QAM正交幅度调制
QAM
所属分类：无线电电子学移动通信通信通信技术
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QAM
QAM（Quadrature Amplitude Modulation）：正交振幅调制。正交振幅调制，这是近年来被国际上移动通信技术专家十分重视的一种信号调制方式。QAM是数字信号的一种调制方式，在调制过程中，同时以载波信号的幅度和相位来代表不同的数字比特编码，把多进制与正交载波技术结合起来，进一步提高频带利用率。
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1 简介
2 原理
3 产生
4 特点
5 应用
6 相关词条
7 参考资料QAM-简介
图1 4QAM、16QAM星座图、
64QAM星座图
正交调幅是一种将两种调幅信号汇合到一个信道的方法，因此会双倍扩展有效带宽。正交调幅被用于脉冲调幅，特别是在无线网络应用。
正交调幅信号有两个相通频率的载波，但是相位相差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，一个信号可以表示成正弦，另一个表示成余弦。两种被调制的载波在发射时已被混和。到达目的地后，载波被分离，数据被分别提取然后和原始调制信息相混和。
QAM是用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波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带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。该调制方式通常有二进制QAM（4QAM）、四进制QAM（l6QAM）、八进制QAM（64QAM）、…，对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图，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，当两路信号幅度相等时，其产生、解调、性能及相位矢量均与4PSK相同。
QAM-原理
QAM
在QAM（正交幅度调制）中，数据信号由相互正交的两个载波的幅度变化表示。模拟信号的相位调制和数字信号的PSK（相移键控）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。因此，模拟信号频率调制和数字信号的FSK（频移键控）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NTSC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。QAM 是一种矢量调制，将输入比特先映射（一般采用格雷码）到一个复平面（星座）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（时域正交）的两个载波（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是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比
特，因此在最小距离相同的条件下可实现更高的频带利用率，QAM最高已达到1024-QAM（1024个样点）。样点数目越多，其传输效率越高，例如具有16个样点的16-QAM信号，每个样点表示一种矢量状态，16-QAM有16态，每4
位二进制数规定了16态中的一态，16-QAM中规定了16种载波和相位的组合，16-QAM的每个符号和周期传送4比特。QAM调制器的原理是发送数据在比特/符号编码器（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，均衡器补偿由信道引起的失真，判决器识别复数信号并映射回原来的二进制信号。如图4-2所示的是16-QAM的调制原理图。作为调制信号的输入二进制数据流经过串–并变换后变成四路并行数据流。这四路数据两两结合，分别进入两个电平转换器，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）分别对载波cos2πfct和sin2πfct进行调制，然后相加，即可得到16-QAM信号。图2 16QAM信号电平与信号状态关系
采用QAM调制技术，信道带宽至少要等于码元速率，为了定时恢复，还需要另外的带宽，要增加15%左右。与其他调制技术相比，QAM编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力
强等优点。但QAM调制技术用于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解码，QAM接收器利用自适应均衡器来补偿传输过程中信号产生的失真，因此采用QAM 的ADSL系统的复杂性来自于它的自适应均衡器。当对数据传输速率的要求高过8-PSK能提供的上限时，采用QAM的调制方式。因为QAM的星座点比PSK的星座点更分散，星座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星座点的幅度不是完全相同的，所以它的解调器需要能同时正确检测相位和幅度，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-产生
产生
QAM通过载波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幅度变化表示。
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
号频率调制和数字信号FSK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NTSC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。
