IQ正交调制及星座图
数字通信中几种调制方式的星座图解析
数字通信中几种调制方式的星座图由于实际要传输的信号（基带信号）所占据的频带通常是低频开始的，而实际通信信道往往都是带通的，要在这种情况下进行通信，就必须对包含信息的信号进行调制，实现基带信号频谱的搬移，以适合实际信道的传输。
即用基带信号对载波信号的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化。
因为正弦信号的特殊优点（如：形式简单，便于产生和接受等），在大多数数字通信系统中，我们都选用正弦信号作为载波。
显然，我们可以利用正弦信号的幅度，频率，相位来携带原始数字基带信号，相对应的分别称为调幅，调频，调相三种基本形式。
当然，我们也可以利用其中二种方式的结合来实现数字信号的传输，如调幅-调相等，从而达到某些更加好的特性。
一．星座图基本原理一般而言，一个已调信号可以表示为：（1）上式中，是低通脉冲波形，此处，我们为简单处理，假设，，即是矩形波，以下也做同样处理。
假设一共有（一般总是2的整数次幂，为2，4，16，32等等）个消息序列，我们可以把这个消息序列分别映射到载波的幅度，频率和相位上，显然，必须有才能实现这个信号的传输。
当然，我们也不可能同时使用载波信号的幅度、频率和相位三者来同时携带调制信号，这样的话，接收端的解调过程将是非常复杂的。
其中最简单的三种方式是： (1.当和为常数，即时，为幅度调制(ASK。
(2.当和为常数，即时，为频率调制(FSK。
(3.当和为常数，即时，为相位调制(PSK。
我们也可以采取两者的结合来传输调制信号，一般采用的是幅度和相位结合的方式，其中使用较为广泛的一项技术是正交幅度调制(MQAM。
我们把（1）式展开，可得：（2）根据空间理论，我们可以选择以下的一组基向量：其中是低通脉冲信号的能量，。
这样，调制后的信号就可以用信号空间中的向量来表示。
当在二维坐标上将上面的向量端点画出来时，我们称之为星座图，又叫矢量图。
也就是说，星座图不是本来就有的，只是我们这样表示出来的。
四相移相键控(QPSK)调制及解调实验
通信对抗原理实验报告实验名称:四相移相键控（QPSK）调制及解调实验学生姓名：学生学号：学生班级:所学专业：实验日期：1. 实验目的1. 掌握QPSK 调制解调原理及特性.2。
. 熟悉Matlab 仿真软件的使用。
2. 实验内容1、 编写Matlab 程序仿真QPSK 调制及相干解调。
2、 观察IQ 两路基带信号的特征及与输入NRZ 码的关系。
3、 观察IQ 调制解调过程中各信号变化。
4、 观察功率谱的变化。
5、 分析仿真中观察的数据，撰写实验报告。
3. 实验原理1、QPSK 调制原理QPSK 又叫四相绝对相移调制,它是一种正交相移键控。
QPSK 利用载波的四种不同相位来表征数字信息。
由于每一种载波相位代表两个比特信息，因此，对于输入的二进制数字序列应该先进行分组，将每两个比特编为一组,然后用四种不同的载波相位来表征。
我们把组成双比特码元的前一信息比特用a 代表,后一信息比特用b 代表。
双比特码元中两个信息比特ab 通常是按格雷码排列的,它与载波相位的关系如表1-1所示，矢量关系如图1—1所示。
图1-1（a)表示A 方式时QPSK 信号矢量图,图1—1（b)表示B 方式时QPSK 信号的矢量图。
由于正弦和余弦的互补特性,对于载波相位的四种取值,在A 方式中：45°、135°、225°、315°，则数据k I、k Q 通过处理后输出的成形波形幅度有两种取值±2/2;B 方式中:0°、90°、180°、270°,则数据k I、k Q 通过处理后输出的成形波形幅度有三种取值±1、0。
表(0,1)(1,1)(0,0)参考相位参考相位(a)(b)图1-1 QPSK 信号的矢量图下面以A 方式的QPSK 为例说明QPSK 信号相位的合成方法。
串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行序列,然后通过基带成形得到的双极性序列(从D/A 转换器输出，幅度为±2/2）。
通信中星座图简介
