声的的包包络络，它它服服从从莱莱斯斯分分布布，如如左左图图所所示。示。其概率密度为第第2 2章章21发“0”码时的情况
7、包包络络检检波波器器输输入入为为 ，输输出出 则则为为的的包包络络，即即噪噪声声的的包包络络，它它服服从从瑞瑞利利分分布布，如如上上页页图图所示所示。其概率密度为。其概率密度为 第第2 2章章22与与同同步步解解调调相相似似，为为使使误误码码率率最最小小，判判决决电电平平应应为为 和和 的的交交点点的的横横坐坐标标值值，如如 图图中中 ，称称为为最最佳佳门门限限，经经分分析析，得到得到 当信噪比当信噪比 （即大信噪比）时，（即大信噪比）时，第第2 2章章232.2 2PSK，2DPSKPhase Shift Keying，Differential PSK相位键控技术出现时间是比较晚的，相位键控
8、技术出现时间是比较晚的，但出现后，就比幅度键控、频率键控但出现后，就比幅度键控、频率键控显示出更多优点，成为中小容量数字显示出更多优点，成为中小容量数字微波通信系统的一种主要传输方式。微波通信系统的一种主要传输方式。主要是四相与八相的相位键控系统使主要是四相与八相的相位键控系统使用较多。四相制记为用较多。四相制记为4PSK或或QPSK第第2 2章章24是基带脉冲波形，是基带脉冲波形，为双极性不归零脉冲信号为双极性不归零脉冲信号2PSK信号的表示信号的表示第第2 2章章25g(t)是脉宽为是脉宽为Ts的单个矩形脉冲的单个矩形脉冲在某一码元持续时间在某一码元持续时间Ts 内观察内观察0相位发送0,
9、相位发送1.第第2 2章章26载波移相2PSK调制方框图（相位选法择）0PSK调制可以用相乘器，也可以用相位选择器2PSK调制第第2 2章章272PSK信号的功率谱密度由于由于 为双极为双极性矩形基带信号，故：性矩形基带信号，故：第第2 2章章28当双极性基带信号“1”,“0”出现概率相等则：连续谱部分与连续谱部分与2ASK信号的连续信号的连续谱基本相同谱基本相同(仅相差一个常数因子仅相差一个常数因子)因此因此 2PSK信号的带宽与信号的带宽与2ASK相同相同第第2 2章章29第第2 2章章30由于由于PSK信号的功率谱中无载波分量，必信号的功率谱中无载波分量，必须采用相干解调的方式。须采用相
10、干解调的方式。PSK相干解调器相干解调器第第2 2章章31 2PSK信号的解调：信号的解调：不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为：不考虑噪声时，带通滤波器输出可表示为：第第2 2章章32 2PSK接收系统各点波形如图所示：接收系统各点波形如图所示：第第2 2章章33在相干解调过程中，如何得到同频同在相干解调过程中，如何得到同频同相的相干载波是个关键问题。只有对相的相干载波是个关键问题。只有对信号进行非线性变化，才能得到相干信号进行非线性变化，才能得到相干载波。载波。常用的载波恢复电路有两种，一种是常用的载波恢复电路有两种，一种是平方环电路，平方环电路，第第2 2章章34平方环法提取载波平方环法
11、提取载波第第2 2章章35Costas 环法提取载波环法提取载波第第2 2章章36这两种载波提取电路中，在提取载波与调制载这两种载波提取电路中，在提取载波与调制载波相位差波相位差=n（n为任意整数）时都为锁相环的为任意整数）时都为锁相环的稳定平衡点。锁相环工作时可能锁定在任何一稳定平衡点。锁相环工作时可能锁定在任何一个稳定平衡点上，考虑到在周期个稳定平衡点上，考虑到在周期内内取值可能取值可能为为0或或，因而可能产生，因而可能产生 180的相位模糊。相的相位模糊。相位模糊对模拟通信关系不大，位模糊对模拟通信关系不大，因为人耳听不出因为人耳听不出相位的变化。但对数字通信的影响就不同了，相位的变化。
