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QAM和星座图
&&本文是关于QAM调制技术和星座图应用的一篇读书报告,介绍了星座图在QAM调制中的一些应用。
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QAM是Quadrature Amplitude Modulation的缩写，中文译名为“正交振幅调制”，其幅度和相位同时变化，属于非恒包络二维调制。QAM是正交载波调制技术与多电平振幅键控的结合 。
正交是一种将两种调幅信号（2ASK和2PSK）汇合到一个的方法，因此会双倍扩展有效，正交调幅被用于脉冲调幅。正交调幅信号有两个相同频率的，但是相差90度（四分之一周期，来自积分术语）。一个信号叫I信号，另一个信号叫Q信号。从数学角度将一个信号表示成正弦，另一个表示成余弦。两种被的在发射时已被混和。到达目的地后，被分离，数据被分别提取然后和原始信息相混和。
QAM是用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频进行抑制载波双边带调幅，利用这种已调信号的频谱在同一内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。该方式通常有QAM（4QAM）、QAM（l6QAM）、QAM（64QAM）…，对应的空间信号端点分布图称为，分别有4、16、64…个矢量端点。电平数m和信号状态M之间的关系是对于4QAM，当两路信号相等时，其产生、解调、性能及均与4PSK相同。
在QAM（）中，数据信号由相互正交的两个的变化表示。的和数字信号的（相移键控）可以被认为是不变、仅有变化的特殊的。因此，相位调制和数字信号的PSK（相移键控）也可以被认为是QAM的特例，因为其本质上就是。
QAM是一种，将输入先映射（一般采用）到一个复平面（）上，形成复数调制符号，然后将符号的I、Q分量（对应复平面的实部和虚部，也就是水平和垂直方向）采用幅度调制，分别对应调制在相互正交（正交）的两个（coswt和sinwt）上。这样与幅度调制(AM)相比，其频谱利用率将提高1倍。QAM是、联合的技术，它同时利用了的幅度和相位来传递信息，因此在最小距离相同的条件下可实现更高的利用率，QAM最高已达到1024-QAM（1024个样点）。样点数目越多，其越高，例如具有16个样点的16-QAM信号，每个样点表示一种状态，16-QAM有16态，每4位数规定了16态中的一态，16-QAM中规定了16种和的组合，16-QAM的每个符号和周期传送4。
QAM器的原理是发送数据在比特/符号（也就是串–并转换器）内被分成两路，各为原来两路信号的1/2，然后分别与一对正交调制分量相乘，求和后输出。接收端完成相反过程，正交解调出两个相反码流，补偿由引起的，判决器识别复数信号并映射回原来的信号。如图4-2所示的是16-QAM的原理图。作为信号的输入经过串–并变换后变成四路并行数据流。这四路数据两两结合，分别进入两个，转换成两路4电平数据。例如，00转换成-3，01转换成-1，10转换成1，11转换成3。这两路4电平数据g1（t）和g2（t）分别对cos2πfct和sin2πfct进行，然后相加，即可得到16-QAM信号。
采用QAM技术，至少要等于速率，为了定时恢复，还需要另外的带宽，要增加15%左右。与其他技术相比，QAM编码具有能充分利用、抗噪声能力强等优点。但QAM技术用于ADSL的主要问题是如何适应不同电话线路之间较大的性能差异。要取得较为理想的工作特性，QAM接收器需要一个和发送端具有相同的频谱和相应特性的输入信号用于，QAM接收器利用自适应来补偿传输过程中信号产生的，因此采用QAM的ADSL系统的复杂性来自于它的自适应均衡器。
当对的要求高过8-PSK能提供的上限时，采用QAM的方式。因为QAM的点比PSK的星座点更分散，点之间的距离因此更大，所以能提供更好的传输性能。但是QAM点的不是完全相同的，所以它的
解调器需要能同时正确检测和幅度，不像PSK解调只需要检测相位，这增加了QAM解调器的复杂性。
QAM通过某些参数的变化传输信息。在QAM中，数据信号由相互正交的两个载波的变化表示。 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，模拟信号相位和数字信号PSK也可以被认为是QAM的特例，因为它们本质上就是相位调制。这里主要讨论数字信号的QAM，虽然模拟信号QAM也有很多应用，例如和PAL制式的电视系统就利用正交的载波传输不同的颜色分量。