类似于其他数字调制方式，QAM发射的信号集可以用星座图方便地表示，星座图上每一个星座点对应发射信号集中的那一点。星座点经常采用水平和垂直方向等间距的正方网格配置，当然也有其他的配置方式。数字通信中数据常采用二进制数表示，这种情况下星座点的个数是2的幂。常见的QAM形式有16-QAM、64-QAM、256-QAM等。星座点数越多，每个符号能传输的信息量就越大。但是，如果在星座图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，进而导致误码率上升。因此高阶星座图的可靠性比低阶要差。当对数据传输速率的要求高过8-PSK能提供的上限时，采用QAM的调制方式。因为QAM的星座点比PSK的星座点更分散，星座点之间的距离因之更大，所以能提供更好的传输性能。但是QAM星座点的幅度不是完全相同的，所以它的解调器需要能同时正确检测相位和幅度，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。低通滤波器LPF 滤除乘法器产生的高频分量。LPF输出经抽样判决可恢复出
m电平信号x(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）。根据多进制码元与二进制码元之间的关系，经m/2转换，可将电平信号m转换为二进制基带信号x＇(t)和y＇(t)。
QAM-特点
特点
1、性能
数字通信中经常用错误率（包括误符号率和误比特率）与信噪比的关系衡量调制和解调方式的性能。下面给出一些概念的记法，以得到AWGN信道下错误率的表达式：M=星座点的个数
Eb=平均比特能量
Es=平均符号能量
N0=噪声功率谱密度
Pb=误比特率
Pbc=每个正交载波上的误比特率
Ps=误符号率
Psc=每个正交载波上的误符号率2、矩形QAM
矩形QAM（RectangularQAM）的星座图呈矩形网格配置。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等效于两个正交载波上的脉冲幅度调制（PAM）的叠加，因此矩形QAM的调制解调比较简单。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解调。
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实际上是二进制相移键控（BPSK）和正交相移键控（QPSK），而8-QAM则有将单数位的位分到两个载波上的问题，8-PSK要容易得多，因此8-QAM很少被使用。
3、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能量来达到最小的欧几里德度量。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，因为它们的调制和解调要方便得多。
QAM-应用
QAM芯片
1、QAM分析仪
QAM分析仪是RF安装和维护的综合解决方案，用来测试有线电视系统上的DVB-C（有线数字视频广播）信号。它向工程师提供精确检验送至用户业务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。应用：
前端设备安装和维护；
系统检验；
现场安装和维护；
调制器生产或验收测试；
在6MHz信道带宽中的OptJ91-调制测试；
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有线电视工程师方便地转向数字电线电视。
调制器
2、QAM数字调制器
QAM数字调制器作为DVB系统的前端设备，接收来自编码器、复用器、DVB网关、视频服务器等设备的TS流，进行RS编码、卷积编码和QAM数字调制，输出的射频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。
《通信原理》课程设计 报告 二○一三～二○一四学年第一学期 学号 姓名 班级 电子工程系
目录 第一章绪论 (4) 1．1 QAM简介 (4) 第二章正交振幅调制 (5) 2．1 MQAM信号的星座图 (5) 2. 2 QAM的调制解调原理 (6) 第三章 16QAM调制解调系统实现与仿真 (6) 3.1 16QAM 调制模块的模型建立与仿真 (7) 3.1.1 串并转换模块 (7) 3.1.2 2/4电平转换模块 (9) 3.1.3 其余模块与调制部分的结果 (10) 3.2 16QAM解调模块的模型建立与仿真 (11) 3.2.1 相干解调 (11) 3.2.2 4/2电平判决与毛刺消除仿真电路 (11) 3.2.3 并串转换与最终解调结果对比 (13) 第四章仿真结果分析及总结 (15) 4.1 仿真结果分析 (15) 4.2 总结 (15)
第一章绪论 1.1 QAM简介 随着现代通信技术的发展，特别是移动通信技术高速发展，频带利用率问题越来越被人们关注。在频谱资源非常有限的今天，传统通信系统的容量已经不能满足当前用户的要求。正交幅度调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)以其高频谱利用率、高功率谱密度等优势，成为宽带无线接入和无线视频通信的重要技术方案。正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)是一种频谱利用率很高的调制方式，其在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛应用。在移动通信中，随着微蜂窝和微微蜂窝的出现，使得信道传输特性发生了很大变化。作为国际上移动通信技术专家十分重视的一种信号调制方式之一，正交振幅调制（QAM）在移动通信中频谱利用率一直是人们关注的焦点之一。 正交振幅键控是将两种调幅信号（2ask和2psk）汇合到一个信道的方法，因此会双倍扩展有效带宽。正交调幅被用于脉冲调幅，特别是在无线网络应用。正交调幅信号有两个相同频率的载波，但是相位相差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可以表示成正弦，另一个表示成余弦。两种被调制的载波在发射时已被混和。到达目的地后，载波被分离，数据被分别提取然后和原始调制信息相混和。 QAM是用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波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带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。