12、但对数字通信的影响就不同了，它有可能使它有可能使2PSK相干解调后出现相干解调后出现“反向工作反向工作”的问题，克服相位模糊度对相干解调影响的最的问题，克服相位模糊度对相干解调影响的最常用而又有效的方法是对调制器输入的信息序常用而又有效的方法是对调制器输入的信息序列进行差分编码，即采用相对移相（列进行差分编码，即采用相对移相（2DPSK），），并且在解调后进行差分译码恢复信息。并且在解调后进行差分译码恢复信息。第第2 2章章372.2.2 二进制差分相移键控（二进制差分相移键控（2DPSK）1.一般原理及实现方法一般原理及实现方法 它不是利用载波相位的绝对数值传送数它不是利用载波相位的绝对数值
13、传送数字信息，而是用本码元与前一码元相位之差字信息，而是用本码元与前一码元相位之差（相位偏移（相位偏移 ）来传送数字信息的。）来传送数字信息的。相位偏移相位偏移 =数字信息数字信息“1 1”=0 =0 数字信息数字信息“0 0”第第2 2章章38数字信息绝对码 0 0 1 1 1 0 0 1 PSKDPSK相对码 0 0 0 1 0 1 1 1 0第第2 2章章39载波移相2DPSK调制方框图码变换0相对移相：绝对码相对码绝对移相第第2 2章章40 相对移相信号可以看作是把数字信息序相对移相信号可以看作是把数字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相列（绝对码）变换成相对码，然后再根据相对
14、码进行绝对移相而形成。对码进行绝对移相而形成。绝对码和相对码是可以互相转换的，其转绝对码和相对码是可以互相转换的，其转换关系为：换关系为：同步检测输出有一个码元错误，码变换输出同步检测输出有一个码元错误，码变换输出引起两个相邻码元错误引起两个相邻码元错误第第2 2章章41绝对码：绝对码：1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 2PSK信号相位：信号相位：0 0 0 0相对码相对码1：0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 02DPSK信号相位：信号相位：0 0 0 0 0 0相对码相对码2：1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 2DPSK信号相位信号相位 0 0 0 0 0 J222绝对
15、移相与相对移相的关系第第2 2章章42第第2 2章章43 相对相移本质上就是对相对码信号的绝相对相移本质上就是对相对码信号的绝对相移对相移。即即 实现相对调相的最常用方法如图所示。实现相对调相的最常用方法如图所示。第第2 2章章44 2DPSK的解调有两种的解调有两种:一种是相干解调一种是相干解调-码变换法码变换法（极性比较法），（极性比较法），一种是差分相干解调（相位比较法）一种是差分相干解调（相位比较法）。（1）相干解调）相干解调-码变换法码变换法 其解调原理是：对其解调原理是：对2DPSK信号进行相干解调，恢信号进行相干解调，恢复出相对码，再通过码反变换器变换为绝对码，从而复出相对码，再
16、通过码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，若相在解调过程中，若相干载波产生干载波产生180相位模糊，相位模糊，解调出的相对码将产生倒解调出的相对码将产生倒置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会置现象，但是经过码反变换器后，输出的绝对码不会发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊度的问发生任何倒置现象，从而解决了载波相位模糊度的问题。题。第第2 2章章452DPSK信号相干解调（极性比较法）原理图和各点时间波形信号相干解调（极性比较法）原理图和各点时间波形 2DPSK信号信号第第2 2章章46 解调原理是直接比较前后码元的相解调
