第8章新型數字帶通調制技術8.1正交振幅調制8.2最小頻移鍵控8.3高斯最小頻移鍵控8.4正交頻分復用主要內容1理想低通基帶信號帶寬MPSK信號帶寬碼元速率頻帶利用率方波余弦滾降信息速率8.1正交幅度調制2

MPSK誤碼率公式可以近似為寫為：8.1正交幅度調制MPSK誤碼率38.1正交幅度調制問題的提出：多進制相移鍵控（MPSK）的頻帶利用率高，隨著M的增大，相鄰相位的距離逐漸變小，噪聲容限減小，可靠性降低，誤碼率增大；需要改善在M取值較大時的噪聲容限。解決方法：

單獨使用幅度(MASK)或相位(MPSK)攜帶信息時，不能充分利用信號平面，MPSK的信號點只能分布在一個圓上，MASK的信號點只能分布在一個軸上。

APK調制：就是用一個信號符號同時控制載波的幅度與相位2個參量的調制方式48.1正交幅度調制同相分量正交分量1QAM信號的時域表達式是兩個正交的振幅鍵控信號之和正交幅度調制(QAM)

：用兩路獨立的基帶數字信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波的雙邊帶調制，利用已調信號在同一帶寬內頻譜正交的性質來實現兩路并行的數字信息傳輸。

正交振幅調制（QAM）是一種幅度和相位聯合鍵控（APK）的調制方式.調制相位調制幅度52矢量圖8.1正交幅度調制矢量端點的分布圖稱為星座圖，可以用星座圖來描述QAM信號的信號空間分布狀態。

如果QAM信號的在信號空間中的坐標點數目是4個（狀態數），記為4QAM，它的同相和正交支路都采用二進制信號；如果同相和正交支路都采用四進制信號將得到16QAM信號。以此類推，如果兩條支路都采用L進制信號將得到MQAM信號，其中M=L2。6矩形星座圖M為2的偶數次冪十字形星座圖M為2的奇數次冪QPSK與4QAM相同MQAM星座圖8.1正交幅度調制7

輸入的二進制序列經過串/并變換器輸出速率減半的兩路并行序列，再分別經過2電平到L電平的變換，形成L電平的基帶信號。為了抑制已調信號的帶外輻射，該L電平的基帶信號還要經過預調制低通濾波器，形成Xk和Yk，再分別對同相載波和正交載波相乘。最后將兩路信號相加即可得到QAM信號。

8.1正交幅度調制3QAM信號的調制和解調(正交）88.1正交幅度調制9

解調器輸入信號與本地恢復的兩個正交載波相乘后，經過低通濾波輸出兩路多電平基帶信號Xk和Yk。多電平判決器對多電平基帶信號進行判決和檢測，再經L電平到2電平轉換和并/串變換器最終輸出二進制數據。8.1正交幅度調制108.1正交幅度調制11

（1）正交調幅法：用兩路獨立的正交4ASK信號疊加，形成16QAM信號。

8.1正交幅度調制416QAM信號

輸入的二進制序列經過串/并變換器輸出速率減半的兩路并行序列，再分別經過2電平到4電平的變換，形成4電平的基帶信號。為了抑制已調信號的帶外輻射，該4電平的基帶信號還要經過預調制低通濾波器，形成Xk和Yk，再分別對同相載波和正交載波相乘。最后將兩路信號相加即可得到QAM信號。

12I路Q路(1,1)(-1,1)(-1,-1)(1,-1)(3,3)(3,1)(3,-1)(3,-3)(1,3)(1,-3)(-1,3)(-1,-3)(-3,1)(-3,-1)(-3,3)(-3,-3)Q路

31-1-3I路-3-1138.1正交幅度調制（2）星座圖

13I路Q路0101011010101001000001001000110000011101001010110111101100111111Q路

31-1-3I路-3-1138.1正交幅度調制（3）編碼方案

1110010000

0110

1114I路Q路0000001010101000010100011001110101001100011011100011101101111111Q路

31-1-3I路-3-1138.1正交幅度調制格雷碼（方法很多）1110000101

0010

1115

解調器輸入信號與本地恢復的兩個正交載波相乘后，經過低通濾波輸出兩路多電平基帶信號Xk和Yk。多電平判決器對多電平基帶信號進行判決和檢測，再經4電平到2電平轉換和并/串變換器最終輸出二進制數據。8.1正交幅度調制（4）解調

