《通信原理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第九章 现代数字调制解调技术

第9章现代数字调制解调技术 9.1正交振幅调制(QAM) 9.2最小移频键控(MSK) 9.3高斯最小移频键控(GMSK 94 DOPSK调制 9.5OFDM调制 9.6扩频调制 97数字化接收技术 返回主目录

9.1 正交振幅调制(QAM) 9.2 最小移频键控(MSK) 9.3 高斯最小移频键控(GMSK) 9.4 DQPSK调制 9.5 OFDM调制 9.6 扩频调制 9.7 数字化接收技术 第 9 章 现代数字调制解调技术 返回主目录

第9章现代数字调制解调技术 91正交振幅调制(QAM) 在现代通信中,提高频谱利用率一直是人们关注的焦点之 。近年来,随着通信业务需求的迅速增长,寻找频谱利用率 高的数字调制方式已成为数字通信系统设计、研究的主要目标 之一。正交振幅调制QAM( Quadrature Amplitude Modulation) 就是一种频谱利用率很高的调制方式,其在中、大容量数字微 波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领 域得到了广泛应用。在移动通信中,随着微蜂窝和微微蜂窝的 出现,使得信道传输特性发生了很大变化。过去在传统蜂窝系 统中不能应用的正交振幅调制也引起人们的重视

第 9 章 现代数字调制解调技术 9.1正交振幅调制(QAM) 在现代通信中，提高频谱利用率一直是人们关注的焦点之 一。近年来，随着通信业务需求的迅速增长，寻找频谱利用率 高的数字调制方式已成为数字通信系统设计、研究的主要目标 之一。 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 就是一种频谱利用率很高的调制方式，其在中、 大容量数字微 波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领 域得到了广泛应用。在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的 出现，使得信道传输特性发生了很大变化。 过去在传统蜂窝系 统中不能应用的正交振幅调制也引起人们的重视

91MQAM调制原理 正交振幅调制是用两个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,利用这种已调信号 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 正交振幅调制信号的一般表示式为 MOAM ∑48(t-m)comt+9,) 式中,A是基带信号幅度,g(t-nI)是宽度为T的单个基带 信号波形。式(91-1还可以变换为正交表示形式 MOAM ∑4.(1-n73)cos(vt+9,)

9.1.1 MQAM 正交振幅调制是用两个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，利用这种已调信号 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。 正交振幅调制信号的一般表示式为 sMQAM(t)= ( )cos( ) S c n n n A g t − nT w t + 式中，An是基带信号幅度，g(t-nTs )是宽度为Ts的单个基带 信号波形。 式(9.1 - 1)还可以变换为正交表示形式: sMQAM(t)= ( )cos( ) S c n n n A g t − nT w t +

SMQAM(t-2A,g(t-nTS )cos 9,]coswt-D2A,(t-nTS )sin g, ]sin wt X=An cOSO Y =Aninon 则式(9,1-2)变为 SMoAM(t)=Xng(t-nTs )cos 9, ]cosw t-I2Y, g(t-nT )sin 9, ]sin wt X(tcosw t-y(t)sin w t QAM中的振幅X和Yn可以表示为 X=CA Y=dA

A g t nT w t A g t nT w t S n c n S n c n n n sMQAM(t)= [ ( − )cos ]cos −[ ( − )sin ]sin 令 Xn=An cosφn Yn=An sinφn 则式(9.1 - 2)变为 sMQAM(t)= X g t nT w t Y g t nT w t S n c n S n c n n n [ ( − )cos ]cos −[ ( − )sin ]sin X t w t y t w t c c = ( )cos − ( )sin QAM中的振幅Xn和Yn可以表示为 Xn=cnA Yn=dnA

式中,A是固定振幅,cn、dn由输入数据确定。cn、dl决 定了已调QAM信号在信号空间中的坐标点。 QAM信号调制原理图如图9-1所示。图中,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X(t)和Y(,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

式中，A是固定振幅，cn、dn由输入数据确定。cn、dn决 定了已调QAM信号在信号空间中的坐标点。 QAM信号调制原理图如图 9 - 1 所示。图中，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

2到L4m「预调制 电平变换 LPF cos o t 已调信号输出 串/并变换 y() Sino t 2到B 预调制 电平变换 LPF 图9-1QAM信号调制原理图

