第4章-正交振幅调制
通信原理第4章课后习题答案
第四章 模拟调制学习指导4.1.1 要点模拟调制的要点主要包括幅度调制、频率调制和相位调制的工作原理。
1. 幅度调制幅度调制是用调制信号去控制载波信号的幅度，使之随调制信号作线性变化的过程。
在时域上，已调信号的振幅随基带信号的规律成正比变化；在频谱结构上，它的频谱是基带信号频谱在频域内的简单平移。
由于这种平移是线性的，因此，振幅调制通常又被称为线性调制。
但是，这里的“线性”并不是已调信号与调制信号之间符合线性变换关系。
事实上，任何调制过程都是一种非线性的变换过程。
幅度调制包括标准调幅（简称调幅）、双边带调幅、单边带调幅和残留边带调幅。
如果调制信号m (t )的直流分量为0，则将其与一个直流量A 0相叠加后，再与载波信号相乘，就得到了调幅信号，其时域表达式为[]()()()AM 0c 0c c ()()cos cos ()cos (4 - 1)s t A m t t A t m t t ωωω=+=+ 如果调制信号m (t )的频谱为M (ω)，则调幅信号的频谱为[][]AM 0c c c c 1()π()()()() (4 - 2)2S A M M ωδωωδωωωωωω=++-+++- 调幅信号的频谱包括载波份量和上下两个边带。
上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。
由波形可以看出，当满足条件|m (t )| A 0 (4-3)时，其包络与调制信号波形相同，因此可以用包络检波法很容易恢复出原始调制信号。
否则，出现“过调幅”现象。
这时用包络检波将发生失真，可以采用其他的解调方法，如同步检波。
调幅信号的一个重要参数是调幅度m ，其定义为[][][][]00max min 00max min()() (4 - 4)()()A m t A m t m A m t A m t +-+=+++ AM 信号带宽B AM 是基带信号最高频率分量f H 的两倍。
AM 信号可以采用相干解调方法实现解调。
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。
正交振幅调制(QAM)
一、QAM的基本信息 二、QAM的调制原理 三、QAM的解调原理
正交幅度调制（QAM）是一种矢量调 制，是幅度和相位联合调制的技术， 它同时利用了载波的幅度和相位来传 递信息比特，不同的幅度和相位代表 不同的编码符号。因此在一定的条件 下可实现更高的频带利用率,而且抗 噪声能力强，实现技术简单。 因此QAM在卫星通信和有线电视网络 高速数据传输等领域得到广泛应用。
QAM的调制原理
QAM将输入比特先映射（一般采用格 雷码）到一个复平面上，通常，可以用
星座图来描述QAM信号的信号空间分布状 态。形成复数调制符号（I，Q），然后
将符号的I、Q分量（对应复平面的实 部和虚部）采用幅度调制，分别对应 调制在相互正交（时域正交）的两个 载波cos(wt)和sin(wt)上。
二进制的数据信息，每六位一组，进行串并转换，前 后再分成并行的两组，每组三位。
QAM调制数学原理。QAM调制的表达式一般可 表示为
其中Am=dmA，Bm=emA，式中A是固定的振幅 大小，dm和em可以简单的认为是I、Q分量。 利用三角函数关系对(1)式进行变换可得
其中：Cm、θm分别是QAM调制信号在一个 码元区间内调制信号的振幅和相角大小。
多进制QAM信号产生的数学模型
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。 还 要经过预调制低通滤 波器，形成X(t)和Y(t)， 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。
多进制QAM信号产生的数学模型
QAM的解调原理
解调器首先对收到的QAM 信号进行正交相干解调。 低通滤波器LPF滤除乘法器 产生的高频分量。LPF输出 经抽样判决可恢复出m电平 ห้องสมุดไป่ตู้号x(t)和 y(t)。因为和取 值一般为±1，±3，…， ±（m-l），所以判决电平 应设在信号电平间隔的中 点，即Ub＝0，±2， ±4，…，±（m-2）。根 据多进制码元与二进制码 元之间的关系，经m/2转换， 可将电平信号m转换为二进 制基带信号x＇(t)和y＇(t)。
振幅调制原理
振幅调制原理
振幅调制（Amplitude Modulation，简称AM）是一种调制技术，它通过改变载波的振幅，来传输要调制的信号。
具体而言，振幅调制是将调制信号的幅度（即振幅）与高频载波信号相乘，得到一个新的带有调制信号特征的调制信号。
在振幅调制中，调制信号通常是音频信号，比如人声或者音乐。
而载波信号是具有固定频率和振幅的高频信号。
调制信号和载波信号相乘的结果，就是振幅调制信号。
振幅调制过程中，调制指数（也称调制深度）是一个关键参数。
调制指数是调制信号的幅度变化与载波幅度的比值。
调制指数的大小会影响到调制信号的功率和频谱分布。
振幅调制的原理可以用以下几个步骤来解释：
1. 调制信号：将要传输的音频信号作为调制信号。
2. 载波信号：选择一个高频信号作为载波信号。
3. 调制过程：将调制信号的幅度与载波信号相乘，得到一个新的调制信号。