17、原理是直接比较前后码元的相位差，从而恢复发送的二进制数字信位差，从而恢复发送的二进制数字信息。由于解调的同时完成了码反变换息。由于解调的同时完成了码反变换作用，作用，故解调器中不需要码反变换器。故解调器中不需要码反变换器。由于差分相干解调方式不需要专门的由于差分相干解调方式不需要专门的相干载波，因此相干载波，因此是一种非相干解调方是一种非相干解调方法法。2）差分相干解调）差分相干解调第第2 2章章472DPSK信号差分相干解调信号差分相干解调(相位比较法）原理图和各点时间波形相位比较法）原理图和各点时间波形接收信号接收信号第第2 2章章482.3 多相相位键控（MPSK）多进制数字信号调制特点
18、多进制数字信号调制特点在相同的码元传输速率下，信息传输速率比二在相同的码元传输速率下，信息传输速率比二进制系统高。进制系统高。Rb=RB2M b/s在相同的信息传输速率下，多进制码元传输速在相同的信息传输速率下，多进制码元传输速率比二进制低。增大码元宽度，会增加码元的率比二进制低。增大码元宽度，会增加码元的能量，并能减少由于信道特性引起的码间干扰能量，并能减少由于信道特性引起的码间干扰的影响。的影响。在相同的噪声下，多进制数字调制系统的抗噪在相同的噪声下，多进制数字调制系统的抗噪声性能低于二进制数字调制系统。声性能低于二进制数字调制系统。第第2 2章章49多相制相位键控信号的形式多相制相位键控
19、信号的形式 是第是第k位码元的数字信息，是位码元的数字信息，是M进制的可能的取值为进制的可能的取值为第第2 2章章50其等效基带信号的指数表达式其等效基带信号的指数表达式可以看到，可以看到，相位键控等效信号可以分为相位键控等效信号可以分为同相分量同相分量 和正交分量和正交分量第第2 2章章51举几个例子说明多相相位信号举几个例子说明多相相位信号的正交展开问题。的正交展开问题。二相相位键控二相相位键控4相相位键控相相位键控8相相位键控相相位键控第第2 2章章521.二相相位键控二相相位键控：M=2，=0 或或1，=90度，这样度，这样则则这样信号只有正交分量这样信号只有正交分量 没有同相分量没有
20、同相分量 ，相当于用双极性基带信号对，相当于用双极性基带信号对 进行进行平衡调幅。平衡调幅。输入码元输入码元 的信息量平均完全放的信息量平均完全放在在 上。上。第第2 2章章532PSK QPSK 8PSK相位键控信号矢量图相位键控信号矢量图第第2 2章章54若若 =0度，则度，则这样信号只有同相分量这样信号只有同相分量 没有正交分量没有正交分量 ，相当于用双极性基带信号对，相当于用双极性基带信号对 进行进行平衡调幅。平衡调幅。第第2 2章章552.四相相位键控（四相相位键控（QPSK）：M=2，=0,1,2,或或3，=45度，这样度，这样则则这样既有正交分量这样既有正交分量 又有同相分量又有
21、同相分量 ，相，相当于用双极性基带信号对两个正交信号进行当于用双极性基带信号对两个正交信号进行平衡调幅。平衡调幅。第第2 2章章562PSK QPSK 8PSK相位键控信号矢量图相位键控信号矢量图第第2 2章章573.八相相位键控（八相相位键控（8PSK）：M=2，=0,1,2,3,4,5,6或或7，=22.5度，这样度，这样第第2 2章章582PSK QPSK 8PSK相位键控信号矢量图相位键控信号矢量图这样等效基带信号既有同相分量这样等效基带信号既有同相分量 又有正交又有正交分量分量 ，每个分量的码元都是，每个分量的码元都是4进制编码进制编码。第第2 2章章592.3.2 相位逻辑相位键控
22、的一个显著特点就是用载波的相相位键控的一个显著特点就是用载波的相位来传递信息。载波相位与位来传递信息。载波相位与 信息码元有一信息码元有一一对应的关系。一对应的关系。载波相位是多进制的，但常用的信号是载波相位是多进制的，但常用的信号是2进制的，这样存在二进制码元和多进制相进制的，这样存在二进制码元和多进制相位间的相互转换问题，这称为相位逻辑。位间的相互转换问题，这称为相位逻辑。第第2 2章章60变换的方式不唯一的。常用的有自然变换的方式不唯一的。常用的有自然码变换逻辑和格雷码变换逻辑。码变换逻辑和格雷码变换逻辑。格雷码的特点：相邻的二进制编码间格雷码的特点：相邻的二进制编码间只有一位不同（只有