类似于其他数字方式，QAM发射的信号集可以用方便地表示，上每一个星座点对应发射信号集中的那一点。点经常采用水平和垂直方向等间距的正方配置，当然也有其他的配置方式。数字通信中数据常采用数表示，这种情况下点的个数是2的幂。常见的QAM形式有16-QAM、64-QAM、256-QAM等。点数越多，每个符号能传输的就越大。但是，如果在的平均能量保持不变的情况下增加星座点，会使星座点之间的距离变小，进而导致上升。因此高阶星座图的比低阶要差。
QAM信号采取正交相干解调的方法解调。解调器首先对收到的QAM信号进行正交相干解调。LPF滤除乘法器产生的高频分量。输出经抽样判决可恢复出mx(t)和y(t)。因为和取值为±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）。根据多进制与之间的关系，经m/2转换，可将m转换为二进制基带信号x'(t)和y'(t)。
数字通信中经常用错误率（包括误符号率和误）与信噪比的关系衡量和解调方式的性能。下面给出一些概念的记法，以得到下错误率的表达式：
M =点的个数
Eb =平均能量
Es =平均符号能量
N0 =功率谱密度
Pbc=每个正交上的误率
Ps =误符号率
Psc =每个正交上的误符号率
QAM矩形QAM
QAM（RectangularQAM）的呈矩形配置。因为矩形QAM信号之间的最小距离并不是相同能量下最大的，因此它的误码率性能没有达到最优。不过，考虑到矩形QAM等效于两个正交上的（PAM）的叠加，因此矩形QAM的比较简单。而后面介绍的非矩形QAM虽然能达到略好一些的误码率性能，但是付出的代价是困难得多的调制和。
最早的矩形QAM是16-QAM。其原因是很容易就看得出来2-QAM和4-QAM实际上是相移键控（BPSK）和（），而8-QAM则有将单数位的位分到两个上的问题，8-PSK要容易得多，因此8-QAM很少被使用。
QAM非矩形QAM
QAM本身有许多可以使用的排列。环状8-QAM是最佳的8-QAM，它可以使用最低的平均来达到最小的度量。环状的16-QAM是亚优化的。环状的QAM非常好地显示出QAM与相移键控之间的关系。不规则QAM的错误率很难广泛地给出，因为它们按其排列各不相同。
虽然对一个特别的M有最佳的、不规则的QAM，但是人们还是使用规则的QAM，因为它们的和解调要方便得多。
QAMQAM分析仪
QAM分析仪是安装和维护的综合解决方案，用来测试上的DVB-C（有线数字广播）信号。它向工程师提供精确检验送至质量所需的测量功能。所有的测量都很容易接入，并以清楚的图形显示呈现测量结果。
前端设备安装和维护；
系统检验；
现场安装和维护；
器生产或；
在6MHz中的OptJ91-测试；
测量能力；
QQAM分析仪解调和精确测量经DVB-C系统运载的16，64或256QAM信号。它提供新的测量度量标准，这些标准对于表征信号和查找问题都是必须的。图形显示器、清楚的用户界面以及单键测量能力将有助于模拟工程师方便地转向数字电线电视。
QAMQAM数字调制器
QAM数字器作为系统的前端设备，接收来自、复用器、、服务器等设备的TS流，进行RS编码、卷积编码和QAM数字调制，输出的信号可以直接在有线电视网上传送，同时也可根据需要选择中频输出。它以其灵活的配置和优越的性能指标，广泛的应用于数字有线电视传输领域和数字MMDS系统。
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基于数字锁相环的QAM载波恢复
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http://www.wendangku.net/doc/94dd88d0d26bd1.html
微　处　理　机　　θ[n ]=w c n +θc (w c 和θc 是载波的频率和相
位)。而考虑到实现的原因,我们一般把它表示为迭代式:
θ[n ]=θ[n -1]+w c
为了跟踪时变相位,我们需要加上n 时刻的相位偏移量d [n ],因此迭代式变为:
θ[n ]=θ[n -1]+w c +d [n ]
在实现中我们将用这个公式对NCO 进行相位调整。2.2　相位检测器相位检测器就是为了检测相干解调信号和载波之间的时变相位差。我们假设接收到的QAM 信号是:
y i (n )-y q (n )=sin (θ1(n )-θ2(n ))而NCO 的输出信号是:
sin (w 0n +θ2(n ))和sin (w 0n +
Φ2)接收到的QAM 信号相位可以表示为:　　w c n +Φ1=w 0n +[(w c -w 0)n +Φ1]=w 0n +θ1(n )
为了表达方便,把NCO 输出信号的相位表示为:
　w 0n +θ2(n )因此接收到的QAM 信号可以重新表示成:　r (n )=a (n )cos (w 0n +θ1(n ))+b (n )sin (w 0n +θ1(n ))
