正交振幅调制
第2讲 调制与解调
图3-45 GMSK信号的功率谱密度
表3-2给出了作为BbTb函数的GMSK 信号中包含给定功率百分比的射频带宽。
表3-2
Bb T b 0.2 0.25 0.5 ∞
GMSK信号中包含给定功率百分比的射频带宽
90% 0.52Rb 0.57Rb 0.69Rb 0.78Rb 99% 0.79Rb 0.86Rb 1.04Rb 1.20Rb 99.9% 0.99Rb 1.09Rb 1.33Rb 2.76Rb 99.99% 1.22Rb 1.37Rb 2.08Rb 6.00Rb
最小频差（最大频偏）：
当ak 1 当ak 1
(k 1)Ts t kTs
1 f f 2 f 1 2Ts
即最小频差等于码元速率的一半 设1/Ts＝fs，则调频指数
h
f 1 1 Ts f s 2Ts 2
h=0.5时，满足在码元交替点相位连续的条件，也是频移键控为保证良 好的误码率性能所允许的最小调制指数，且此时波形的相关系数为 0.5， 待传送的两个信号是正交的。
图3-22 MQAM信号相干解调原理图
3.1.3 数字频率调制
一、 二进制频移键控
用二进制数字基带信号去控制载波 频率称为二进制频移键控（2FSK）。
如图3-25所示，设输入到调制器的比 n ∞~ ∞ 。 特流为{ a n }，an 1， 2FSK的输出信号形式为
图3-25 2FSK信号的产生
图3-35 MSK信号调制器原理框图
MSK信号属于数字频率调制信号，因 此一般可以采用鉴频器方式进行解调，其 原理图如图3-38所示。
图3-38 MSK鉴频器解调原理框图
相干解调的框图如图3-39所示。
图3-39 MSK信号相干解调器原理框图
第4章-正交振幅调制
1 01
I路
1011
1010
1001 1000
-1 10
1111
1011
1101 1100
-3 11
-3
-1
1
I路 3
11 10
01
00
14
8.1 正交幅度调制
格雷码（方法很多）
Q路
0111
0110 0100
0101
Q路 3 01
0011
0010
0000 0001
1 00
I路
1011
1010
1000 1001
(-1, 1) (-1,-1)
( 1, 1) ( 3, 1)
1 I路
( 1,-1) ( 3,-1)
-1
(-3,-3)
-3
(-1,-3)
-1
( 1,-3) ( 3,-3)
1
3
-3 I路
13
8.1 正交幅度调制
（3）编码方案
Q路
0011
0010 0001
0000
Q路 3 00
0111
0110
0101 0100
号。为了抑制已调信号的带外辐射，该4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得到QAM信号。
12
8.1 正交幅度调制
（2）星座图
(-3, 3)
Q路
(-1, 3) ( 1, 3)
( 3, 3)
Q路 3
(-3, 1) (-3,-1)
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
4
8.1 正交幅度调制调制幅度
正交振幅调制(QAM)-与非网
目录
• 正交振幅调制(QAM)简介 • 非对称数字用户线(ADSL)与QAM • 正交频分复用(OFDM)与QAM
目录
• QAM调制技术的发展趋势 • QAM调制技术在5G网络中的应用
01
正交振幅调制(QAM)简 介
QAM的定义与原理
定义
正交振幅调制（QAM）是一种数字调 制方式，通过改变载波信号的振幅和 相位来传输信息。
04
QAM调制技术的发展趋 势
高阶QAM调制技术
01
16QAM
64QAM
02
03
256QAM
将信号划分为16个不同的符号， 提高了频谱效率和数据传输速率。
将信号划分为64个不同的符号， 进一步提高了频谱效率和数据传 输速率。
将信号划分为256个不同的符号， 是目前高阶QAM的最高阶数， 频谱效率和数据传输速率极高。
偏振复用QAM调制技术
偏振复用
通过将信号在两个正交的偏振方向上传输，提高了信 号的传输容量和抗干扰能力。
QPSK偏振复用
