QPSK、16QAM、64QAM

本文介绍了通信系统中的调制方式,包括BPSK、QPSK、8PSK、16QAM和64QAM等,并解释了每种方式如何通过相位和幅度的变化来表示不同的比特信息。

这些是通信系统中的调制方式:BPSK:Binary Phase Shift Keying  二相相移键控,一个符号代表1bit

QPSK:Quadrature Phase Shift Keying   四相相移键控,一个符号代表2bit

8PSK:8 Phase Shift Keying   八相相移键控,一个符号代表3bit

16QAM:16 Quadrature Amplitude Modulation  16正交幅相调制,一个符号代表4bit

64QAM:64 Quadrature Amplitude Modulation   64正交幅相调制,一个符号代表6bitPSK是相移键控(Phase Shift Keying),是通过相位的变化代表“0”和“1”的。BPSK中的B是“Binary”的意思,也就是有两个变化状态,比如说相位上的“+90°(代表1)、-90°(代表0)”,一个状态代表的就是一个比特。QPSK的“Q”是“Quadrature”的意思,有四个变化状态,如相位上的“+45°(代表00)、-45°(代表11)、+135°(代表10)、-135°(代表01)”,那么一个状态就代表两个比特的信息,如图2所示。同理8PSK的一个状态代表三个比特。


等到QAM调制方式的时候,由于要描述的状态多了,只靠相位区分状态就不够了(相互区别起来有些困难了),需要加入幅度的变化来表示一个状态,就像我们用手指的方向“上下左右”表示“北南东西”的时候,我们同时加上了胳膊伸的长度表示远近,胳膊全伸开表示很远,胳膊伸一半,表示较近。眼神不好的人还真看不出来。所以说对接收机的要求比较高了。16QAM就是状态空间为16,每个状态是4个比特的信息;而64QAM的状态空间是64,每个状态是6个比特的信息,如图3所示。我们看到64卦中,每一卦都是由6个“爻”(爻分阴阳,就像比特最小单位0和1一样)组成

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/4c5a3092749b003b7aaa4812e30bd506.jpeg

友情链接:

http://blog.youkuaiyun.com/rhel_admin/article/details/50252869

### 不同调制方式对应的带宽需求及特性 #### BPSK (Binary Phase Shift Keying) BPSK是一种简单的二元调制方案,在这种模式下,每个信号符号携带一位信息。由于其较低的数据速率和较高的抗噪能力,所需的带宽相对较小。对于给定的比特率\( R_b \),所需最小理论带宽大约为 \( W_{min} = R_b / 2 \)[^1]。 ```python bpsk_bandwidth = bit_rate / 2 ``` #### QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) QPSK通过四个不同的相位状态来表示两位的信息量。因此,在相同的信道条件下可以达到两倍于BPSK的数据传输效率而不需要增加额外的频谱资源。理论上讲,为了保持相同质量的服务水平,当采用QPSK时,相对于BPSK而言,实际使用的带宽大致不变或略有减少。 ```python qpsk_bandwidth = bpsk_bandwidth # 假设与BPSK相似 ``` #### 16-QAM (Quadrature Amplitude Modulation) 随着星座图复杂度提升至16个点,即每符号可承载四位信息,这使得数据吞吐量进一步提高。然而,更高的调制阶数也意味着更敏感的噪声影响以及对线性度的要求更高。通常情况下,16-QAM相比QPSK会占用更多带宽以维持性能优势,具体取决于系统的实现细节。 ```python # 这里假设了一个理想情况下的比例关系 sixteen_qam_bandwidth = qpsk_bandwidth * 1.5 ``` #### 64-QAM 在此配置中,单个符号能够编码六位信息,从而显著提升了频谱利用率。但是,这也带来了更大的误码风险和技术挑战。为了补偿这些因素并确保足够的链路裕度,往往需要更多的带宽支持。一般认为,相较于前几种方法,64-QAM可能需要约三到四倍以上的有效带宽。 ```python sixty_four_qam_bandwidth = sixteen_qam_bandwidth * 2.0 # 继续基于之前的估计值调整 ``` #### 256-QAM 作为最复杂的选项之一,256-QAM允许每个符号传递八位信息,极大地提高了数据密度。不过,随之而来的是对接收端硬件精度和平滑性的严格要求。尽管如此,如果条件许可,则可以在不明显扩大总带宽消耗的情况下获得更好的容量表现。实际上,256-QAM可能会比64-QAM多出一倍左右的有效带宽需求。 ```python two_fifty_six_qam_bandwidth = sixty_four_qam_bandwidth * 1.5 # 又一次按照一定比率增长 ```
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