数字通信中几种调制方式的星座图由于实际要传输的信号（基带信号)所占据的频带通常是低频开始的,而实际通信信道往往都是带通的,要在这种情况下进行通信，就必须对包含信息的信号进行调制，实现基带信号频谱的搬移，以适合实际信道的传输.即用基带信号对载波信号的某些参量进行控制,使载波的这些参量随基带信号的变化而变化。
因为正弦信号的特殊优点(如:形式简单，便于产生和接受等），在大多数数字通信系统中，我们都选用正弦信号作为载波.显然,我们可以利用正弦信号的幅度，频率，相位来携带原始数字基带信号,相对应的分别称为调幅，调频，调相三种基本形式.当然,我们也可以利用其中二种方式的结合来实现数字信号的传输，如调幅－调相等,从而达到某些更加好的特性。
一．星座图基本原理一般而言，一个已调信号可以表示为：()()cos(2)N m n k s t A g t f t πϕ=+0t T ≤<(1）00001,2......1,2.......1,2........1,2........N N m m n n k k ====上式中,()g t 是低通脉冲波形,此处，我们为简单处理，假设()1g t =,0t T <≤，即()g t 是矩形波，以下也做同样处理。
假设一共有0N (一般0N 总是2的整数次幂，为2，4，16，３2等等)个消息序列,我们可以把这0N 个消息序列分别映射到载波的幅度m A ，频率n f 和相位k ϕ上，显然，必须有 0000N m n k =⨯⨯才能实现这0N 个信号的传输。
当然,我们也不可能同时使用载波信号的幅度、频率和相位三者来同时携带调制信号，这样的话,接收端的解调过程将是非常复杂的。
其中最简单的三种方式是：（1）.当n f 和k ϕ为常数，即0000,1,1m N n k ===时,为幅度调制(A ＳK ）。
（2）．当m A 和k ϕ为常数，即00001,,1m n N k ===时，为频率调制（FSK)。
iq调制解调原理
IQ调制解调原理1. 什么是IQ调制解调在通信领域，IQ调制解调是指使用两路信号，即正交信号 I 和 Q 分量，来表达数字或模拟信号的一种调制和解调方式。
I 指的是实部，Q 指的是虚部。
这种调制方式常用于无线通信系统中，如蜂窝移动通信系统、卫星通信系统等。
IQ调制解调允许同时在相同的频率上发送两个独立的信号，从而实现更高的信道利用率和更好的抗干扰性能。
它广泛应用于高速无线通信、调频广播、数字电视和高清视频传输等领域。
2. IQ调制原理IQ调制的核心原理是将要传输的信号分为两个正交分量，即 I 和 Q 分量。
I 和Q 分量可以用正弦和余弦函数进行表示，也可以用基带数字信号进行表示。
假设要传输的数字信号为 bit sequence，其中 0 表示低电平，1 表示高电平。
则IQ调制过程如下：1.将 bit sequence 分成两份，分别作为 I 和 Q 分量。
2.对于每一个 bit，若为0，则 I 分量置为低电平信号；若为1，则 I 分量置为高电平信号。
3.Q 分量可以选择与 I 分量正交的信号（正弦函数）来表示。
4.将 I 和 Q 分量进行线性叠加，得到最终的调制信号。
3. IQ解调原理IQ解调的过程是对接收到的IQ信号进行解调，将其还原为原始的数字信号。
解调过程如下：1.接收到的信号经过滤波和放大处理后，得到 IQ 分量。
2.对每一个时刻的 IQ 分量进行解调，得到 I 和 Q 两个序列。
3.对 I 和 Q 序列进行采样，得到 I 和 Q 分量的值。
4.对 I 和 Q 分量的值进行判断，若为低电平信号，则对应的 bit 为0；若为高电平信号，则对应的 bit 为1。
5.将所有的 bit 进行重新组合，得到原始的数字信号。
4. IQ调制解调示意图下面是一个示意图，展示了IQ调制解调的过程：示意图中的矩形波表示原始的数字信号，经过IQ调制后得到IQ信号。
经过信道传输后，接收端对IQ信号进行解调，得到原始的数字信号。
数字电视星座图的测试与分析
·83·监测与测量Monitoring & Measurement总第106期数字电视星座图的测试与分析吴海龙（辽宁省广播电视技术保障中心）【摘 要】本文简要介绍QAM调制及其星座图的形成过程，并较详细利用测试星座图分析和判断数字电视系统噪声特征和来源等，这对数字电视系统的维护具有重要的意义。