该调制方式通常有二进制QAM（4QAM）、四进制QAM（l6QAM）、八进制QAM（64QAM）、…，对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图，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，当两路信号幅度相等时，其产生、解调、性能及相位矢量均与4PSK相同。正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)是一种频谱利用率很高的调制方式，其在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛应用。 第二章正交振幅调制 2.1 MQAM信号的星座图 正交振幅调制（QAM）是一种矢量调制，它是将输入比特先映射（一般采用格雷码）到一个复平面（星座）上，形成复数调制符号。正交调幅信号有两个相同频率的载波，但是相位相差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可以表示成正弦，另一个表示成余弦。两种被调制的载波在发射时已被混和。到达目的地后，载波被分离，数据被分别提取然后和原始调制信息相和。这样与之作幅度调制（AM）相比，其频谱利用率高出一倍。
幅度/相位调制 过去几十年随着数字信号处理技术与硬件水平的发展，数字收发器性价比已远远高于模拟收发器，如成本更低，速度更快，效率更高。更重要的是数字调制比模拟调制有更多优点，如高频谱效率，强纠错能力，抗信道失真以及更好的保密性。正是因为这些原因，目前使用的无线通信系统都是数字系统。 数字调制和解调的目的就是将信息以比特形式（0/1）通过信道从发送机传输到接收机。数字调制方式主要分为两类：1）幅度/相位调制和2）频率调制。两类调制方式分别又成为线性调制和非线性调制，在优劣势上也各有不同，因此，调制方式的选择最终还需要取决于多方面的最佳权衡。 本文就对幅度/相位调制加以讨论，全文整体思路如下： 1 信号空间分析 在路径损耗与阴影衰落中已提出发送信号与接收信号的模型以复信号的实部来表示，而在本文中为了便于分析各调制解调技术，我们必须引入信号的几何表示。 数字调制将信号比特映射为几种可能的发送信号之一，因此，接收机需要对各个可能的发送信号做比较，从而找出最接近的作为检测结果。为此我们需要一个度量来反映信号间的距离，即将信号投影到一组基函数上，将信号波形与向量一一对应，这样就可以利用向量空间中的距离概念来比较信号间的距离。 1.1 信号的几何表示 向量空间中各向量可由其基向量表示，而在无线通信中，我们也可把信号用其相应的基函数来表示。本文我们讨论的幅度/相位调制的基函数就是由正弦和余弦函数组成的： 21()()cos (2)c t g t f t φπ=(1) 22()()sin (2)c t g t f t φπ=(2) 其中g (t )是为了保证正交性，即保证 220()cos (2)1T c g t f t dt π=? (3) 20()cos(2)sin(2)0T c c g t f t f t dt ππ=? (4) 则信号可表示为 12()()cos(2)()sin(2)i i c i c s t s g t f t s g t f t ππ=+ (5) 则向量s i =[s i1，s i2]T 便构成了信号s i (t )的信号星座点，所有的星座点构成信号星座图，我们把信号s i (t )用其星座点s i 表示的方法就叫做信号的几何表示。而两个星座点s i 和s k 之间的距离就是采用向量中长度的定义，这里不再赘述。 2 幅度/相位调制 相位/幅度调制主要分为3种： 1）脉冲幅度调制(MPAM)：只有幅度携带信息；
实验五正交幅度调制16QAM 一概述 由于通信信道受频带的限制，必须不断提高频带利用率，如M（M>2）调制方式的研究。一般说来，多进制都能在相同频带内以更快的速率来传递信息，但是，随着M的增加，信号空间图中的各点最小距离减小，相应的判决区也减小，从而信号的可靠性降低了。要保证可靠性，必须提高发射功率。 振幅相位联合键控（APK）在M较大的情况下，不仅可以提高系统的频带利用率，且设备简单。16QAM是APK的一种实现方式，是用两路数字信号分别对两个互相正交的同频载波进行同步调制，再将两个已调的双边带信号合成后进行传输。由于采用了幅度调制与解调，不但设备简单，且在频带和功率利用上也最有效。但16QAM不属于恒定包络调制方式，因而不适用于具有非线性部件的信道。 二原理及框图 16QAM第i个信号的表达示为：Si(t)=Aicos(ω 0t+ φ i) I=1,2,…. 1 调制部分：16QAM的产生有两种方法： 正交调幅法：它是用两路正交的4电平ASK信号叠加而成； 复合相移法：它是用两路正交的4电平PSK信号叠加而成； 在这里采用正交调幅法。 原理框图如下： 2解调部分 由于是采用正交调幅法，所以它的解调器必是一个正交相干解调器。 三步骤 1根据16QAM调制解调原理,用Systemview软件建立一个仿真电路:
2元件参数配置 Token0,3 基带信号—PN码序列（频率=50HZ；电平=2） Token 2,5,7,8 相乘器 Token 4,15 载波（频率=1000HZ，[4]正弦，[15]余弦） Token 9,10 模拟低通滤波器（极点数=9，截止频率=275HZ） Token 6 相加器 Token 1,11,12,13,14 信号观察点—分析窗 3运行时间设置运行时间= 1秒；采样频率=8000HZ 4运行系统 在系统窗运行系统后，转到分析窗观察所设五个点的波形。 5在分析窗内绘出星座图 四16QAM运行结果 1 调制信号波形放大后如图： 2 原信号和解调后的信号