4. 调制指数：调节调制指数，控制调制信号的幅度变化。
5. 传输信号：将调制后的信号传输到接收端。
在接收端，需要进行解调过程，将调制信号还原为原始的调制信号。
解调过程是振幅调制的逆过程，在解调过程中，通过将收到的调制信号与一个参考信号（通常是与发送端相同的载波信号）相乘，就可以获得原始的调制信号。
振幅调制在广播和电视等领域中得到了广泛应用。
它可以实现信号的远距离传输，同时具有一定的抗干扰能力。
然而，振幅调制也存在一些问题，比如在传输过程中容易受到噪声和干扰的影响，以及只能传输一个信号的限制。
因此，在一些特定的应用场景中，人们也使用其他调制技术，比如频率调制（FM）和相位调制（PM）。
简要说明调制的方法
简要说明调制的方法1. 振幅调制（AM）振幅调制是一种用于调制模拟信号的传输技术，它通过改变载波信号的振幅来传输信息。
载波信号通常是高频正弦波，它的振幅会随着信息信号的变动而相应地变化。
调制后的信号可以通过解调器来还原原始信号。
2. 频率调制（FM）频率调制是一种基于改变载波信号频率的传输技术。
它通常用于广播和音频传输，因为它可以提供更高的音质和可靠性。
在频率调制中，载波信号的频率会随着信息信号的变动而变化。
调制后的信号可以通过解调器还原原始信号。
3. 相位调制（PM）相位调制是一种通过改变信号的相位来传输信息的技术。
相位调制通常用于数字信号传输，因为它可以提供更好的抗干扰性和可靠性。
在相位调制中，载波信号的相位会随着信息信号的变动而相应变化。
调制后的信号可以通过解调器还原原始信号。
4. 正交振幅调制（QAM）正交振幅调制是一种同时使用振幅和相位调制来传输信息的技术。
它通常用于数字通信，并且被广泛应用于有线电视和电话网络。
在QAM中，载波信号的振幅和相位会随着信息信号的变动而变化。
调制后的信号可以通过解调器还原原始信号。
5. 包络检测调制（ASK）包络检测调制是一种通过改变载波信号的幅度来传输信息的技术。
这种调制技术通常用于数字通信系统，如无线电通信和有线电视。
在ASK中，载波信号的幅度会随着信息信号的变动而改变。
调制后的信号可以通过解调器还原原始信号。
6. 相位偏移调制（PSK）相位偏移调制通过改变载波信号的相位来传输信息。
与FM不同，PSK技术可以传输数字信号和模拟信号。
在PSK中，载波信号的相位会随着信息信号的编码方式而改变。
调制后的信号可以通过解调器还原原始信号。
7. 连续相位调制（CPM）连续相位调制是一种在相位调制的基础上进一步发展的技术。
CPM可以提供更高的数据吞吐量和更好的抗多径衰落的特性。
在CPM中，载波信号的相位在连续时间内保持一致，而不是像PSK那样在离散时间点进行变化。
8. 位置相关调制（PCM）位置相关调制是一种数字调制技术，它通常用于传输音频和视频信号。
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。
无线通信中常用的调制方式
无线通信中常用的调制方式无线通信是指通过无线电波或其他电磁波进行信息传输的技术。
在无线通信中，调制是将要传输的信息信号转换为适合无线传输的高频信号的过程。
调制方式的选择直接影响到无线通信系统的性能和效率。
下面将介绍几种常用的调制方式。
1. 幅度调制（AM）幅度调制是一种简单且常用的调制方式。
它通过改变载波的振幅来传输信息信号。
在AM调制中，信息信号的幅度变化会导致载波的振幅相应地变化。
接收端通过解调器将接收到的信号恢复为原始的信息信号。
幅度调制适用于带宽要求较低的应用，如调幅广播。
2. 频率调制（FM）频率调制是另一种常见的调制方式。
它通过改变载波的频率来传输信息信号。
在FM调制中，信息信号的变化会导致载波频率的相应变化。
接收端通过解调器将接收到的信号还原为原始的信息信号。
频率调制适用于对抗干扰能力较强的应用，如调频广播和无线电通信。
3. 相位调制（PM）相位调制是一种将信息信号的相位变化转换为载波相位变化的调制方式。
相位调制可以分为二进制相移键控（BPSK）和四进制相移键控（QPSK）等多种形式。
相位调制适用于对抗多径传播和频率选择性衰落的应用，如卫星通信和移动通信。
4. 正交频分复用（OFDM）正交频分复用是一种多载波调制技术。
它将高速数据流分成多个低速子流，并分配到不同的子载波上进行传输。
OFDM技术具有抗多径传播和抗频率选择性衰落的特点，适用于高速数据传输，如无线局域网和数字电视广播。
5. 正交振幅调制（QAM）正交振幅调制是一种将信息信号的振幅和相位变化转换为载波的振幅和相位变化的调制方式。
QAM技术在信号中同时传输两个参数，可以提高频谱利用率，适用于高速数据传输，如数字电视和宽带接入。
6. 直接序列扩频（DSSS）直接序列扩频是一种将信息信号通过乘以一个宽带的扩频码来实现的调制方式。
DSSS技术在信号中引入噪声样本，可以提高抗干扰能力和保护数据隐私，适用于无线局域网和蓝牙通信。
总结起来，无线通信中常用的调制方式包括幅度调制、频率调制、相位调制、正交频分复用、正交振幅调制和直接序列扩频。
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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1 01