图9-1 QAM信号调制原理图 2到L 电 平 变 换 2到L 电 平 变 换 预 调 制 LPF 预 调 制 LPF 串 / 并 变 换 cos  t sin t Am Bm y(t) 已 调 信 号 输 出 ∑

信号矢量端点的分布图称为星座图。通常,可以用星座 图来描述QAM信号的信号空间分布状态。对于M=16的 16QAM来说,有多种分布形式的信号星座图。两种具有代 表意义的信号星座图如图9-2所示。在图9-2(a)中,信号 点的分布成方型,故称为方型16QAM星座,也称为标准型 16QAM。在图9-2(b)中,信号点的分布成星型,故称为星 型16QAM星座。 若信号点之间的最小距离为2A,且所有信号点等概率 出现,则平均发射信号功率为 pls M ∑(c2+d)

信号矢量端点的分布图称为星座图。通常，可以用星座 图来描述QAM信号的信号空间分布状态。对于M=16 16QAM来说，有多种分布形式的信号星座图。 两种具有代 表意义的信号星座图如图 9 - 2 所示。在图 9 - 2(a)中， 信号 点的分布成方型，故称为方型16QAM星座，也称为标准型 16QAM。在图 9 - 2(b)中，信号点的分布成星型，故称为星 型16QAM星座。 若信号点之间的最小距离为2A，且所有信号点等概率 出现，则平均发射信号功率为 ( ) ( ) 2 1 2 2 n M n cn d M A p s =  + =

(02.61) (-3,)● (3,1) 4610)/(-261 (2610)(4610) 3,-3)● 图9-216QAM的星座图 (a)方型16QAM星座;(b)星型16QAM星座

图 9- 2 16QAM (a) 方型16QAM星座；(b) 星型16QAM星座 (－ 4.61,0) (－ 2.61,0) (2.61,0) (4.61,0) (0,2.61) (0,4.61) (0,－ 4.61) (0,－ 2.61) (－ 3,3) (－ 3,1) (－ 3,－ 3) (3,－ 3) (3,1) (3,3) (－ 1,－ 1) (－ 1,1) (a) (b)

对于方型16QAM,信号平均功率为 p(s)=1∑(c2+a)=1(4×2+8×10+4×18)=10A 对于星型16QAM,信号平均功率为 M pls) (cn+dn)=,(4×261+8×4612)=14034 M ∑ 16 两者功率相差14dB。另外,两者的星座结构也有重要的 差别。一是星型16QAM只有两个振幅值,而方型16QAM 有三种振幅值;二是星型16QAM只有8种相位值,而方型 l6QAM有12种相位值。这两点使得在衰落信道中,星型 16QAM比方型16QAM更具有吸引力

对于方型16QAM，信号平均功率为 2 2 2 1 2 2 (4 2 8 10 4 18) 10 16 ( ) ( ) A A c d M A p s n M n =  n + =  +  +  = = 对于星型16QAM，信号平均功率为 2 2 2 2 2 1 2 2 (4 2.61 8 4.61 ) 14.03 16 ( ) ( ) A A c d M A p s n M n =  n + =  +  = = 两者功率相差1.4dB。另外，两者的星座结构也有重要的 差别。一是星型16QAM只有两个振幅值，而方型16QAM 有三种振幅值；二是星型16QAM只有8种相位值，而方型 16QAM有12种相位值。这两点使得在衰落信道中，星型 16QAM比方型16QAM更具有吸引力

M=4,16,32,…,256时MQAM信号的星座图如图9-3 所示。其中,M=4,16,64,256时星座图为矩形,而M=32,128 时星座图为十字形。前者M为2的偶次方,即每个符号携带偶 数个比特信息;后者M为2的奇次方,即每个符号携带奇数个 比特信息、。 若已调信号的最大幅度为1,则MPSK信号星座图上信号 点间的最小距离为 丌 MPSK-2 SIn M 而MQAM信号矩形星座图上信号点间的最小距离为

M=4, 16, 32, …, 256 MQAM 信号的星座图如图 9 - 3 所示。其中，M=4, 16, 64, 256 时星座图为矩形，而M=32, 128 时星座图为十字形。前者M为2的偶次方，即每个符号携带偶 数个比特信息；后者M为2的奇次方，即每个符号携带奇数个 比特信息。 若已调信号的最大幅度为1，则MPSK信号星座图上信号 点间的最小距离为 dMPSK =2 sin       M  而MQAM信号矩形星座图上信号点间的最小距离为