星座图的原理与应用

I、Q调制和星座图

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一样的角度去观察或测量同一信号的变化。人们能够同时进行幅度和相位的调制，也能够分开进行调制，可是这既难于产生更难于检测。可是在特制的系统中信号能够分解为一组相对独立的份量：同相（I）和正交（Q）份量。这两个份量是正交的，且互不相干的。

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，惟一不一样的是Q 信号的相位与I信号相差90度 。具体关系如图2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90度 ，是正交的。

图1

图2

极坐标图是观察幅度和相位的最好方法，载波是频率和相位的基准，信号表示为对载波的关系。信号能够以幅度和相位表示为极坐标的形式。相位是对基准信号而言的，基准信号通常是载波，幅度为绝对值或相对值。

在数字通讯中，一般以I、Q表示，极坐标中I轴在相位基准上，而Q轴则旋转90度。矢量信号在I轴上的投影为I份量，在Q轴上的投影为Q份量。图3显示I和Q的关系。

图3

图 4 表示极坐标和直角坐标的转换。

图4

I、Q调制的主要优势是：既便于将两个独立信号份量组合成一个复合信号；相应地也能够将其复合信号分解为两个独立的部分。大多数数字调制是在I、Q平面上将数据映射为许多离散的点，咱们称这些点为星座。当信号从一个点移向另外一个点时，幅度调制和相位调制就同时完成了。I、Q信号分别是在X轴和Y轴上的投影，合成矢量的幅度表示载波的幅度，合成矢量与X轴的夹角表示载波相位。所以能够经过改变I 、Q驱动信号的幅度映射I-Q空间中的任意一点。在I 和Q信号传送的值只有预先定义的几个值，表明普遍不一样的状态，一个调制的协议针对每一个调制形式规定容许的状态数量。

QAM调制的基本原理

QAM调制其实是幅度调制和相位调制的组合。相位 + 幅度状态定义了一个数字或数字的组合。QAM的优势是具备更大的符号率，从而可得到更高的系统效率。一般由符号率肯定占用带宽。所以每一个符号的比特（基本信息单位）越多，效率就越高。对于给定的系统，所须要的符号数为2ⁿ,这里n是每一个符号的比特数。对于16QAM，n = 4，所以有16个符号，每一个符号表明4 bit：0000, 0001,0010等。对于64QAM，n = 6，所以有64个符号，每一个符号表明6bit：000000，000001，000010等。

以上就是QAM调制的基本原理。通过信道编码的二进制的MPEG-2比特流进入QAM调制器，信号被分为两路，一路给I，另外一路给Q，每一路一次给3比特的数据，这3比特的二进制数一共有8种不一样的状态，分别对应8种不一样的电平幅度，这样I有8个不一样幅度的电平， Q有8个不一样幅度的电平，并且I和Q两路信号正交。这样任意一个I的幅度和任意一个Q的幅度组合都会在极坐标图上映射一个相应的星座点，这样每一个星座点表明由6个比特的数据组成的一个映射，I和Q一共有8×8共64种组合状态，各类可能出现过的数据状态组合最后映射到星座图上为图5所显示的64QAM星座图。

每个星座点对应一个必定幅度和相位的模拟信号，这个模拟信号再被上变频到射频信号发射出去。这里再顺便说明一下模拟调制和数字调制的区别：模拟调制和数字调制之间的差异在于调制参数。在这两种方案中，改变的是载波信号的幅度、频率或相位（或是它们的组合）。在模拟调制中载波参数按连续的模拟信息信号改变，而在数字调制中，参数（幅度、频率或相位）按离散的数字信息改变。

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