【关键词】数字电视；广义噪声；星座图；测试应用作者简介：吴海龙，辽宁省广播电视技术保障中心，高级工程师，主要从事全省广播电视光纤传输网络设备技术维护及管理等工作。
一、前言众所周知，无论是模拟电视信号还是数字电视信号，它们在产生和传输过程中都会受到失真、噪声、干扰等影响。
在模拟电视中主要有失真（CSO、CTB）、白噪声、哼声（即交流声）、外界电磁波侵入干扰等，这主要是以幅度为特征的噪声，会使模拟电视图像出现雪花、重影、滚动及垂直、倾斜或水平波纹等现象。
在数字电视中，这些噪声影响依然存在，而且增加了数字调制和传输中带来的的影响，例如IQ幅度不平衡、IQ相位差、载波泄漏、相干干扰、相位噪声、增益压缩等。
一般把上述造成数字电视信号损伤的因素都当做噪声来处理，通常称为“广义噪声”，严重时会使数字电视图像出现马赛克、静帧或图像中断等现象。
上述的广义噪声对数字电视信号引起的各种故障用简单的测电平的方法很难查找和判别，而采用测试数字信号星座图是一个有效的方法之一，它能直观地监测数字电视信号的变化，以便对设备或传输网络采取相应的措施。
二、64QAM星座图形成原理在有线数字电视采用的QAM调制大都是64QAM调制方式，它采用两路独立的基带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，既调幅又调相，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特。
当比特流（视频码流、音频码流和辅助数据码流）进入64QAM调制器时，则是6个比特（从000000～111111）形成一个符号，最多有64种不同的组合，然后分成两路分别调制到两个正交的I、Q平面上，每个符号在I/Q平面上的位置与其调制幅度和相位相一一对应，这样便形成64QAM的星座图，它表示上述I信号和Q信号的64种不同组合信号矢量端点（星座点）的分布图，可以直观地显示出各个星座点的幅值和相位，如图1所示。
矢量调制星座图实验
实验三、矢量调制星座图实验一、实验目的1、掌握星座图的概念、星座图的产生原理及方法，2、了解星座图的作用及工程上的应用。
二、实验内容1、观察QPSK、OQPSK、MSK、GMSK基带信号的星座图。
2、比较各星座图的不同及他们的意义。
三、基本原理星座图可以看成数字信号的一个“二维眼图”阵列，同时符号在图中所处的位置具有合理的限制或判决边界。
代表各接收符号的点在图中越接近，信号质量就越高。
由于屏幕上的图形对应着幅度和相位，阵列的形状可用来分析和确定系统或信道的许多缺陷和畸变，并帮助查找其原因。
星座图对于识别下列调制问题相当有用：* 幅度失衡* 正交误差* 相关干扰* 相位噪声、幅度噪声* 相位误差* 调制误差比在数字调制中，我们可以通过星座图来观察相位的变化、噪声干扰、各矢量点之间的相位转移轨迹等状况，通过星座图，我们可以很容易地看出各矢量调制的频谱利用率情况，应该说，改变基带信号的相位转移轨迹也就改变了调制信号的频谱特性。
星座显示是示波器显示的数字等价形式，将正交基带信号的I和Q两路分别接入示波器的两个输入通道，通过示波器的“X-Y”的功能即可以很清晰地看到调制信号的星座图。
我们知道QPSK信号可以用正交调制方法产生。
在它的星座图中，四个信号点之间任何过渡都是可能的，如图7-2（a）所示。
在这正方形星座图中对角过渡，必将产生180度相移，此时经限带后所造成的包络起伏最大。
如果在正交调制时，将正交路基带信号相对于同相路基带信号延时一个信息间隔，即符号间隔的一半，则有可能减小包络起伏。
这种将正交路延时一段时间的调制方法称为偏移四相相移键控，常记作OQPSK，又称为参差四相相移键控（SQPSK）。
将正交路信号偏移T2 /2的结果是消除了已调信号中突然相移180度的现象，每隔T2 /2信号相位只可能发生±90度的变化。
因而星座图中信号点只能沿正方形四边移动，如图7-2（b）所示。
滤波后的OQPSK信号中包络的最大值与最小值之比约为，不可能出现图7-1中比值为无限大的情形。
实验九qpsk调制与解调实验报告