将QPSK调制与偏振复用相结合，提高了频谱效率和 数据传输速率。
16QAM偏振复用
将16QAM调制与偏振复用相结合，进一步提高了频 谱效率和数据传输速率。
频谱效率与功率效率的平衡
优点
OFDM具有抗多径干扰、频谱利用率高、高速数据传输等 优点，广泛应用于无线通信和有线电视网络等领域。
工作原理
OFDM通过将高速数据流串并变换成多个低速子数据流， 在多个正交子载波上进行调制，各子载波可以独立调制， 提高了频谱利用率。
OFDM中的QAM调制原理
定义
正交振幅调制（QAM）是一种数字调制方式，通过改变载波的 振幅和相位来传输信息。在OFDM中，QAM常用于调制子载波。
基于matlab的正交振幅调制与解调(DOC)
题目：基于MATLAB的正交振幅调制与解调仿真学生姓名：学生学号：系别：专业：届别：指导教师：电气信息工程学院制2012年5月基于MATLAB的正交振幅调制与解调仿真学生：指导老师：电气信息工程学院1课程设计的任务与要求1.1课程设计的任务本课程设计通过Matlab，Simulink软件来仿真正交振幅调制和解调，要求进一步理解QAM，并掌握Matlab，Simulink软件的使用。
1.2课程设计的要求设计平台为Matlab集成环境，在Matlab，Simulink软件下输入仿真程序，运行该程序，观察波形前后的变化。
独立完成所有的设计。
1.3课程设计的研究基础正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation, QAM ）是一种高效的数字调制解调方式，它在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高数据传输、卫星通信等领域被广泛使用。
在多进制键控体制中，相位键控的带宽和功率占用方面都具有优势，即带宽占用小和比特信噪比要求低。
因此，MPSK和MDPSK为人们所喜用。
但是，在MPSK体制中，随着Ｍ的增大，相邻相位的距离逐渐减小，使噪声容限随之减小，误码率难以保证。
为了改善在M大时的噪声容限，发展出了QAM体制。
在QAM体制中，信号的振幅和相位作为两个独立的参量同时受到调制[1]。
正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation, QAM ）是一种振幅和相位联合键控。
正交振幅调制是二进制的PSK、四进制的QPSK调制的进一步推广，通过相位和振幅的联合控制，可以得到更高频谱效率的调制方式，从而可在限定的频带内传输更高速率的数据。
正交振幅调制（QAM）的一般表达式为y(t)=A cos c w t+mB sin c w t 0≤t＜s T(1)m上式由两个相互正交的载波构成，每个载波被一组离散的振幅｛A｝、｛m B｝所调制，m故称这种调制方式为正交振幅调制。
qam——正交振幅调制原理介绍
qam——正交振幅调制原理介绍QAM是一种数字调制技术，全称为正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation）。
在通信领域中，QAM广泛应用于数字通信系统中，能够有效地提高数据传输的效率和可靠性。
本文将从QAM 的原理入手，介绍其基本概念和工作原理。
QAM的基本原理是通过改变信号的振幅和相位来传输数字信息。
在QAM调制中，信号被分为两部分：正交振幅和正交相位。
正交振幅指的是信号的振幅大小，正交相位则是信号的相位角度。
通过同时改变振幅和相位，QAM可以在有限的频谱范围内传输更多的数据。
这种调制技术将数字比特流转换为模拟信号，以便通过传统的模拟通信系统传输。
QAM的原理可以简单地理解为将两个正交的调制信号叠加在一起，形成一个复合信号。
这样的设计使得QAM在相同带宽下可以传输更多的信息，从而提高了信道利用率。
在QAM调制中，不同的比特组合对应着不同的振幅和相位值，因此接收端可以通过解调来还原原始的数字信号。
QAM调制的关键优势之一是其灵活性。
通过调整振幅和相位的值，QAM可以适应不同的信道条件和传输要求。
在实际应用中，QAM 常常与其他调制技术结合使用，如OFDM（正交频分复用），以提高系统性能和抗干扰能力。