16（5）復合相移法：它用兩路獨立的QPSK信號疊加，形成16QAM信號。

8.1正交幅度調1正交幅度調制編碼方法1001001111001001011011001101001018對于M=16的16QAM來說，有多種分布形式的信號星座圖。兩種具有代表意義：矩形16QAM星座（也稱為標準型16QAM）和星型16QAM星座。8.1正交幅度調制19若信號點之間的最小距離為2A，且所有信號點等概率出現，則平均發射信號功率為8.1正交幅度調制對于方型16QAM，信號平均功率為對于星型16QAM，信號平均功率為

5MQAM的功率20兩者功率相差1.4dB。一是星型16QAM只有兩個振幅值，而方型16QAM有三種振幅值；二是星型16QAM只有8種相位值，而方型16QAM有12種相位值。這兩點使得在衰落信道中，星型16QAM比方型16QAM更具有吸引力。但方型星座QAM信號所需的平均發送功率比QAM星座結構的信號平均功率小，而方型星座的MQAM信號的產生及解調比較容易實現，所以方型星座的MQAM信號在實際通信中得到了廣泛的應用。8.1正交幅度調制2116QAM信號和16PSK信號的性能比較按最大振幅相等，畫出這兩種信號的星座圖16QAMAM

d2AM

d116PSK8.1正交幅度調制22

設其最大振幅為AM，則16PSK信號的相鄰信號點的歐氏距離為

16QAM的相鄰信號點歐氏距離（最小距離）為d2超過d1約1.57dB。8.1正交幅度調制16QAMAM

d2AM

d116PSKd2和d1的比值就代表這兩種體制的噪聲容限之比238.1正交幅度調制

設其最大振幅為AM，則MPSK信號的相鄰信號點的歐氏距離為

MQAM的相鄰信號點歐氏距離（方形星座圖）為L是星座圖上信號點在水平軸和垂直軸上投影的電平數，M=L2

這是在最大功率（振幅）相等的條件下比較的，沒有考慮這兩種體制的平均功率差別。24當平均功率受限時：

MPSK信號的平均功率（振幅）就等于其最大功率（振幅）。MQAM信號，其最大功率和平均功率之比：

即此時d2又可增加倍

16QAM信號，在等概率出現條件下，可以計算出其最大功率和平均功率之比等于1.8倍，即2.55dB。在平均功率相等條件下，16QAM的噪聲容限超過16PSK約4.12dB。8.1正交幅度調制256MQAM抗噪聲性能對于方型QAM，可以看成是由兩個相互正交且獨立的多電平ASK信號疊加而成。因此，利用多電平ASK信號誤碼率的分析方法，可得到M進制QAM的誤碼率為

M=L2，Eb為每比特碼元能量，n0為噪聲單邊功率譜密度。8.1正交幅度調制26M進制方型QAM的誤碼率曲線

8.1正交幅度調制隨著進制數M的增加，在信號空間中各信號點間的最小距離減小，相應的信號判決區域隨之減小，因此，當信號受到噪聲和干擾的損害時，接收信號錯誤概率將隨之增大。277MQAM的頻帶利用率

調制過程表明，MQAM信號可以看成兩個正交的抑制載波雙邊帶調幅信號的相加，所以其功率譜都取決于同相和正交路基帶信號的功率譜。MQAM與MPSK信號在相同信號點數時，功率譜相同，帶寬均為基帶信號帶寬的2倍。

理想情況下MQAM與MPSK最高頻帶利用率均為：基帶傳輸系統為升余弦滾降時，頻帶利用率為：8.1正交幅度調制288.1正交幅度調制16QAM方案的改進

QAM的星座形狀是正方形，實際上以邊界越接近圓形越好。星座各點的振幅分別等于1、3和5。星座中各信號點的最小相位差比正方形的星座圖