多进制正交振幅调制技术及其在衰落信道下实现 1.背景： 在数字通信中．调制解调方式有三种基本方式：振幅键控、频移键控和相位键控。但单纯的这三种基本方式在实际应用中都存在频谱利用率低、系统容量少等不足。而在现代通信系统中，通信用户数量不仅在不断增加，人们亦不满足传统通信系统的单一语音服务，希望进行图像、数据等多媒体信息的通信。因此，传统通信调制解调方式的容量已经越来越不能满足现代通信的要求。近年来，如何在有限的频率资源中提供高容量、高速率和高质量的多媒体综合业务，是数字通信调制解调领域中一个令人关注的课题。 通过近十多年来的研究，分别针对无线通信信道和有线通信信道的特征，提出了不同的高频谱利用率和高质量的调制解调方案。其中的QAM调制解调方案为：发送数据在比特／符号编码器内被分成速率各为原来1／2的两路信号，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，解调出两个正交码流．均衡器补偿由信道引起的失真，判决器识别复数信号并映射回二进制信号。不过．采用QAM调制技术，信道带宽至少要等于码元速率，为了码元同步，还需要另外的带宽，一般要增加15％左右。 2.QAM基本原理： 在QAM（正交幅度调制）中，数据信号由相互正交的两个载波的幅度变化表示。模拟信号的相位调制和数字信号的PSK（相移键控）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。因此，模拟信号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，因为其本质上就是相位调制。 QAM是一种矢量调制，将输入比特先映射（一般采用格雷码）到一个复平面（星座）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（时域正交）的两个载波（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是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下可实现更高的频带利用率，QAM最高已达到1024-QAM（1024个样点）。样点数目越多，其传输效率越高，例如具有16个样点的16-QAM信号，每个样点表示一种矢量状态，16-QAM有16态，每4位二进制数规定了16态中的一态，16-QAM中规定了16种载波和相位的组合，16-QAM 的每个符号和周期传送4比特。 QAM调制器的原理是发送数据在比特/符号编码器（也就是串–并转换器）内被分成两
题目：基于MATLAB的正交振幅 调制与解调仿真 学生姓名： 学生学号： 系别： 专业： 届别： 指导教师： 电气信息工程学院制 2012年5月
基于MATLAB的正交振幅调制与解调仿真 学生： 指导老师： 电气信息工程学院 1课程设计的任务与要求 1.1课程设计的任务 本课程设计通过Matlab，Simulink软件来仿真正交振幅调制和解调，要求进一步理解QAM，并掌握Matlab，Simulink软件的使用。 1.2课程设计的要求 设计平台为Matlab集成环境，在Matlab，Simulink软件下输入仿真程序，运行该程序，观察波形前后的变化。独立完成所有的设计。 1.3课程设计的研究基础 正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation, QAM ）是一种高效的数字调制解调方式，它在中、大容量数字微波通信系统、有线电视网络高数据传输、卫星通信等领域被广泛使用。 在多进制键控体制中，相位键控的带宽和功率占用方面都具有优势，即带宽占用小和比特信噪比要求低。因此，MPSK和MDPSK为人们所喜用。但是，在MPSK体制中，随着Ｍ的增大，相邻相位的距离逐渐减小，使噪声容限随之减小，误码率难以保证。为了改善在M大时的噪声容限，发展出了QAM体制。在QAM体制中，信号的振幅和相位作为两个独立的参量同时受到调制[1]。 正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation, QAM ）是一种振幅和相位联合键控。正交振幅调制是二进制的PSK、四进制的QPSK调制的进一步推广，通过相位和振幅的联合控制，可以得到更高频谱效率的调制方式，从而可在限定的频带内传输更高速率的数据。正交振幅调制（QAM）的一般表达式为 y(t)= A cos c w t+m B sin c w t 0≤t＜s T(1) m 上式由两个相互正交的载波构成，每个载波被一组离散的振幅｛ A｝、｛m B｝所调制， m 故称这种调制方式为正交振幅调制。式中， T为码元宽度；m=1,2,…,M,M为m A和m B s 电平数。
摘要 正交幅度调制技术（QAM）是一种功率和带宽相对高效的信道调制技术，因此在大容量数字微波通信系统、有线电视网络高速数据传输、卫星通信系统等领域得到了广泛使用。 由于信道资源越来越紧张，许多数据传输场合二进制数字调制已无法满足需要。为了在有限信道带宽中高速率地传输数据，可以采用多进制(M进制，M>2)调制方式，MPSK则是经常使用的调制方式，由于MPSK的信号点分布在圆周上，没有最充分地利用信号平面，随着M值的增大，信号最小距离急剧减小，影响了信号的抗干扰能力。MQAM称为多进制正交幅度调制，它是一种信号幅度与相位结合的数字调制方式，信号点不是限制在圆周上，而是均匀地分布在信号平面上，是一种最小信号距离最大化原则的典型运用，从而使得在同样M值和信号功率条件下，具有比MPSK更高的抗干扰能力。 关键词：QAM 调制解调星座图误码率
目录 摘要 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。前言 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。一基本原理 .................................................................................................. 错误！未定义书签。 1.1硬件方面 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 1.1.1芯片SHT10介绍.................................................................. 错误！未定义书签。 1.1.2 CC2530介绍........................................................................ 错误！未定义书签。 1.2软件方面 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 1.2.1 zigbee协议介绍................................................................ 错误！未定义书签。 