23、一位不同（码距为码距为1）为什么要用格雷码？因为为什么要用格雷码？因为在进行解调在进行解调的时候，错误的最大概率是判决到相的时候，错误的最大概率是判决到相邻的码组上。邻的码组上。第第2 2章章61自然码逻辑自然码逻辑格雷码逻辑格雷码逻辑第第2 2章章62以以8进制码之间的变换说明他们的变换关系进制码之间的变换说明他们的变换关系自然码为自然码为 ，格雷码为，格雷码为 ，之间的码，之间的码变换关系为变换关系为 第第2 2章章632.3.3差分编码与二进制绝对相位键控因为载波恢复要产生与二进制绝对相位键控因为载波恢复要产生相位模糊一样，多进制相位键控的载波恢复相位模糊一样，多进制相位键控的载波恢复也
24、会产生相位模糊。也会产生相位模糊。对对MPSK，载波恢复具有，载波恢复具有M重相位模糊，重相位模糊，D=0,1,2,M-1第第2 2章章64若我们让相位键控的发送码若我们让相位键控的发送码 和输入的信和输入的信息码息码 存在以下关系，存在以下关系，在接收端按如下恢复信息码在接收端按如下恢复信息码这样就能恢复正确的码组，这就是多进制这样就能恢复正确的码组，这就是多进制的差分编码和差分译码。的差分编码和差分译码。-第第2 2章章65第第2 2章章66第第2 2章章678PSK自然码差分编码器自然码差分编码器第第2 2章章688PSK自然码差分译码器自然码差分译码器第第2 2章章692.3.4 QP
25、SK的调制相当于用双极性基带信号对两个正交信号进相当于用双极性基带信号对两个正交信号进行平衡调幅。行平衡调幅。第第2 2章章70第第2 2章章71两种调相系统的矢量图和起始相位角两种调相系统的矢量图和起始相位角第第2 2章章72QPSK的星座图的星座图和相位转移图和相位转移图调相法产生调相法产生QPSK信信号的调制原理号的调制原理第第2 2章章73微波四相调制器串联型四相微波调制器串联型四相微波调制器第第2 2章章74并联型四相微波调制器并联型四相微波调制器第第2 2章章75普通的二极管由普通的二极管由PN结组成。在结组成。在P和和N半导体半导体材料之间加入一薄层低掺杂的本征材料之间加入一薄层
26、低掺杂的本征(Intrinsic)半导体层，组成的这种半导体层，组成的这种P-I-N结结构的二极管就是构的二极管就是PIN 二极管。正因为有本征二极管。正因为有本征(Intrinsic)层的存在，层的存在，PIN 二极管应用很广二极管应用很广泛，从低频到高频的应用都有，主要用在泛，从低频到高频的应用都有，主要用在RF领域，用作领域，用作RF 开关和开关和RF保护电路，也有用保护电路，也有用作光电二极管作光电二极管(PhotoDiode)。PIN 二极管包二极管包括括PIN光电二极管和光电二极管和PIN开关二极管。开关二极管。微波开关利用微波开关利用PIN管在直流正管在直流正,反偏压下呈现反偏压
27、下呈现近似导通或断开的阻抗特性近似导通或断开的阻抗特性,实现了控制微波实现了控制微波信号通道转换作用。信号通道转换作用。PIN 二极管的直流伏安二极管的直流伏安特性和特性和PN结二极管是一样的，但是在微波频结二极管是一样的，但是在微波频段却有根本的差别。段却有根本的差别。第第2 2章章76由于由于PIN 二极二极I层的总电荷主要由偏置电流产层的总电荷主要由偏置电流产生，而不是由微波电流瞬时值产生，所以其生，而不是由微波电流瞬时值产生，所以其对微波信号只呈现一个线性电阻。此阻值由对微波信号只呈现一个线性电阻。此阻值由直流偏置决定，正偏时阻值小，接近于短路，直流偏置决定，正偏时阻值小，接近于短路，
