IQ正交調(diào)制及星座圖

1、IQ正交調(diào)制及星座圖一個(gè)信號(hào)有三個(gè)特性隨時(shí)間變化：幅度、相位或頻率。然而，相位和頻率僅僅是從不同的角度去觀察或測(cè)量同一信號(hào)的變化。人們可以同時(shí)進(jìn)行幅度和相位的調(diào)制，也可以分開(kāi)進(jìn)行調(diào)制，但是這既難于產(chǎn)生更難于檢測(cè)。但是在特制的系統(tǒng)中信號(hào)可以分解為一組相對(duì)獨(dú)立的分量：同相（I）和正交（Q）分量。這兩個(gè)分量是正交的，且互不相干的。正交幅度調(diào)制（QAM，Quadrature Amplitude Modulation）是一種在兩個(gè)正交載波上進(jìn)行幅度調(diào)制的調(diào)制方式。這兩個(gè)載波通常是相位差為90度（/2）的正弦波，因此被稱(chēng)作正交載波。這種調(diào)制方式因此而得名。圖1中的QAM調(diào)制器中I和Q信號(hào)來(lái)自一個(gè)信號(hào)源，幅

2、度和頻率都相同，唯一不同的是Q信號(hào)的相位與I信號(hào)相差90o。具體關(guān)系如下圖所示，當(dāng)I的幅度為1的時(shí)候，Q的幅度為0，而當(dāng)I的幅度為0的時(shí)候，Q的幅度為1，兩個(gè)信號(hào)互不相干，相位相差90o，是正交的。模擬信號(hào)的相位調(diào)制和數(shù)字信號(hào)的PSK可以被認(rèn)為是幅度不變、僅有相位變化的特殊的正交幅度調(diào)制。由此，模擬信號(hào)頻率調(diào)制和數(shù)字信號(hào)FSK也可以被認(rèn)為是QAM的特例，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上就是相位調(diào)制。I-Q的調(diào)變信號(hào)可由同相載波和90度相移的載波相加合成，在電路上下直接牽涉到載波相位的改變，所以比較好實(shí)現(xiàn)。其次，通常I-Q圖上只有幾個(gè)固定點(diǎn)，簡(jiǎn)單的數(shù)字電路就足以騰任編碼的工作。而且不同調(diào)變技術(shù)的差異只在于I-Q圖

3、上點(diǎn)的分布不同而已，所以只要改變I-Q編碼器，利用同樣的調(diào)變器，便可得到不同的調(diào)變結(jié)果。I-Q解調(diào)變換的過(guò)程也很容易，只要取得和發(fā)射機(jī)相同的載波信號(hào)，解調(diào)器的方塊圖基本上只是調(diào)變器的反向而已。從硬件的開(kāi)點(diǎn)而言，調(diào)變器和解調(diào)器的方塊圖上，沒(méi)有會(huì)因?yàn)镮-Q值的不同(不同的I-Q調(diào)變技術(shù))而必須改變的部份，所以這兩個(gè)方塊圖可以應(yīng)用在所有的I-Q調(diào)變技術(shù)中。附：QAM解調(diào)各點(diǎn)波形星座圖：極坐標(biāo)圖是觀察幅度和相位的最好方法，載波是頻率和相位的基準(zhǔn)，信號(hào)表示為對(duì)載波的關(guān)系。信號(hào)可以以幅度和相位表示為極坐標(biāo)的形式。相位是對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)而言的，基準(zhǔn)信號(hào)一般是載波，幅度為絕對(duì)值或相對(duì)值。 在數(shù)字通信中，通常以I、Q

4、表示，極坐標(biāo)中I軸在相位基準(zhǔn)上，而Q軸則旋轉(zhuǎn)90度。矢量信號(hào)在I軸上的投影為I分量，在Q軸上的投影為Q分量。下圖顯示I和Q的關(guān)系。 QAM調(diào)制實(shí)際上是幅度調(diào)制和相位調(diào)制的組合。相位 +幅度狀態(tài)定義了一個(gè)數(shù)字或數(shù)字的組合。QAM的優(yōu)點(diǎn)是具有更大的符號(hào)率，從而可獲得更高的系統(tǒng)效率。通常由符號(hào)率確定占用帶寬。因此每個(gè)符號(hào)的比特（基本信息單位）越多，效率就越高。對(duì)于給定的系統(tǒng)，所需要的符號(hào)數(shù)為2n,這里n是每個(gè)符號(hào)的比特?cái)?shù)。對(duì)于16QAM，n = 4，因此有16個(gè)符號(hào)，每個(gè)符號(hào)代表4 bit：0000, 0001,0010等。對(duì)于64QAM，n = 6，因此有64個(gè)符號(hào)，每個(gè)符號(hào)代表6bit：0000

5、00，000001，000010等。以上就是QAM調(diào)制的基本原理。經(jīng)過(guò)信道編碼的二進(jìn)制的MPEG-2比特流進(jìn)入QAM調(diào)制器，信號(hào)被分為兩路，一路給I，另一路給Q，每一路一次給3比特的數(shù)據(jù)，這3比特的二進(jìn)制數(shù)一共有8種不同的狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)8種不同的電平幅度，這樣I有8個(gè)不同幅度的電平，Q有8個(gè)不同幅度的電平，而且I和Q兩路信號(hào)正交。這樣任意一個(gè)I的幅度和任意一個(gè)Q的幅度組合都會(huì)在極坐標(biāo)圖上映射一個(gè)相應(yīng)的星座點(diǎn)，這樣每個(gè)星座點(diǎn)代表由8個(gè)比特的數(shù)據(jù)組成的一個(gè)映射，I和Q一共有8×8共64種組合狀態(tài)，各種可能出現(xiàn)過(guò)的數(shù)據(jù)狀態(tài)組合最后映射到星座圖上為圖5所顯示的64QAM星座圖。 每一個(gè)星座點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)一定幅度和相位的模擬信號(hào)，這個(gè)模擬信號(hào)再被上變頻到射頻信號(hào)發(fā)射出去。這里再順便說(shuō)明一下模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制的區(qū)別：模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制之間的差別在于調(diào)制參數(shù)。在這兩種方案