通信原理(5)载波传输QAM

本文介绍QAM调制技术的基本原理,包括QAM调制、解调过程及星座图的应用。通过64QAM的例子说明如何使用星座图表示信号元素,并解释了相位调制和幅度调制是如何实现的。

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数字信号载波传输QAM

1 QAM调制

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2 QAM解调

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3 QAM星座图

星座图有两根轴。水平X轴与同相载波相关,垂直Y轴与正交载波相关。图中每个点,可以包含4条信息:点在X轴的投影定义了同相成分的峰值振幅,点在Y轴的投影定义了正交成分的峰值振幅,点到原点的连线(向量)长度是该信号元素的峰值振幅,连线和X轴之间的角度是信号元素的相位

例如64QAM,符号有64个,等于2的6次方,因此每个符号需要6bit的二进制来表示。根据幅度和相位的不同,每个信号元素所在的位置就不同,从其中一个点跳到另一个点,就意味着相位调制和幅度调制同时完成了。

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### 数字信号载波传输中的QAM正交幅度调制 #### QAM基本概念 QAM(Quadrature Amplitude Modulation),即正交幅度调制,是一种通过同时改变两个相位差为90度的正交载波信号的幅度来实现信息传输的技术[^1]。这种技术能够有效地提高频谱利用率,在相同的带宽条件下传送更多数据。 #### 工作原理 具体来说,QAM利用了两路相互垂直(即相差π/2弧度)的正弦波作为载波——通常记作同相信号\( I \) 和正交信号 \( Q \)[^3]。每一路都承载着不同的信息比特流,并各自经过独立的幅度调整过程;之后再把这两部分合成在一起形成最终发送出去的复合波形: \[ s(t) = A_I \cdot \cos(2\pi f_c t) + A_Q \cdot \sin(2\pi f_c t) \] 这里,\( A_I \) 和 \( A_Q \) 分别代表I路和Q路上对应的幅度系数,而 \( f_c \) 则是指定的中心频率[^4]。 #### MATLAB仿真示例 为了更好地理解这一过程,可以通过MATLAB来进行简单的QAM仿真实验。下面是一个用于生成并显示8-QAM星座图的小程序片段: ```matlab % 定义参数 M = 8; % 星座点数 k = log2(M); % 每符号携带bit数 dataBits = randi([0, 1], k*1000, 1); % 随机产生输入比特序列 symbols = bi2de(reshape(dataBits,k,[])); % 将比特映射到符号索引 constellationPoints = qammod(symbols,M,'UnitAveragePower',true); % 绘制星座图 scatterplot(constellationPoints); title('8-QAM Constellation Diagram'); xlabel('In-phase Component (I)'); ylabel('Quadrature Component (Q)'); grid on; axis equal; ``` 此代码创建了一个具有八个可能状态的QAM系统模型,并绘制出了这些状态下各个位置分布情况形成的图形化展示,也就是所谓的“星座图”。 #### 应用领域 由于其高效的数据传输能力以及良好的抗干扰性能,QAM广泛应用于现代通信系统之中,比如有线电视网络、Wi-Fi无线局域网标准IEEE 802.11系列协议里都有采用不同阶次的QAM方案来优化链路吞吐量与覆盖范围之间的平衡关系[^2]。
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