武汉理工大学：《通信原理》课程教学资源（课件讲稿）第7章 现代调制技术

武汉理工大学通信原理第7章现代调制技术

通信原理 第7章 现代调制技术

第7章现代调制技术武汉理工大学基础：第6章中我们讨论了数字调制的三种基本方式：数字振幅调制ASK、数字频率调制FSK、数字相位调制PSK（DPSK），这三种数字调制方式是数字调制的基础口问题：这三种数字调制方式都存在某些不足，如频谱利用率低、抗多径衰落能力差、功率谱衰减慢、带外辐射严重等。口措施：主要围绕着减小信号带宽以提高频带利用率；提高功率利用率以增强抗干扰性能：适应各种随参信道以增强抗多径衰落能力等展开

 基础：第6章中我们讨论了数字调制的三种基本方式：数 字振幅调制ASK、数字频率调制FSK、数字相位调制PSK （DPSK），这三种数字调制方式是数字调制的基础  问题：这三种数字调制方式都存在某些不足，如频谱利用 率低、抗多径衰落能力差、功率谱衰减慢、带外辐射严重 等。  措施：主要围绕着减小信号带宽以提高频带利用率；提高 功率利用率以增强抗干扰性能；适应各种随参信道以增强 抗多径衰落能力等展开。 第7章 现代调制技术

7.1正交振幅调制OAM武汉理工大学口7.1.1QAM调制原理用两路独立的数学基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的DSB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。>M进制正交振幅调制信号一般表示为：SMoAM(t) = Z Ang(t-nT,)cos(w,t +p,)式中是A基带信号幅度，Q.是基带信号相位，它们分别可以取多个离散值；g(t-nTp)是宽度为T的单个信号波形，上式还可以变换为正交表示形式SMoAM(t) =[ Ang(t -nTB)cos p,]cost -[Z Ang(t -nT)sinp,]sino,t1令 X,= A, cosPn ,Y, =-A, sinn可得: SMoAM(t)=[ZX,g(t-nT,)]cos O,t+[ZYg(t-nT,)]sinQ,t= X(t)coso,t+Y(t)sin o.t

 7.1.1 QAM调制原理 用两路独立的数字基带信号对两个相互正交的同频载波进 行抑制载波的DSB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。 7.1正交振幅调制QAM M进制正交振幅调制信号一般表示为： ( ) ( )cos( ) MQAM n B c n n S t A g t nT t       式中是An基带信号幅度，φn是基带信号相位，它们分别可 以取多个离散值；g(t-nTB )是宽度为TB的单个信号波形，上 式还可以变换为正交表示形式 ( ) [ ( )cos ]cos [ ( )sin ]sin MQAM n B n c n B n c n n S t A g t nT t A g t nT t           令 X A n n n  cos ， sin Y A n n n    可得： ( ) [ ( )]cos +[ ( )]sin ( )cos + ( )sin MQAM n B c n B c n n c c S t X g t nT t Y g t nT t X t t Y t t          

7.1正交振幅调制OAM武汉理工大学>QAM中的振幅Xn和Yn还可以表示为X,=c,AY,=d,AA是固定振幅，c,和d,是由输入数据确定的离散值，它们决定了已调OAM信号在信号空间中的坐标点。>QAM信号调制原理图2AX(t)2到L电平变换预调制LPF6★已调信号输出4cosw.t串/并变换Jy(t)sino.t57SY(t)2到L电平变换预调制LPF

 QAM中的振幅Xn和Yn还可以表示为 A是固定振幅， cn和dn是由输入数据确定的离散值，它们 决定了已调QAM信号在信号空间中的坐标点。 7.1正交振幅调制QAM n n n n X c A Y d A      QAM信号调制原理图 串/并变换 2到L电平变换 2到L电平变换 预调制LPF 预调制LPF + × × 已调信号输出 2 3 1 4 5 6 7 Am Bm y t( ) cos c  t sin c  t X t( ) Y t( )

7.1正交振幅调制OAM武汉理工大学口星座图：信号矢量端点的分布图。通常，可以用星座图来描述QAM信号的信号空间分布状态。口如图为16QAM的两种星座图1(0,4.61)3.3(3,3)(0,2.61)(-3, 1)(3,1)4.61.0)-2.61Q(2.61,0)(4.61,0)(-1.-1)-11(0,-2.61)(3.-33(0,4.61)（a）方型16QAM星座（b）星型16QAM星座