28、反偏时阻值大，接近于开路。因此反偏时阻值大，接近于开路。因此PIN 二极二极对微波信号不产生非线性整流作用，这是和对微波信号不产生非线性整流作用，这是和一般二极管的根本区别，所以它很适合于做一般二极管的根本区别，所以它很适合于做微波控制器件。因此，可以把微波控制器件。因此，可以把PIN二极管作为二极管作为可变阻抗元件使用。它常被应用于高频开关可变阻抗元件使用。它常被应用于高频开关（即微波开关）、移相、调制、限幅等电路（即微波开关）、移相、调制、限幅等电路中。中。第第2 2章章77PIN二极管的特性二极管的特性:加加负电压（或零偏压）时，负电压（或零偏压）时，PIN管等管等效为电容效为电容+电阻
29、；加正电压时，电阻；加正电压时，PIN管等管等效为小电阻效为小电阻。用改变结构尺寸及选择。用改变结构尺寸及选择PIN二极管参数的方法，使短路的阶梯脊波导二极管参数的方法，使短路的阶梯脊波导的反射相位（基准相位）与加正电压的的反射相位（基准相位）与加正电压的PIN管控制的短路波导的反射相位相同。管控制的短路波导的反射相位相同。还要求加负电压（或还要求加负电压（或0偏置）的偏置）的PIN管控管控制的短路波导的反射相位与标准相位相反制的短路波导的反射相位与标准相位相反（-164+164之间即可）。之间即可）。第第2 2章章782.3.5 QPSK信号的解调四相相位调制可以看成两路正交四相相位调制可以
30、看成两路正交PSK信号的合成，故可用相类似的方式解信号的合成，故可用相类似的方式解调。调。接收到的信号利用正交的相干载波进接收到的信号利用正交的相干载波进行接收，得到携带的两路信息码，经行接收，得到携带的两路信息码，经过并过并/串转换为串行的数据信息。串转换为串行的数据信息。第第2 2章章794PSK信号解调器信号解调器LPF抽样判决LPF抽样判决并/串ab/2第第2 2章章80在四相绝对相位调制系统中，相干载波的在四相绝对相位调制系统中，相干载波的产生通常采用四倍频产生通常采用四倍频-四分频法。四分频法。第第2 2章章812.3.6 4DPSK的调制和解调由于四相绝对相位信号调制时，相干由于
31、四相绝对相位信号调制时，相干载波的相位会出现四种不确定性，从载波的相位会出现四种不确定性，从而使得解调后的输出也存在四种不确而使得解调后的输出也存在四种不确定性。为了消除它的影响，实际通信定性。为了消除它的影响，实际通信中一般采用四相相对相位信号调制。中一般采用四相相对相位信号调制。第第2 2章章824DPSK信号的产生信号的产生第第2 2章章834DPSK信号的解调信号的解调第第2 2章章84 受调相位受调相位,有有M种不同取值种不同取值多相调制的波形可以看作是对两个正交多相调制的波形可以看作是对两个正交载波进行多电平双边带调制所得信号之载波进行多电平双边带调制所得信号之和和,多相调制信号的
32、带宽与多电平双边带多相调制信号的带宽与多电平双边带调制时的相同调制时的相同.2.3.7 8DPSK的调制和解调第第2 2章章85第第2 2章章86第第2 2章章87幅度选择器的幅度选择器的作用：作用：选择输出信号选择输出信号幅度为幅度为cos/8或或cos3/88DPSK的调制的调制第第2 2章章888进制解调方框图进制解调方框图第第2 2章章892.4正交振幅调制正交振幅调制(QAM)在现代通信中，提高频谱利用率一直是人们在现代通信中，提高频谱利用率一直是人们关注的焦点之一。正交振幅调制关注的焦点之一。正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)就是一
33、种频谱利用率很高的调制方式，其在就是一种频谱利用率很高的调制方式，其在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛应用。在移动通信中，随着微蜂窝和了广泛应用。在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，使得信道传输特性发生了微微蜂窝的出现，使得信道传输特性发生了很大变化。过去在传统蜂窝系统中不能应用很大变化。过去在传统蜂窝系统中不能应用的正交振幅调制也引起人们的重视。的正交振幅调制也引起人们的重视。第第2 2章章90MQAM调制原理调制原理 正正交交振振幅幅调调制制是是用用两两个个独
