多进制正交幅度调制技术简介

两路独立的信号对正交的两个载波进行幅度调制后合成的信号称为正交幅度调制,记作QAM。在讨论4PSK信号时曾指出,4PSK信号可以看作是两个载波正交的双边带调幅信号的合成。因此从正交展开的角度来看,四相相移键控与二电平的正交幅度调制是完全等效的。二电平正交幅度调制有4种状态,称为4QAM;四电平正交幅度调制有16个状态,称为16QAM,以此类推。16QAM和64QAM在微波通信中都得到了较广泛的应用。

由图6.6.4所示的MPSK信号的矢量图可以看出,矢量端点在一个圆上分布。随着M的增大,这些矢量之间的最小距离也随之减小。通常,将信号矢量端点的分布图称为星座图,信号矢量端点简称为信号点。以十六进制为例,采用16PSK时,其星座图如图6.6.15(a)所示。若采用16QAM,星座图如图6.6.15(b)所示。对比它们的星座图可知,由于MQAM的信号点均匀地分布在整个平面,所以在信号点数相同时,信号点之间的距离加大了。

图6.6.15　16PSK和16QAM星座图

假设已调信号的最大幅度为1,MPSK星座图上信号点之间的最小距离为

而MQAM时,星座图为矩形,最小距离为

式中,M=L2,L为星座图上信号点在水平轴或垂直轴上投影的电平数。

由式(6.6.33)和式(6.6.34)可知,当M=4时,d4PSK=d4QAM,这是因为4PSK和4QAM的星座图相同。但当M＞4时,d4QAM＞d4PSK,这说明MQAM的抗干扰能力优于MPSK。(www.xing528.com)

MQAM信号可以用正交调制的方法产生,调制器的一般方框图如图6.6.16(a)所示。串/并变换电路将速率为Rb的输入二进制序列分成两个速率为Rb/2的二电平序列,2-L电平变换器将二电平序列变成L电平信号,L=电平的码元速率为Rb/logM。然后,L电平信号分别与两个正交的载波相乘,再将两路相加就产生了MQAM信号。这里需要说明的是,MPSK信号也可以用正交调制的方法产生,但当M＞4时,其同相与正交两路基带信号的电平不是互相独立而是互相关联的,以确保合成矢量端点落在同一个圆上。而MQAM的同相和正交两路基带信号的电平则是互相独立的。

图6.6.16　MQAM调制器与解调器

MQAM信号的解调可以采用正交的相干解调方法,其方框图如图6.6.16(b)所示。同相路和正交路的L电平基带信号用有L-1个门限电平的判决器判决后,分别恢复出速率为Rb/2的二进制序列,最后经并/串变换器将两路二进制序列合成一个速率为Rb的二进制序列。

由于MQAM和MPSK信号都可以看成是两个正交的抑制载波双边带调幅信号的相加,所以它们的功率谱都取决于同相路和正交路基带信号的功率谱。在相同信号点数时,MQAM与MPSK的功率谱相同,带宽均为基带信号带宽的两倍。在理想情况下,MQAM和MPSK的最高频带利用率均为logMbit/(s·Hz)。当基带信号具有升余弦滚降特性时,频带利用率为

MQAM信号的误码率为

当用格雷码将二进制信息变换为多电平信号时,其误比特率为