1.2.2 zigbee协议栈结构............................................................ 错误！未定义书签。二系统分析 .................................................................................................. 错误！未定义书签。三详细设计 .................................................................................................. 错误！未定义书签。 3.1 总体软件结构图............................................................................. 错误！未定义书签。 3.2硬件模块设计.................................................................................. 错误！未定义书签。 3.3 编码 ................................................................................................ 错误！未定义书签。四总结 .......................................................................................................... 错误！未定义书签。五参考文献 .................................................................................................. 错误！未定义书签。六致谢 .......................................................................................................... 错误！未定义书签。附录 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。
IQ正交调制及星座图 一个信号有三个特性随时间变化：幅度、相位或频率。然而，相位和频率仅仅是从不同的角度去观察或测量同一信号的变化。人们可以同时进行幅度和相位的调制，也可以分开进行调制，但是这既难于产生更难于检测。但是在特制的系统中信号可以分解为一组相对独立的分量：同相(I)和正交(Q)分量。这两个分量是正交的，且互不相干的。 正交幅度调制(QAM，Quadrature Amplitude Modulation)是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式。这两个载波通常是相位差为90度(π/2)的正弦波，因此被称作正交载波。这种调制方式因此而得名。 图1中的QAM调制器中I和Q信号来自一个信号源，幅度和频率都相同，唯一不同的是Q信号的相位与I信号相差90o。具体关系如下图所示，当I的幅度为1的时候，Q的幅度为0，而当I的幅度为0的时候，Q的幅度为1，两个信号互不相干，相位相差90o，是正交的。 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，模拟信号频率调制和数字信号FSK也可以被认为是QAM的特例，因为它们本质上就是相位调制。 I-Q的调变信号可由同相载波和90度相移的载波相加合成，在电路上下直接牵涉到载波相位的改变，所以比较好实现。其次，通常I-Q图上只有几个固定点，简单的数字电路就足以腾任编码的工作。而且不同调变技术的差异只在于
I-Q图上点的分布不同而已，所以只要改变I-Q编码器，利用同样的调变器，便可得到不同的调变结果。 I-Q解调变换的过程也很容易，只要取得和发射机相同的载波信号，解调器的方块图基本上只是调变器的反向而已。从硬件的开点而言，调变器和解调器的方块图上，没有会因为I-Q值的不同(不同的I-Q调变技术)而必须改变的部份，所以这两个方块图可以应用在所有的I-Q调变技术中。 QAM解调各点波形
正交幅度调制(QAM)及解调Matlab仿真实验目的： 1.掌握QAM及解调原理与特性； 2.了解星座图的原理及用途。 实验内容： 1.编写MATLAB程序仿真QAM及相干解调； 2.观察I、Q两路基带信号的特征及与输入NRZ码上网关系； 3.观察I、Q调制过程中信号的变化； 4.观察星座图在不同噪声环境下的变化； 5.分析仿真中观察的数据，撰写实验报告。 仿真代码： function project(N,p) %N为待仿真序列的长度 %p为产生1的概率 %====================== %首先产生随机二进制序列 N=input('输入二进制序列的长度：N='); p=input('输入产生1的概率：'); source=randsrc(1,N,[1,0;p,1-p]); figure(1); stem(source); axis([1 N -1 2]); %对产生的二进制序列进行QAM调制 [source1,source2]=Qam_modulation(source); %=============================== %画出星座图 figure(2); plot_astrology(source1,source2); %============================== %两路信号进行插值（8倍过采样） sig_insert1=insert_value(source1,8); sig_insert2=insert_value(source2,8); %================================ %画出两路信号的波形图
QAM正交幅度调制 QAM 所属分类：无线电电子学移动通信通信通信技术 提问添加摘要 QAM QAM（Quadrature Amplitude Modulation）：正交振幅调制。正交振幅调制，这是近年来被国际上移动通信技术专家十分重视的一种信号调制方式。QAM是数字信号的一种调制方式，在调制过程中，同时以载波信号的幅度和相位来代表不同的数字比特编码，把多进制与正交载波技术结合起来，进一步提高频带利用率。 目录[隐藏] 1 简介 2 原理
