QAM调制解调

QAM－正交幅度调制QuadrateAmplitudeModulation9.19主要内容QAM的基本概念QAM的实现基于QAM调制的OFDM-CDMA系统自适应调制QAM的基本概念QAM的调制波形QAM星座图的概念、意义及设计16QAM与64QAM的一些仿真QAM的调制波形其中决定了已调QAM信号在信号星座图（矢量图）中的星座点（矢量点）的位置，是发送信号脉冲波形)2sin()()2cos()(])()Re[()(2tftgAtftgAetgjAAtScmscmctfjmsmcMQAMcmsmcAA,)(tgQAM的星座图的概念、意义及设计QAM星座图的含义QAM星座图的参数16QAM的两种星座图的比较QAM星座图的设计多进制QAM的星座图QAM的星座图含义星座图就是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。xy10BPSK星座图xy110100101101110011101111100110001010101100010000001000110101010001100111QPSK星座图16QAM星座图图2三种调制方式的星座图yxQAM星座图的参数（1）最小欧几里德距离最小欧几里德距离是MQAM信号星座图上星座点间的最小距离，该参数反映了MQAM信号抗高斯白噪声能力，可以通过优化星座图分布来得到最大值，从而抗干扰能力较强。QAM星座图的参数（2）最小相位偏移最小相位偏移是MQAM信号星座点相位的最小偏移，该参数反映了MQAM信号抗相位抖动能力和对时钟恢复精确度的敏感性，同样可以优化星座点的分布来获得最大值，从而获得更好的传输性能。16QAM的两种星座图比较（1）圆形16QAM矩形16QAM16QAM的两种星座图比较（2）从功率来看：假设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：矩形的16QAM信号平均功率＝10A2圆形的16QAM信号平均功率＝14.03A2两者功率相差1.4dB。即在相同的平均功率的情况下，矩形的最小欧几里德距离较圆形的大，因此抗干扰的能力较强。16QAM的两种星座图比较（3）从星座图的结构来说：圆形的16QAM有2个振幅值，矩形的有3个振幅值圆形的16QAM有8个相位值，矩形的有12个相位值，圆形的最小相位偏移为45度，而矩形的最小偏移为18度。因此，圆形的最小相位偏移比矩形的大，相应的其抗相位抖动的能力较强。星座图的设计（1－1）Gray编码（格雷码）Gray码是一种可靠性的编码，它将错误降低到最小，原因在于Gray码的两个码组之间只有一个bit不同。在星座图上，表现为相邻的星座点表示的m比特的码元采用Gray编码，可以有效的提高误码性能，降低误码率。星座图的设计（1－2）Gray编码设计xy10BPSK星座图xy110100101101110011101111100110001010101100010000001000110101010001100111QPSK星座图16QAM星座图图2三种调制方式的星座图yx星座图的设计（2－1）相位模糊对于四相调制信号，其载波相位有4个，在解调时本地恢复的相干载波的相位必须跟踪4个相位中的一个，每次跟踪的载波相位是随机的，这样在接收端就会造成相位模糊的现象。差分编码可克服相位模糊，如64QAM，用2bit进行差分编码，后4bit在星座图上采用90度旋转不变的点数分布。星座图的设计（2－3）差分编码设计多进制QAM的星座图16QAM与64QAM的一些仿真16QAM受干扰后的星座图两种64QAM星座图的仿真比较16QAM与64QAM的误码性能比较16QAM受干扰后的星座图两种64QAM星座图的仿真比较采用Gray码设计的星座图（红）采用自然码设计的星座图（蓝）16QAM与64QAM的误码性能比较（1）由于QAM的频带利用率的提高是以牺牲一定误码率为代价的，因此选择多进制的QAM调制，需要先预测信道质量，电平数不一定越高越好。这里给出16QAM，64QAM的仿真图形，可以看出，在相同信噪比的情况下，64QAM的误码性能比16QAM差，误码率高。16QAM与64QAM的误码性能比较（2）红色曲线－16QAM蓝色曲线－64QAMQAM的实现单路QAM的实现1）圆形16QAM的实现2）矩形16QAM的实现基于星座图解调方法的比较QAM-OFDM的实现原理圆形16QAM的实现（1）16进制星形QAM每个码元由4bit组成，每个码元的第一个比特，通过差分的方式来改变QAM向量的振幅。当输入的该比特为“l”时，则将当前码元的向量振幅，改变到与前一个码元的向量振幅不同的振幅环上；当输入的该比特为0时，则当前码元的向量振幅与前一码元相同；每个码元的其余三比特，通过Gray差分相位编码的方法来改变信号的相位，也就是说，通过Gray编码来改变当前码元信号向量与前一个码元信号向量的相位差。圆形16QAM的实现（2）例如，若输入为“000”，则当前码元的信号相位与前一个码元信号相位相同。