浅析数字信号的载波调制

    数字调制用"星座图"来描述，星座图中定义了一种调制技术的两个基本参数：1）信号分布；2）与调制数字比特之间的映射关系。星座图中规定了星座点与传输比特间的对应关系，这种关系称为"映射"，一种调制技术的特性可由信号分布和映射完全定义，即可由星座图来完全定义。

    用ai，bi二维平面上的点来表示，如图3所示。QPSK是一种二维调制技术，其中水平轴ai称为同相轴，垂直轴bi称为正交轴，分别对应于星座图上的I和Q坐标。同相载波指载波本身，正交载波指相位旋转90度的载波。QPSK调制在实现时是采用正交调幅的方式，某星座点在I坐标上的投影去调制同相载波的幅度，在Q坐标上的投影去调制正交载波的幅度，然后将两个调幅信号相加就是所需的调相信号。实际上色度信号的调制就是正交振幅调制，只不过是用连续信号去调制两个正交载波而已。"I"是波形的"同相"成分，"Q"是正交成分。IQ调制既能有效传输信息，也能适应数字制式。IQ调制器实际建立了AM、FM和PM。它的工作为：当您用一个波形调制载波时，您可把调制信号作为矢量来处理。它有实部和虚部，或同相（I）和正交（Q）部分。现在制作一个锁定至载波的接收器，您可通过读取调制信号的I和Q部分译解信息。在极坐标上的信息如图4所示。从 I/Q 平面我们能看到调制载波与未调制载波相比作了什么以及产生调制载波需要什么样的基带I和Q输入。

图 4 未调制载波(a)和调制载波(b)。任意选择的正I轴代表相对未调制载波的0°。在(a)中，由于调制载波是相对于未调制载波，因此未调制载波作为沿正I轴的固定矢量出现。在(b)中，调制载波与未调制载波的频率相同，但有45°的偏移，因此作为45°的固定矢量出现。

    QPSK是一种恒包络调制，它的信号的平均功率是恒定的，因此不受幅度衰减的影响，也就是说幅度上的失真不会使QPSK产生误码。

    QPSK正交调制器方框图如图5所示。它可以看成由两个BSPK调制器构成，首先将输入的串行二进制信息序列经串－并变换，变成m=log2M个并行数据流，每一路的数据率是R/m,R是串行输入码的数据率。I/Q信号发生器将每一个m比特的字节转换成一对（pn，qn）数字，分成两路速率减半的序列，电平发生器分别产生双极性二电平信号I(t)和Q(t)，然后对coswct和sinwct进行调制，相加后即得到QPSK信号。

（2）QAM 正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation)

    QAM调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。在美国，正交调幅通常用在地面微波链路，不用于国内卫星，欧洲的电缆数字电视采用QAM调制，而加拿大的卫星是采用正交调幅。

    PSK只利用了载波的相位，它所有的星座点只能分布在半径相同的圆周上。当星座点较多时，星座点之间的最小距离就会很密，非常容易受到噪声干扰的影响。调制技术的可靠性可由相邻星座点之间的最小距离来衡量，最小距离越大，抵抗噪声等干扰的能力越强，当然前提是信号的平均功率相同。当噪声等干扰的幅度小于最小距离的1/2时，解调器不会错判，即不会发生传输误码；当噪声等干扰的幅度大于最小距离的1/2时，将发生传输误码。因此PSK一般只用在8PSK以下，常用的是BPSK和QPSK。当星座点进一步增加时，也即需要更高的频带利用率时，就要采用QAM调制了。在PSK中I信号和Q信号互相不独立，为了得到恒定的包络信号，它们的数值是受到限制的，这是PSK信号的基本特性。如果去掉这一限制，就得到正交幅度调制QAM。作为一个特例，当每个正交信号只有两个数值时，QAM与4-PSK完全相同。当M》4时QAM的信号星座呈正方形分布，而不再像PSK那样沿着一个固定的圆周分布。

    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，QAM星座图中可以容纳更多的星座点，即可实现更高的频带利用率，目前QAM星座点最高已可达256QAM。我们以16QAM为例来说明QAM