3 产生 4 特点 5 应用 6 相关词条 7 参考资料QAM-简介 图1 4QAM、16QAM星座图、 64QAM星座图 正交调幅是一种将两种调幅信号汇合到一个信道的方法，因此会双倍扩展有效带宽。正交调幅被用于脉冲调幅，特别是在无线网络应用。 正交调幅信号有两个相通频率的载波，但是相位相差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，一个信号可以表示成正弦，另一个表示成余弦。两种被调制的载波在发射时已被混和。到达目的地后，载波被分离，数据被分别提取然后和原始调制信息相混和。 QAM是用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波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带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。该调制方式通常有二进制QAM（4QAM）、四进制QAM（l6QAM）、八进制QAM（64QAM）、…，对应的空间信号矢量端点分布图称为星座图，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，当两路信号幅度相等时，其产生、解调、性能及相位矢量均与4PSK相同。 QAM-原理 QAM 在QAM（正交幅度调制）中，数据信号由相互正交的两个载波的幅度变化表示。模拟信号的相位调制和数字信号的PSK（相移键控）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。因此，模拟信号频率调制和数字信号的FSK（频移键控）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NTSC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。QAM 是一种矢量调制，将输入比特先映射（一般采用格雷码）到一个复平面（星座）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（时域正交）的两个载波（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是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比
课程设计I 设计说明书 正交幅度调制（QAM）的设计与仿真 学生姓名 学号 班级 成绩 指导教师
数学与计算机科学学院2014年9月12日
课程设计任务书 2014 —2015学年第1学期 课程设计名称：课程设计I 课程设计题目：正交幅度调制（QAM）的设计与仿真 完成期限：自2014 年9 月1 日至2014 年9 月12 日共2 周 设计内容： 1.任务说明： 设计一种数字频带调制解调系统。 使用Matlab/Simulink仿真软件，设计一个选择的数字频带传输系统中的调制与解调系统。用示波器观察调制前后的信号波形；用频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化；用误码测试模块测量误码率；最后根据运行结果和波形来分析该系统性能。 2.要求： （1）设计出规定的数字通信系统的结构，包括信源，调制，发送滤波器模块，信道，接受滤波器模块以及信宿； （2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）； （3）熟悉MATLAB环境下的Simulink仿真平台，用Matlab/Simulink 实现该数字通信系统； （4）观察仿真并进行波形分析（波形图、眼图和频谱图等）； （5）用示波器观察调制与解调各个阶段的波形图，并给出波形的解释说明； （6）在老师的指导下，要求独立完成课程设计的全部内容，并按要求书写课程设计说明书，能正确阐述和分析设计和设计结果。 3.参考资料： [1]邵玉斌. Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析. 北京:清华大学出版社, 2008 [2]张化光, 刘鑫蕊, 孙秋野. MATLAB/SIMULINK实用教程. 北京:人民邮电出版社, 2009
实验七正交振幅调制 一、实验目的 1、了解正交振幅调制（Quadrature Amplitude Modulation QAM）的组成 和基本原理。 2、观察QAM和PSK信号的星座图。 二、实验原理 正交振幅调制的原理框图如图7-1所示。 图7-1 从图7-1可以看到，输入端有两个信号A和B，cosωt和sinωt是互相正交的载波。发送端形成的正交振幅调制信号为： e0（t）=Acosωt+Bsinωt 式中cosωt项通常称为同相信号，或称I信号；sinωt项称为正交信号，或称Q信号。 若输入的基带信号为多电平时，那么便可以构成多电平正交振幅调制。16QAM 信号的产生，可以用两路正交的四电平振幅键控信号叠加而成。 QAM信号和PSK信号的振幅和初始相位关系可以用星座图表示。8QAM和8PSK 信号的星座图如图7-2所示。 图7-2
三、 实验设备 1、主机TIMS-301F 2、TIMS 基本插入模块 （1）TIMS-148音频振荡器（Audio Oscillator ） （2）TIMS-153序列产生器（Sequence Generator ） （3）TIMS-425正交模块（Quadrature Utilities ） 此模块集成了2个乘法器和1个加法器 （4）TIMS-422 M 进制编码器（M-level encoder ） M 进制编码器中包含串并转换，通过前面板上的两个开关控制，可产生两路不同的输出信号i branch 和q branch 。设置方式见表7-1。 3、计算机 4、Pico 虚拟仪器 四、 实验步骤 1、用Tims 系统中音频振荡器（Audio Oscillator ）、序列码产生（Sequence Generator ）、多电平编码（M-Level Encoder ）、正交模块（Quadrature Utilities ）组成如图7-3所示的M-QAM 和M-PSK 调制电路。 图7-3 QAM 调制电路