34、独立立的的基基带带数数字字信信号号对对两两个个相相互互正正交交的的同同频频载载波波进进行行抑抑制制载载波波的的双双边边带带调调制制，利利用用这这种种已已调调信信号号在在同同一一带带宽宽内内频频谱谱正正交交的的性性质质来来实实现两路并行的数字信息传输。现两路并行的数字信息传输。式式中中，An是是基基带带信信号号幅幅度度，g(t-nTs)是是宽宽度度为为Ts的的单单个基带信号波形。上式个基带信号波形。上式还可以变换为正交表示形式还可以变换为正交表示形式:正交振幅调制信号的一般表示式为正交振幅调制信号的一般表示式为第第2 2章章91令则第第2 2章章92QAM信信号号调调制制原原理理图图如如图图所所
35、示示。为为了了抑抑制制已已调调信信号号的的带带外外辐辐射射，该该L电电平平的的基基带带信信号号还还要要经经过过预预调调制制低通滤波器低通滤波器。QAM信号调制原理图信号调制原理图第第2 2章章93 信信号号矢矢量量端端点点的的分分布布图图称称为为星星座座图图。通通常常，可可以用星座图来描述以用星座图来描述QAM信号的信号空间分布状态。信号的信号空间分布状态。16QAM的星座图的星座图(a)方型方型16QAM星座；星座；(b)星型星型16QAM星座星座第第2 2章章94若若信信号号点点之之间间的的最最小小距距离离为为2A，且且所所有有信信号号点点等等概概率出现率出现，则平均发射信号功率为，则平均
36、发射信号功率为对于方型对于方型16QAM，信号平均功率为信号平均功率为对于星型对于星型16QAM，信号平均功率为信号平均功率为 第第2 2章章95对于对于16PSK，信号平均功率为，信号平均功率为两个两个QAM间功率相差间功率相差1.4dB。而方形。而方形QAM与与PSK间相差间相差4.2dB。第第2 2章章96另外，两者的星座结构也有重要的差另外，两者的星座结构也有重要的差别。一是星型别。一是星型16QAM只有两个振幅只有两个振幅值，而方型值，而方型16QAM有三种振幅值；有三种振幅值；二是星型二是星型16QAM只有只有8种相位值，而种相位值，而方型方型16QAM有有12种相位值。这两点种相
37、位值。这两点使得使得在衰落信道中，星型在衰落信道中，星型16QAM比比方型方型16QAM更具有吸引力。更具有吸引力。(9.1-6)第第2 2章章97若已调信号的最大幅度为若已调信号的最大幅度为1，则，则MPSK信号星信号星座图上信号点间的最小距离为座图上信号点间的最小距离为而而MQAM信号矩形星座图上信号点间的最小信号矩形星座图上信号点间的最小距离为距离为 式式中中，L为为星星座座图图上上信信号号点点在在水水平平轴轴和和垂垂直直轴轴上投影的电平数，上投影的电平数，M=L2。(9.1-6)第第2 2章章98可可以以看看出出，当当M=4时时，d4PSK=d4QAM，实实际际上上，4PSK和和4QA
38、M的的星星座座图图相相同同。当当M=16时时，d16QAM=0.47，而而d16PSK=0.39，d16PSKd16QAM。这这表表明明，16QAM系系统统的的抗干扰能力优于抗干扰能力优于16PSK。第第2 2章章99MQAM信号的星座图信号的星座图第第2 2章章100MQAM解调原理解调原理MQAM信信号号同同样样可可以以采采用用正正交交相相干干解解调调方方法法，其其解解调调器器原原理理图图如如图图所所示示。多多电电平平判判决决器器对对多多电电平平基基带带信信号进行判决和检测。号进行判决和检测。MQAM信号相干解调原理图第第2 2章章101第第2 2章章102第第2 2章章1038PSK信号点各信号点之间的最小距离是各信号点之间的最小距离是2A