实验九Q P S K/O Q P S K调制与解调实验一、实验目的1、了解用CPLD进行电路设计的基本方法。
2、掌握QPSK调制与解调的原理。
3、通过本实验掌握星座图的概念、星座图的产生原理及方法，了解星座图的作用及工程上的作用。
二、实验内容1、观察QPSK调制的各种波形。
2、观察QPSK解调的各种波形。
三、实验器材1、信号源模块一块2、⑤号模块一块3、20M双踪示波器一台4、连接线若干四、实验原理（一）QPSK调制解调原理1、QPSK调制QPSK信号的产生方法可分为调相法和相位选择法。
用调相法产生QPSK信号的组成方框图如图12-1（a）所示。
图中，串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行的双极性序列。
设两个序列中的二进制数字分别为a和b，每一对ab称为一个双比特码元。
双极性的a和b脉冲通过两个平衡调制器分别对同相载波及正交载波进行二相调制，得到图12-1（b）中虚线矢量。
将两路输出叠加，即得如图12-1（b）中实线所示的四相移相信号，其相位编码逻辑关系如表12-1所示。
（a）（b）图12-1 QPSK调制2、QPSK解调图12-2 QPSK相干解调器由于四相绝对移相信号可以看作是两个正交2PSK信号的合成，故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成，其组成方框图如图12-2所示。
图中的并/串变换器的作用与调制器中的串/并变换器相反，它是用来将上、下支路所得到的并行数据恢复成串行数据的。
（二）OQPSK调制解调原理OQPSK又叫偏移四相相移键控，它是基于QPSK的改进型，为了克服QPSK中过零点的相位跃变特性，以及由此带来的幅度起伏不恒定和频带的展宽（通过带限系统后）等一系列问题。
若将QPSK中并行的I，Q两路码元错开时间（如半个码元），称这类QPSK为偏移QPSK或OQPSK。
通过I，Q路码元错开半个码元调制之后的波形，其载波相位跃变由180°降至90°，避免了过零点，从而大大降低了峰平比和频带的展宽。
IQ调制中载波泄露的来源及量化方式
IQ调制中载波泄露的来源及量化方式本文主要介绍IQ调制过程中载波泄露的来源及量化方式，及IQ Offset、幅度不平衡及正交偏差对星座图的影响1.IQ 调制过程中载波泄露的来源及如何量化载波泄露要了解载波泄露的来源，需要从模拟IQ调制器的结构说起。
IQ调制器的关键部件是混频器，无论混频器的性能如何优异，总是存在LO馈通(泄露)的，而IQ调制采用零中频架构，LO频率就是载波频率，故LO馈通是载波泄露的来源之一。
图1. IQ调制器的本振馈通引起的载波泄露除了混频器的LO馈通外，模拟IQ 信号的直流分量(DC)是另外一个载波泄露来源。
对于PSK 和QAM 数字调制方式而言，数字IQ 信号的正、负电平可能不能完全中和，这意味着当经过DAC 转换为模拟IQ 信号后将存在直流分量。
另外，DAC 由于自身的不理想，本身可能也会引入一定的直流分量。
对于模拟IQ 信号包含的直流，通常称为IQ Offset。
图2. 模拟IQ 信号上的DC 会造成载波泄露对于LO 馈通引起的载波泄露，这完全取决于IQ 调制器本身，已无法改变。
下面只讨论由于模拟IQ 信号携带的直流分量引起的载波泄露。
为了量化载波泄露，并使之具有普遍适用性，假设模拟I和Q信号分别引入了一定的直流成分I offset和Qoffset，二者分别是相对于各自信号振幅的相对值。
可见，此时s（t）包含两部分：上边带和载波泄露。
通常采用载波抑制度描述载波泄露多少，定义为载波泄露功率相对于主边带功率的大小。
对于本例，载波抑制度为：值得一提的是，如果给出的模拟IQ 信号的直流成分定义方式不同，所推导出的载波抑制公式会有所不同，但是推导方式类似。
2.IQ Offset、幅度不平衡及正交偏差对星座图的影响上面以及之前的文章均从比较简单的单边带信号着手推导了载波抑制度、镜频抑制特性，对于复杂数字调制信号，IQ offset、幅度不平衡及正交偏差也同样会带来严重的影响。
此处以QPSK 调制为例，分别介绍这三个因素对星座图造成的影响。