当输入为001时，则当前码元的相位，在前一个码元信号相位的基础上增加，输入数据与相位差的关系如表所示：4/2/4/34/52/34/7输入数据当前码元的相位增量00000010111111011001101004/矩形16QAM的实现（1）以16QAM为例，这里Amc和Ams就为，g（t）是发送信号脉冲波形)2sin()()2cos()(])()Re[()(2tftgAtftgAetgjAAtScmscmctfjmsmcMQAMc3,1矩形16QAM的实现（2）电路实现基于星座图解调方法比较最小距离法划分区域法两种方法的比较最小距离法（1）步骤：接收到的R（是受到干扰后）信号为一个矢量a+bi,星座图中每个矢量，分别为，遍历1～16个星座点计算距离，得到16个距离值，比较得到最小值，返回所对应的星座图的点，判决为这个点。msmcjAA3,1最小距离法（2）运算量：判决一个符号需要：计算16次距离，每次距离用到2次平方及3次加减运算，同时，比较得到最小距离也需要一定的运算量。如冒泡方法需要n（n－1）/2次，n＝16，即120次。划分区域法（1）步骤：将接收信号分成实虚两部分，为I和Q，如右星座图有下列的比较语句判决：其中解调出的4bit为：abcdifI0a=0elsea=1;ifQ0c=0elsec=1;if–2dI2db=0elseb=1;if–2dQ2dd=0elsed=1;划分区域法（2）运算量：判决一个符号只需要进行ifelse的比较运算，前2bit用2次比较，后2bit用到2次比较，即每个符号通过4次比较后得到解调结果。两种方法的比较（1）两种方法的比较（2）从原理上来看，两种方法的性能是相同的，仿真图也验证了这一点。两种方法的运算量差别很大当接收点在两个星座点的中点时，在上述的两种方法中可以增加对相位的判别，否则对于中点的判决有可能出现50％的错判。QAM-OFDM的实现原理（1）IDFT的公式：)2sin()()2cos()(])()Re[()(2tftgAtftgAetgjAAtScmscmctfjmsmcMQAMc10))2sin()2)(cos((1)(1)]([)(10102NnnkNjnkNkXNekXNkXIDFTnxNkNknkNj单路QAM的调制公式：QAM-OFDM的实现原理（2）为了保证前后功率的一致，DFT与IDFT的公式为：因为QAM调制处在基带，故我们认为载波频率＝0，则OFDM的每路载波的载波间隔为。N路并行则分布，同理，DFT使得QAM在解调处形成多路。102102)(1)]([)()(1)]([)(NnknNjNknkNjenxNnxDFTkXekXNkXIDFTnxN22~0基于QAM调制的OFDM-CDMA系统OFDM-CDMA系统简介QAM调制在OFDM-CDMA中的实现OFDM-CDMA系统简介（1）三种多载波CDMA，都用到OFDM第一种是MC-CDMA；第二种是MC-DS-CDMA；第三种是MT-CDMA。文献“AnOverviewofMulti-CarrierCDMA”对这三种方案的误码率也进行了比较，结果表明在用户数较大时，MC-CDMA的性能明显优于其它两个系统，所以这里采用MC-CDMA系统。OFDM-CDMA系统简介（2）OFDM-CDMA系统的好处在于一方面在频域扩频，可以使多用户使用同一频率资源；另一方面，在时域上进行OFDM调制信号，则将高速的串行数据降速并行传输，同时其采用的CP可抗多径衰落和码间串扰，使得传输能力增强。.OFDM本身的特点可以使编码映射采用不同的方式。这样给自适应调制带来方便。QAM调制在OFDM-CDMA系统的实现框图扩频编码解映射去循环前缀加循环前缀IDFT编码映射串/并并/串串/并DFT并/串解扩用户u输入的串行数据用户1用户US（t）用户v接收到的串行数据发送到信道图MC-CDMA系统框图（分别为发射与接收框图）自适应调制自适应调制的基本思想自适应调制在OFDM-CDMA中的应用自适应调制在实现过程中应注意的方面自适应调制与固定调制的仿真自适应调制的基本思想自适应调制的基本思想是根据信道质量的好坏而自动地改变调制方式。一般情况下，为了保证通信系统的可靠性，通常采用BPSK或QPSK调制，但是，这两种调制方式的频带利用率太低。若当信道传输特性较好时，采用多进制调制方式，如8PSK，16QAM等，就可以提高频带利用率；若当信道传输特性较差时，就采用通常的调制方式，使误比特率保持在可以接受的程度。这样在保持一定的信号性能情况下，就可以尽量提高信息的传输速率。自适应调制在OFDM-CDMA中的应用信道16QAM调制QPSK调制BPSK调制扩频自适应调制选择加循环前缀IDFT串/并并/串去循环前缀串/并DFT并/串D/ADUCA/DDDC判定调制方式16QAM解调QPSK解调BPSK解调解扩用户u的数据信道估计图自适应调制在MC-CDMA系统中实现的仿真方案自适应调制在实现过程中应注意的方面自适应调制在一般实现的过程中需要注意的有以下几个方面：检测信道并估计根据估计值确定调制方式得到调制信息的同时需要有冗余bit来表示调制方式，并通知给接收方和反馈给发送方适合信道变化缓慢的通信环境自适应调制与固定调制的仿真图固定调制图自适应调制QAM－正交幅度调制End9.19