除了灵活性，QAM还具有较高的传输效率和误码率性能。
由于QAM可以在有限的频谱内传输多个比特，因此可以在相同的带宽下传输更多的数据。
同时，QAM的抗噪声和抗干扰能力也较强，能够在复杂的通信环境下保持较高的传输质量。
总的来说，QAM作为一种常用的数字调制技术，在现代通信系统中发挥着重要的作用。
通过灵活的振幅和相位调制，QAM可以实现高效率的数据传输，适应不同的信道条件，并提供可靠的通信连接。
在未来的通信发展中，QAM仍将继续发挥重要作用，推动数字通信技术不断向前发展。
通信原理新型数字带通调制技术
第八章 新型数字带通调制技术 (8.1-8.2)
1
主要内容 第8章 新型数字带通调制技术
8.1 正交振幅调制(QAM) 8.2 最小频移键控和高斯最小
频移键控 8.3 正交频分复用
2
8.1 正交振幅调制(QAM)
① 问题旳提出：
A. 多进制相移键控（MPSK）旳频带利用率 高，功率利用率较高；
( 1,-1) ( 3,-1)
-1
-3
(-3,-3) (-1,-3) ( 1,-3) ( 3,-3)
-3
-1
1
I路 3
8
8.1 正交振幅调制(QAM)
B. 复合相移法：它用两路独立旳QPSK信号叠加， 形成16QAM信号。
9
8.1 正交振幅调制(QAM)
⑧ 16QAM信号和16PSK信号旳性能比较：
20
8.2 最小频移键控和高斯最小频移键控
④ 因为1和0是任意常数，故必须同步有
sin(1 0 )Ts 0 cos(1 0 )Ts 1
(1 0 )Ts 2m f1 f0 m / Ts
⑤ 当m = 1时是最小频率间隔，最小频率间隔等于 1/Ts。
21
8.2 最小频移键控和高斯最小频移键控
13
8.1 正交振幅调制(QAM)
实例：一种用于调制解调器旳传播速率为 9600 b/s旳16QAM方案，其载频为1650 Hz，滤波器带宽为2400 Hz，滚降系数为 10％。
A
1011 1001 1110 1111
2400
1010 1000 1100 1101 0001 0000 0100 0110
⑥ 对于相干解调，则要求初始相位是拟定旳，在接
受端是预知旳，这时能够令1 - 0 = 0。
数字通信技术第3章习题及答案
2DPSK
3-9简述振幅键控、频移键控和相移键控三种调制方式各自的主要优点和缺点。
通过几个方面对各种二进制数字调制系统进行比较看出，通常在恒参信道传输中，如果要求较高的功率利用率，则应选择相干2PSK和2DPSK，而2ASK最不可取；如果要求较高的频带利用率，则应选择相干2PSK和2DPSK，而2FSK最不可取。若传输信道是随参信道，则2FSK具有更好的适应能力。
3-10现代数字调制技术有几种?画图说明它们的产生方法。
1
2
3
3-11如图3-14所示QPSK调制器将+90o相移网络改为-90o，画出新的星座图。
3-12如图3-17所示QPSK解调器，输入信号是sinωct - cosωct,求I、Q bit值。
I信道为：sinaw0t(sinaw0t-cosw0t)=+1/2V，所有I="1";
3-7PSK信号、2DPSK信号的调制和解调工作原理？
2PSK信号调制：是相位选择法进行调相的原理。在这种方法里预先把所需要的相位准备好，然后根据基带信号的规律性选择相位得到相应的输出。见下图。
2DPSK信号调制：
3-8已知数字信息为1101001，并设码元宽度是载波周期的两倍，试画出绝对码、相对码、2PSK信号、2DPSK信号的波形。
3-17一码长为15的汉明码，其监督位应为多少位？编码速率为多少？
码长15位，其中第1，2，4，8位是校验码。也就是说2的0次方，2的1次方，2的2次方.....以此类推，所以校验位有4位。编码效率是（15-4）/ 15=73%
3-18已知（7，4）分组码的监督方程如下所示：
求其监督矩阵和生成矩阵以及全部码字。
当分组码的信息码元与监督码元之间的关系为线性关系时（用线性方程组联系），这种分组码就称为线性分组码。包括汉明码和循环码。
正交振幅调制原理