而NCO 的输出则可以表示为:cos (w 0n +θ2(n ))和sin (w 0n +θ2(n ))于是接收到的信号和相干解调信号相乘并经过LPF 之后可得:
y i (n )=a (n )cos (θ1(n )-θ2(n ))+　　　b (n )sin (θ1(n )-θ2(n ))y q (n )=b (n )cos (θ1(n )-θ2(n ))-　　　a (n )sin (θ1(n )-θ2(n ))
因为我们用的是全1的前导序列,因此a (n )=b (n )。再用上面两式相减:y i (n )-y q (n )=sin (θ1(n )-θ2(n ))当接收端相干解调信号和发射端载波信号的频差足够小的时候,可以说
θ1(n )-θ2(n )=sin (θ1(n )-θ2(n ))这就是估计的相位差值,我们将把它作为环路滤波器的输入。2.3　环路滤波器
相位误差将从同步环路滤波器反馈到NCO 并对NCO 的相位作调整。环路滤波器一般都是一个低通滤波器:
y (n )=β×x (n )+α×y (n -1)
一般我们选择β=1-α。
可以选择α=0.4,K =0.15开始进行调试锁相环。而后根据不同的要求来改变这些参数。特别时调整α和β的值,这两个值的大小能改变环路滤波器的带宽。带宽的大小会影响环路的收敛快慢。
3　MAT LAB 仿真
3.1　收敛速度分析
按照以上方法搭建的仿真系统,当在不同的载波频率和频差下,如果能恰当的设置环路滤波器的参数,那么就可以很好地实现载波提取。如下给出一些配置和仿真结果。图2是载波频率为70MHz,采样频率为140MHz,频偏为1KHz,而K =0.15,α=0.4下的载波同步结果。
α=0.4下的收敛性环路滤波器参数的选择将对系统的收敛有很大
的影响。当减少环路滤波器的带宽时,同步收敛时间要求越长。如同样是在载波频率为70MHz,采样频率为140MHz,频偏为1KHz,而K =0.15但是让α=0.9,也就是减小环路滤波器的带宽,那么系统的收敛时间会比图2要慢,如图
3。由此可知,环路滤波器的带宽确实决定了系统的收敛时间。
α=0.9下的收敛性而这里提出的载波提取方案是基于前导序列的基础上的。因此收敛的快慢将影响到所要求的前导
序列的长短。前导序列越短,信道的利用率就越高,反之则会减少信道利用率。因此我们要在保证环路正确收敛的基础上正确选择环路滤波器参数,让它能以最快速度收敛。以节省信道开销。
(下转第18页)
?61?2007年　
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QAM调制解调系统中载波恢复... 5页 免费 基于扫频算法的QAM载波恢复... 5页...3.1.2数字锁相环的设计一般来说,载波恢复在均衡之后进行,此时接收到的符号一般...2.1 慢环路 QAM 接收机的载波恢复慢环路由锁频器(FD)和锁频锁相 器(PFD)...它采用简化的基于最大似然准则的 GFD (Gardner’s frequency detector )—RCFD...4QAM(QPSK)的整个调制解调系统,并重点就载波恢复 ...将这个信号送人锁 相环进行锁相,通过多次循环使 ...其中,调制主程 基于 上述理 论,本文 在运用 序中...判决反馈环算法传统的面向判决锁相环法 (Decision Directed PLL,即 DD-PLL,...基于RC_DD算法的QAM载波... 3页 1下载券 QAM调制载波恢复方法研究... 5页...数字传输系统接收端 的QAM解调器中需要通过载波恢复(...本文论述采用特殊的锁相环来获得相干载波的方法,其...这种PFD是基于传统的PD提出来的,其基本思想是检测出...本文提出的符号同步环路是基于数字锁相环 (D PLL ...而且时钟锁定于载波锁定无关, 可以先于载波恢复锁定...QAM全数字接收机载波相位... 5页 免费 基于DSPBuilder...基于多门限极性判决的QAM载波恢复算法_数学_自然科学_专业资料。第 14 卷第 1...4.2 环路滤波器和NCO结构 锁相环 [10,11] 是由鉴相器,一阶环路滤波器和...(7-05 基于扫频算法的 QAM 载波恢复技术研究汪 建 1,刘华平 2...在给定 一段 时间里,如果锁相环路不能锁定频偏,那么 NCO 就要切换到 下一...基于扫频算法的QAM载波恢... 5页 4下载券 QAM调制载波恢复方法研究... 5页...将这个信号送入锁 相环进行锁相 , 通过多次循环使 得输出相位与载波相位相同 ...基于RC_DD算法的QAM载波恢复方法设计_信息与通信_工程科技_专业资料。基于RC_DD...扫频算法工作时先让数控振 荡器( DCO) 工作在一个频点, 再让锁相环开始...