本科学生实验报告 学号114090315姓名李开斌 学院物电学院专业、班级11电子 实验课程名称数字信号处理（实验） 教师及职称李宏宁 开课学期2013 至 2014 学年下学期填报时间 2014 年 6 月 4 日 云南师范大学教务处编印
实验序号 11 实验名称 信号的幅度调制和解调 实验时间 2014年6月4日 实验室 同析3栋313 一．实验预习 1．实验目的 加深信号幅度调制与解调的基本原理，认识从时域与频域的分析信号幅度调制和解调的过程掌握信号幅度调制和解调的方法，以及信号调制的应用等。 2．实验原理、实验流程或装置示意图 实验原理： 连续时间信号的幅度调制与解调是通信系统中常用的调制方式，其利用信号的傅里叶变换的频移特性实现信号的调制。 2.1 抑制载波的幅度调制与解调 对消息信号x(t)进行抑制载波的正弦幅度调制的数学模型为： ()()cos()c y t x t t ω= （3.1.1） 式中：cos()c t ω为载波信号； c ω为载波角频率。 若信号x(t)的频谱为()X j ω，根据信号傅里叶变换的频移特性，已调信号的y(t)的频谱为()Y j ω为： 1 ()[(())(())]2 c c Y j X j X j ωωωωω=++- （3.1.2） 设调制信号x(t)的频谱如图 3.1.1（a ）所示，则已调信号y(t)的频谱如图3.1.1(b)所示。可见，正弦幅度调制就是将消息信号x(t)“搬家”到一个更合适传输的频带上去。这种方法中已调信号的频带宽度是调制信号频带宽度的两倍，占用频带较宽。 在接收机端，通过同步解调的技术可以将消息信号x(t)恢复，这可经由 01 ()()cos()()[1cos(2)]2 c c x t y t t x t t ωω== + 11 ()()cos(2)22 c x t x t t ω= + （3.1.3）
***************** 实践教学 ******************* 兰州理工大学 计算机与通信学院 2013年春季学期 ?通信系统仿真训练?课程设计 题目：正交幅度调制信号（QAM）调制解调系统的性能分析专业班级： 姓名： 学号： 指导教师： 成绩：
本课设是对QAM通信系统的研究，通过系统实验对正交幅度调制解调的过程、原理及性能进行了论证、分析，利用通信系统仿真软件MATLAB对16QAM数字调制与解调过程进行了仿真，并给出了16QAM在加性高斯白噪声条件下的误码率。实验及仿真的结果证明，多进制正交幅度调制解调易于实现，且性能良好，是未来通信技术的主要研究方向之一，并有广阔的应用前景。 关键词：QAM; 调制与解调; MATLAB
前言 (3) 第一章绪论 (4) 1.1 QAM简介 (4) 1.2 QPSK系统的应用背景简介 (4) 1.3 MA TLAB7.0 (5) 第二章正交幅度调制解调原理 (6) 2.1正交幅度调制技术 (6) 2.2 16QAM调制解调原理 (7) 2.3 QAM的误码率性能 (10) 第三章正交幅度调制信号（QAM）调制解调分析与仿真 (11) 3.1对系统进行分析与设计 (11) 3.2产生随机信号 (12) 3.2.1产生随机二进制数据序列 (12) 3.2.2准备调制 (12) 3.316QAM调制 (13) 3.4加入高斯白噪声 (14) 3.5 眼图绘制 (15) 3.6QAM性能分析 (16) 3.6.1 16QAM抗噪声性能仿真 (16) 3.6.2 16QAM信号QPSK信号的性能比较 (17) 总结 (20) 参考文献 (21) 附录：源程序 (22) 致谢 (25)
通信与电子工程学院 实验教师预作报告 实验课名称：通信系统仿真设计实验 项目名称：正交幅度调制 教学班级： 教师姓名： 实验地点：
实验二十 正交幅度调制 一、实验目的及要求 1.掌握通用正交幅度调制解调的原理。 2.通过时域、频域波形分析系统性能。 二、实验环境 计算机，带Windows 操作系统 三、实验原理 正交幅度调制通常简写为MQAM 。正交幅度键控是指用两个正交的载波分别以幅移键控独立地传输两个数字信息的一种方式。他利用两个已调载波信号在相同频带内的频谱正交特性，来实现两路并行的、独立的数字信息传输。从星座图的角度来说，这种方式将幅度与相位参数结合起来，充分的利用整个信号平面，将矢量端点重新合理地分布；因此，可以在不减小各端点位置最小距离的情况下，增加信号矢量的端点数目，提高系统的抗干扰能力。 MQAM 调制器的一般框图如下： MQAM 解调器的一般框图如下： 四、实验内容及步骤： 1.通用正交幅度调制系统 通用正交幅度调制系统模型如下： 在通用正交幅度调制仿真系统中激活解调器后，通过“Look under mask ”在基带解调器之前连接上一个星座图仪，仿真时可观察信号的星座图，通用正交幅度调制解调器原理图如下：
2. 矩形正交幅度调制 通用正交幅度调制系统模型如下： 在通用正交幅度调制仿真系统中激活解调器后，通过“Look under mask”在基带解调器之前连接上一个星座图仪，仿真时可观察信号的星座图，通用正交幅度调制解调器原理图如下： 五、数据处理及实验结果 1.通用正交幅度调制 2.矩形正交幅度调制
六、实验结果讨论 R-QAM（矩形正交幅度调制）参数设置中的Normalization method（归一化方法）的不 同方式对应着不同的发射功率及信号空间中点之间的最小距离有不同的取值。
正交振幅调制与解调仿真分析 摘要：MATLAB由于其强大的功能而被广泛应用于很多工程技术领域，尤其在通信和信息处理领域更有其突出地位。众所周知，在物理级的产品作出之前，先用MATLAB进行这种电子产品的输入输出以估计这种产品的性能好坏，从而可以看出什么地方需要从新设计，什么地方需要优化等来进一步提高系统的性能，因此，伴随着现代通信系统与日俱增的复杂性，这种通信系统的仿真分析也变得尤其重要。本文介绍了利用MATLAB进行正交振幅调制与解调的仿真分析，仿真结果验证了该方法的正确性和可行性。 关键词：调制与解调；QAM；Simulink；MATLAB 1引言 本课程设计主要是学会运用MATLAB中的Simulink来实现数字基带信号的模拟传输。在知道其传输原理的情况下，将仿真电路到Simulink之中。并且对正交振幅调制、解调过程的频谱和波形的分析，同时在无噪声和有噪声的进行分析，加入高斯白噪声，瑞利噪声，莱斯噪声分析调制解调后的频谱、波形，观察其误码率。 1.1 课程设计的目的 首先了解和掌握MATLAB中Simulink平台的使用；其次了解正交振幅基本电路的调制与解调的仿真，加入噪声后观察其频谱和波形的变化，同时检测其误码率 1.2 课程设计的要求 设计平台为MATLAB7.0集成环境。