正交振幅调制原理正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）是一种先进的数字调制技术，广泛应用于无线通信、有线电视、卫星广播等领域。
QAM通过在信号空间域中对振幅和相位进行调制，提高了频带利用率和抗噪声性能。
本文将介绍正交振幅调制的原理，包括信号空间域、振幅调制、正交性、键控技术、网格编码、相位映射、频带效率以及抗噪声性能等方面。
1.信号空间域信号空间域是一种描述信号的方式，将信号表示为复数形式的向量或矩阵。
在QAM中，信号被表示为复数形式，实部表示幅度，虚部表示相位。
在信号空间域中，每个信号点都可以用一个复数坐标表示，横轴表示实部（幅度），纵轴表示虚部（相位）。
2.振幅调制振幅调制是一种通过改变信号幅度的幅度来传递信息的方式。
在QAM中，振幅调制被用来表示信号的幅度信息。
通过将信号的幅度映射到不同的振幅级别上，可以传递更多的信息。
3.正交性正交性是指两个或多个信号在某个范围内不重叠，即它们的幅度和相位不相互干扰。
在QAM中，正交性被用来表示不同信号点的幅度和相位不会相互干扰。
通过保持正交性，可以避免信号间的干扰，提高频带利用率。
4.键控技术键控技术是一种数字调制技术，通过控制信号的通断状态来传递信息。
在QAM中，键控技术被用来实现相位调制。
通过将相位分成不同的级别，并将每个级别映射到一个特定的键位上，可以实现相位调制。
5.网格编码网格编码是一种将信息编码成网格形式的技术。
在QAM中，网格编码被用来实现振幅和相位的同时调制。
通过将振幅和相位信息编码成一个网格图案，可以实现同时传递更多的信息。
6.相位映射相位映射是一种将信号的相位映射到另一个相位上的技术。
在QAM中，相位映射被用来实现相位调制。
通过将相位映射到不同的相位级别上，可以实现相位调制。
7.频带效率频带效率是指单位频带内传输的信息量。
QAM通过在信号空间域中对振幅和相位进行调制，提高了频带利用率和抗噪声性能。
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式中，
mf
k fUm
m
为调制指数。 将式(2 - 7)展开成级数得
uFM (t) Uc J0(m f ) sinct
J1(m f ) sin[(c )t] J1(m f ) sin[(c )t]
J2 (m f ) sin[(c 2)t] J2 (m f ) sin[(c 2)t]
)
an 1 an 1
即当输入为传号“+1”时，输出频率为f1的正弦波；当输 入为空号“-1”时，输出频率为f2的正弦波。
第2章 调制解调
令g(t)为宽度Ts的矩形脉冲，
bn
1 0
bn
0 1
an 1 a n 1 an 1 a n 1
则s(t)可表示为
s(t) bng(t nTs )cos(1t 1) bng(t nTs )cos(2t 2)
第2章 调制解调
第 2 章 调制解调
2.1 概述 2.2 数字频率调制 2.3 数字相位调制 2.4 正交振幅调制(QAM)
第2章 调制解调
2.1 概 述
调制的目的是把要传输的模拟信号或数字信号变 换成适合信道传输的信号。该信号称为已调信号。 调 制过程用于通信系统的发端。在接收端需将已调信号 还原成要传输的原始信号，该过程称为解调。
第2章 调制解调
按照调制器输入信号(该信号称为调制信号)的形 式，调制可分为模拟调制(或连续调制)和数字调制。 模拟调制是利用输入的模拟信号直接调制(或改变)载 波(正弦波)的振幅、频率或相位，从而得到调幅(AM)、 调频(FM)或调相(PM)信号。 数字调制是利用数字信 号来控制载波的振幅、频率或相位。常用的数字调制 有：频移键控(FSK)和相移键控(PSK)等。
u(t) Uc cos(ct 0 )
式中，Uc——载波信号的振幅，ωc——载波信号的角频率， θ0——载波信号的初始相位。
调频和调相信号可写成下列一般形式
u(t) Uc cos(ct (t))
式中，φ(t)为载波的瞬时相位。
第2章 调制解调
设调制信号为um(t), 则调频信号的瞬时角频率与输 入信号的关系为
第2章 调制解调