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IQ正交调制及星座图
一个信号有三个特性随时间变化：幅度、相位或频率。
然而，相位和频率仅仅是从不同的角度去观察或测量同一信号的变化。
人们可以同时进行幅度和相位的调制，也可以分开进行调制，但是这既难于产生更难于检测。
但是在特制的系统中信号可以分解为一组相对独立的分量：同相(I)和正交(Q)分量。
这两个分量是正交的，且互不相干的。
正交幅度调制(QAM，Quadrature Amplitude Modulation)是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式。
这两个载波通常是相位差为90度(π/2)的正弦波，因此被称作正交载波。
这种调制方式因此而得名。
图1中的QAM调制器中I和Q信号来自一个信号源，幅度和频率都相同，唯一不同的是Q信号的相位与I信号相差90o。
具体关系如下图所示，当I的幅度为1的时候，Q的幅度为0，而当I的幅度为0的时候，Q的幅度为1，两个信号互不相干，相位相差90o，是正交的。
模拟信号的相位调制和数字信号的PSK可以被认为是幅度不变、仅有相位变化的特殊的正交幅度调制。
由此，模拟信号频率调制和数字信号FSK也可以被认为是QAM的特例，因为它们本质上就是相位调制。
I-Q的调变信号可由同相载波和90度相移的载波相加合成，在电路上下直接牵涉到载波相位的改变，所以比较好实现。
其次，通常I-Q图上只有几个固定点，简单的数字电路就足以腾任编码的工作。
而且不同调变技术的差异只在于
I-Q图上点的分布不同而已，所以只要改变I-Q编码器，利用同样的调变器，便可得到不同的调变结果。
I-Q解调变换的过程也很容易，只要取得和发射机相同的载波信号，解调器的方块图基本上只是调变器的反向而已。
从硬件的开点而言，调变器和解调器的方块图上，没有会因为I-Q值的不同(不同的I-Q调变技术)而必须改变的部份，所以这两个方块图可以应用在所有的I-Q调变技术中。
QAM解调各点波形
星座图：
极坐标图是观察幅度和相位的最好方法，载波是频率和相位的基准，信号表示为对载波
的关系。
信号可以以幅度和相位表示为极坐标的形式。
相位是对基准信号而言的，基准信号一般是载波，幅度为绝对值或相对值。
在数字通信中，通常以I、Q表示，极坐标中I轴在相位基准上，而Q轴则旋转90度。
矢量信号在I轴上的投影为I分量，在Q轴上的投影为Q分量。
下图显示I和Q的关系。
QAM调制实际上是幅度调制和相位调制的组合。
相位 + 幅度状态定义了一个数字或数字的组合。
QAM的优点是具有更大的符号率，从而可获得更高的系统效率。
通常由符号率确定占用带宽。
因此每个符号的比特(基本信息单位)越多，
效率就越高。
对于给定的系统，所需要的符号数为2n,这里n是每个符号的比特数。
对于16QAM，n = 4，因此有16个符号，每个符号代表4 bit：0000, 0001,0010等。
对于64QAM，n = 6，因此有64个符号，每个符号代表6bit：000000，000001，000010等。
以上就是QAM调制的基本原理。
经过信道编码的二进制的MPEG-2比特流进入QAM调制器，信号被分为两路，一路给I，另一路给Q，每一路一次给3比特的数据，这3比特的二进制数一共有8种不同的状态，分别对应8种不同的电平幅度，这样I有8个不同幅度的电平，Q有8个不同幅度的电平，而且I和Q两路信号正交。
这样任意一个I的幅度和任意一个Q的幅度组合都会在极坐标图上映射一个相应的星座点，这样每个星座点代表由6个比特的数据组成的一个映射，I和Q一共有8×8共64种组合状态，各种可能出现过的数据状态组合最后映射到星座图上为图5所显示的64QAM星座图。
每一个星座点对应一个一定幅度和相位的模拟信号，这个模拟信号再被上变频到射频信号发射出去。
这里再顺便说明一下模拟调制和数字调制的区别：模拟调制和数字调制之间的差别在于调制参数。
在这两种方案中，改变的是载波信号的幅度、频率或相位(或是它们的组合)。
在模拟调制中载波参数按连续的模拟信息信号改变，而在数字调制中，参数(幅度、频率或相位)按离散的数字信息改变。