 星座图：信号矢量端点的分布图。通常，可以用星座图来 描述QAM信号的信号空间分布状态。  如图为16QAM的两种星座图 7.1正交振幅调制QAM . . . . . . . . . . . . . . . ( 1, 1)   ( 3, 3)   ( 3,1)  ( 3,3)  (3,3) (3,1) ( 1,1)  (3, 3)  . . . . . . . . . . . . . . . . (0, 4.61)  (0, 2.61)  (2.61,0)(4.61,0) (0, 2.61) (0, 4.61) ( 4.61,0)  ( 2.61,0)  （a）方型16QAM星座 （b）星型16QAM星座

7.1正交振幅调制OAM武汉理工大学>最小距离体现了噪声容限，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M42E(c,Mn=其中（cn，d，）是在信号空间的坐标点。对于方型160AM，信号平均功率为MA242(4×2+8×10+4×18)=10A>M16n=1对于星型16QAM，信号平均功率为MA2Z(8×2.612 +8×4.61)=14.03APM16n=1

 最小距离体现了噪声容限，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 其中（cn，dn）是在信号空间的坐标点。 对于方型16QAM，信号平均功率为 对于星型16QAM，信号平均功率为 2 2 2 1 ( ) M s n n n A P c d M     2 2 2 2 2 1 ( ) (4 2 8 10 4 18) 10 16 M s n n n A A P c d A M            2 2 2 2 2 2 2 1 ( ) (8 2.61 8 4.61 ) 14.03 16 M s n n n A A P c d A M          7.1正交振幅调制QAM

7.1正交振幅调制OAM武汉理工大学>从信号平均功率看，两者相差1.4dB，方型16QAM的平均功率更小。在星座结构方面，两者有着重要的差别。星型16QAM只有两个振幅值，而方型16QAM有三种振幅值；星型16QAM只有8种相位值，而方型16QAM有12种相位值。>这两个特点使得在衰落信道中，星型16QAM比方型16QAM更具有吸引力，尽管在信号点最小距离相同的情况下，方型的信号平均功率更低

 从信号平均功率看，两者相差1.4dB，方型16QAM的平均 功率更小。在星座结构方面，两者有着重要的差别。 星型16QAM只有两个振幅值，而方型16QAM有三种振幅 值； 星型16QAM只有8种相位值，而方型16QAM有12种相位值。  这两个特点使得在衰落信道中，星型16QAM比方型 16QAM更具有吸引力，尽管在信号点最小距离相同的情 况下，方型的信号平均功率更低。 7.1正交振幅调制QAM

7.1正交振幅调制OAM武汉理工大学M=4,16,32....,256时MQAM信号的星座图如图所示M=256

 M＝4,16,32,.,256时MQAM信号的星座图如图所示。 M  256 M  128 M  64 M  32 M  16 M  4 7.1正交振幅调制QAM

7.1正交振幅调制OAM武汉理工大学口16QAM和16PSK的星座图(a)16QAM(b）16PSK>MPSK信号星座图上信号点间的最小距离为= 2sin(MPSKM

 16QAM和16PSK的星座图 . . . . . . . . . . . . . . . . 16QAM d 1 . . . . . . . . . . . . . . . . 16PSK d 1 （a）16QAM （b）16PSK MPSK信号星座图上信号点间的最小距离为 2sin( ) MPSK d M   7.1正交振幅调制QAM

7.1正交振幅调制OAM武汉理工大学而MQAM信号矩形星座图上信号点间的最小距离为aMOAML-1 M-1式中，L为星座图上信号点在水平轴和垂直轴上投影的电平数，M-L?。》由式上式可以看出，当M=4时，d4psk=d4QAM，实际上，4PSK和4QAM的星座图完全相同。当M=16时，d160AM=0.47，而d16Psk=0.39，d16PSk>d160AM，这表明，16QAM系统的抗干扰能力优于16PSK

而MQAM信号矩形星座图上信号点间的最小距离为 式中，L为星座图上信号点在水平轴和垂直轴上投影的电 平数，M=L2 。  由式上式可以看出，当M=4时，d4PSK=d4QAM，实际上， 4PSK和4QAM的星座图完全相同。当M=16时，d16QAM =0.4 7，而d16PSK=0.39，d16PSK>d16QAM，这表明，16QAM系统的 抗干扰能力优于16PSK。 2 2 1 1 MQAM d L M     7.1正交振幅调制QAM