在接收端，输入的高斯白噪声(其双边功率谱密度为 N0/2)和信号一起通过带宽B=2(mf+1)Fm的前置放大器，经 限幅后送入到鉴频器，再经低通滤波后得到所需的信号。 在限幅器前，信号加噪声可表示为
r(t) uFM (t) n(t)
Uc cos(ct (t)) xc (t) cos(ct) yc (t) sin( ct)
d (t)
dt
k
f
um (t)
或
t
(t) 0 k f um ( )d
式中，kf为调制灵敏度。
因而调频信号的形式为
t
uFM (t) Uc cos[ct k f 0 um ( )d ]
第2章 调制解调
假设
um (t) Um cost
则
uFM (t) Uc cos[ct mf sin t]
Nin
图 2 – 2 FM解调器的性能及门限效应
第2章 调制解调
2.2 数字频率调制
2.2.1 移频键控调制(FSK)
设 输 入 到 调 制 器 的 比 特 流 为 ｛ an ｝ , an=±1, n=∞~+∞。FSK的输出信号形式(第n个比特区间)为
cos(1t1 )
s(t)
c os(2t 2
(t
)
ct
(t
)
V (t Uc
)
s
in[
(t
)
(t)]
ct
(t)
y(t) Uc
鉴频器的输出为
uout (t)
d (t)
dt
c
d (t)
dt
1 Uc
dy(t) dt
k f um (t)
1 Uc
dy(t) dt
式中，第一项为信号项，第二项为噪声项。
第2章 调制解调
经过低通滤波后，信号的功率为
噪声的功率为
2
所以经过鉴频器解调后， 信噪比的增益为
G
Sout / Nout Sin / Nin
3m
2 f
(m
f
1)
但在小信噪比情况下，即Uc<<V(t)， 由式(2 -14)得
(t)
0t
(t)
Uc V (t)
sin[
(t)
(t)]
第2章 调制解调
FM A M同步 检波
Sout dB
Nout
o
门限
Sin dB
第2章 调制解调
移动通信信道的基本特征是：第一，带宽有限， 它取决于可使用的频率资源和信道的传播特性；第二， 干扰和噪声影响大，这主要是移动通信工作的电磁环 境所决定的；第三，存在着多径衰落。针对移动通信 信道的特点，已调信号应具有高的频谱利用率和较强 的抗干扰、抗衰落的能力。
第2章 调制解调
设载波信号为
...
第2章 调制解调
式中，Jk(mf)为k阶第一类贝塞尔函数：
Jk (mf
)
j0
(1) j (m f / 2)2 jk j!(k j)!
振幅
Hale Waihona Puke 2π B=2 (mf+1 )Ω Uc
Uc/2
J1(mf) J1(mf)
J2(mf)
J0(mf)
J2(mf)
ω
0
ωc
Ω
图 2 – 1 FM信号的频谱
第2章 调制解调
Uc cos(ct (t)) V (t) cos[(ct (t)]
U
' c
(t
)
c
os
(t
)
式中，
U
' c
(t
)
经限幅器限幅后将为一常量，
(t
)
ct
(t
)
arc
tanUcV(Vt)(sti)nc[os([t)
(t)] (t) (t
)]
(2-14)
第2章 调制解调
在大信噪比情况下，即Uc>>V(t), 有
若以90%能量所包括的谱线宽度(以载频为中心)作为 调频信号的带宽，则可以证明调频信号的带宽为
B 2(m f 1)Fm 2(fm Fm )
式中，Fm=Ω/2π为调制频率，Δfm=mf·Fm为调制频偏。 若以99%能量计算，则调频信号的带宽为
B 2(1 mf mf ) Fm
FM信号的产生可以用压控振荡器(VCO)直接调频， 也可以将调制信号积分后送入调相器进行“间接调频”。 FM信号解调可采用鉴频器或锁相环鉴频。
Sout
k
2 f
um2
(t
)
1 2
k
2f Um2
Nout
1
2
U
2
2 c
N0
d
N03
3U
2 c
从而得输出信噪比为
Sout Nout
k 2fUm2 / 2
N03 / 2Uc2
3 2
m2f
Uc2 / 2 N0Fm
第2章 调制解调
因为输入信噪比为
Sin
1 2
U
2 c
U
2 c
/
2
1
U
2 c
/
2
Nin N0 2B N0 2(m f 1)Fm 2(m f 1) N0Fm