I路
1011
1010
1001 1000
-1 10
1111
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1101 1100
-3 11
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I路 3
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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
1 QAM信号的时域表达式
调制相位
sk(t)A kcos(0tk)
A k c o sk c o s0 t A k s in k s in0 t
Xk Akcosk
Yk Aksink
X kcos0tY ksin0t
2 矢量图
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。
1 / Ts log2 M/Ts fN 1/ 2Ts
1 / Ts log2 M/Ts
(1)fN
MPSK信号带宽 频带利用率
2 fs
1 2
lo
g
2
M
2 fN log2 M
2(1)fN
log2 M 1
2
8.1 正交幅度调制
MPSK误码率
3
4
Pe 1
M
f ()d
M
5
6
7
MPSK误码率公式可以近似为写为：
2
8
1
0
8
8
Pe
erfc
rsin
M
3
8.1 正交幅度调制
① 问题的提出：
A. 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；
B. 需要改善在M取值较大时的噪声容限。
②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的信号点只能分布在一个圆上，MASK 的 信号点只能分布在一个轴上。
f
已调信号
∑
MQAM
π/2相移
-sin0tcΒιβλιοθήκη 2到Leg
电平变换
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得到QAM信号。
-1 10
1111
1110
1100 1101
-3 11
-3
-1
1
I路 3
11 10 00
01
15
8.1 正交幅度调制
（4）解调
a
LPF c
L电平
抽样判决
cos0t 载波恢复
π/2相移 -sin0t
b
定时 提取
LPF
d
L电平 抽样判决
L/2电平 转换
e
L/2电平 转换
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
4 16QAM信号
（1）正交调幅法：用两路独立的正交4ASK信号叠加，形成
16QAM信号。
ac
2到4
Xk
电平变换
abcd 串并 变换
cos0t 相干载波
f
已调信号
∑
16QAM
π/2相移
-sin0t
bd
2到4 电平变换
Yk
g
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
10
8.1 正交幅度调制
Xk
相乘器
cos 0 t
eQAM (t )
相加器
信道
相乘器
cos 0 t
低通
X
' k
滤波器
Yk
相乘器
相乘器
低通
Yk'
滤波器
sin 0t
sin 0t
e Q A M (t) X kc o s0 t Y ks in0 t
X k
1 2
Xk
Yk
1 2 Yk
11
8.1 正交幅度调制
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 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
1
8.1 正交幅度调制
＝ Rb RBlog2M
BMPSK
BMPSK
方波
理想低通
余弦滚降
码元速率 信息速率 基带信号带宽
1 / Ts log2 M/Ts fs 1 / Ts
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。
6
8.1 正交幅度调制
MQAM星座图
A.矩形星座图 M为2的偶数次幂
M4,16,64,256
B.十字形星座图 M为2的奇数次幂
M32,128
C.QPSK与4QAM相同
M256
M128 M64 M32 M16
7
8.1 正交幅度调制
3 QAM信号的调制和解调(正交）
b
2到L
d
电平变换
a
串并
变换
cos0t 相干载波
8
8.1 正交幅度调制
9
8.1 正交幅度调制
a
LPF c
L电平
抽样判决
cos0t 载波恢复
π/2相移 -sin0t
b
定时 提取
LPF
d
L电平 抽样判决
L/2电平 转换
e
L/2电平 转换
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。
是两个正交的振
同相分量
正交分量
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.
5
8.1 正交幅度调制