在Simulink下构建调制解调仿真电路，用示波器观察调制前后的信号波形，频谱分析模块观察调制前后信号频谱的变化，误码测试仪测量误码率。 在调制解调电路上加入噪声源，模拟信号在不同信道中的传输：a 用莱斯噪声模拟无直射分量的无线信道，b 用高斯白噪声模拟有线信道，c 用瑞利噪声模拟有直射分量的无线信道。将三种噪声源的方差均设置为0.2，分别观察此时的误码率与无噪声时的误码率有何区别。 独立完成所有的设计。 2 设计原理 数字调制器作为DVB系统的前端设备，接收来自编码器、复用器、DVB 网关、视频服务器等设备的TS流，进行RS编码、卷积编码和QAM数字调制，输出的射频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。 2.1 QAM调制技术 在QAM（正交幅度调制）中，数据信号由相互正交的两个载波的幅度变化表示。模拟信号的相位调制和数字信号的PSK（相移键控）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。因此，模拟信号频率调制和数字信号的FSK（频移键控）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NTSC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。 有关PSK和FSK方面的知识在本系列丛书《网络工程师必读——网络工程基础》一书中有详细介绍，参见即可。 QAM是一种矢量调制，将输入比特先映射（一般采用格雷码）到一个复平面（星座）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（时域正交）的两个载波（cos wt和sin wt）上。这样与幅度调制（AM）相比，其频谱利用率将提高1倍。QAM是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小
AM 调制 )1(0m X F F am dr +?= 其中 0F 输出信号 dr F 载波 有符号函数 am X 调制波 有符号函数 m 调制度 正交幅度调制与解调 正交幅度调制电路框图如图6-71所示，图中，a(t)和b(t)为两路相互独立的待传送的调制信号（通常为基带信号）。载频信号源由基于DDS 的正交信号发生器产生，它输出两路互为正交的正弦信号。经过两个乘法器可以获得互为正交的平衡调幅波，即不带载频的双边带调幅波；其中一路为同相信号I(t)，另一路为正交信号Q(t)，二者的表达式分别为： t t a t I 0cos )()(ω= t t b t Q 0sin )()(ω= 这里假设乘法器的乘法系数为1，此两路信号经过加法器后产生了互为正交的调幅信号，表达式为（设加法器的系数为1）： t t b t t a t Q t I t X 00sin )(cos )()()()(ωω+=+= 式中，X(t)是I(t)、Q(t)两信号相加而得，所以，X(t)的频带宽度等于I(t)或Q(t)信号中带宽最宽者（或等于a(t)或b(t)二者最宽带宽的2倍），而不是二者之和。如此可压缩已调信号得带宽，增加信道容量。 如果要对调制信号X(t)进行解调，不失真地解出原调制信号a(t)和b(t)，就需要用正交同步解调的方法，这一方法的原理框图如图6-72所示。已调正交调幅信号X(t)分别与正交信号发生器产生的互为正交的余弦信号和正弦信号相乘后产生两路输出信号，它们分别为： t t t b t t a t t X v A 00020cos sin )(cos )(cos )(ωωωω+== t t b t t a t a 002sin )(2 12cos )(21)(21ωω++= t t t a t t b t t X v B 00020cos sin )(sin )(sin )(ωωωω+== t t a t t a t b 002sin )(2 12cos )(21)(21ωω+-= 经过FIR 低通滤波器滤波后，上式的低频信号(1/2)a(t)和(1/2)b(t)即被取出，故得解调输出为（设低通得传输系数为K ）：
正交幅度调制（QAM） 这篇指南是NI公司射频与通信演示系列的一部分。这个系列中的每篇指 南，都会通过讲解理论并提供示例VI作为实际例子，来介绍射频和通信领 域中的特定概念。这篇指南包含了对射频、无线和高频信号及系统的介绍。 欲获取指南的完整清单，请返回到NI 射频与通信示例的主页面或NI射频测量基础的子页面上。 简介 很多通信协议中都实现了正交幅度调制，即QAM。现有的协议，如802.11b无线以太网（Wi-Fi）协议和数字视频广播（DVB）协议都使用了64-QAM调制。另外，新兴的无线技术如WiMAX、802.11n和HSPDA/HSUPA(一种新型的蜂窝网络数据标准)等也将实现QAM。由于QAM在现有和新兴技术的广泛应用，所以理解QAM调制算法十分的重要。 QAM调制涉及到通过周期性的调整正弦电磁波的相位和幅度来发送数字信息。相位和幅度的每一种组合都被称为一个符号，并且代表一个数字比特流。首先，我们将讨论用于不断调整载波相位和幅度的硬件实现。然后，我们将讨论每个符号相关的二进制值。 硬件实现 在硬件层面上，正交幅度调制（QAM）要求改变正弦载波的相位和幅度。最简单的方法之一是产生两个相位相差90°的正弦波进行合成。只要调整任意一个信号的幅度，我们就可以影响到最后合成信号的相位和幅度。 这两个载波信号表示了信号的I成分和Q成分。每个信号可以单独的表示如下： (φ I=和) ASin Q= ACos ) (φ 上面的信号I是同相成分，而Q则是正交成分。注意，因为这两个信号之间的相位相差90°，所以它们被表示成正弦和余弦的形式，。通过上面的两个定义，我们把两个信号相减，得到： 上面的等式告诉我们，得到的结果是一个周期性信号，它的相位可以通过改变I和Q的幅度来调整。因此，通过调整两个合成信号的幅度，我们可以对载波信号进行数字调制。 在下图中显示了用于产生IF（中频）信号的硬件方框图。在正交调制器方框中，我们可以看到I信号和Q信号在叠加之前先与LO(本地晶振)混频。同时，两个本地晶振之间的相位也是精确的相差90°。