星座圖的原理與應用

I、Q調製和星座圖

一個信號有三個特性隨時間變化：幅度、相位或頻率。然而，相位和頻率僅僅是從不一樣的角度去觀察或測量同一信號的變化。人們能夠同時進行幅度和相位的調製，也能夠分開進行調製，可是這既難於產生更難於檢測。可是在特製的系統中信號能夠分解爲一組相對獨立的份量：同相（I）和正交（Q）份量。這兩個份量是正交的，且互不相干的。

圖1中的QAM調製器中I和Q信號來自一個信號源，幅度和頻率都相同，惟一不一樣的是Q 信號的相位與I信號相差90度 。具體關係如圖2所示，當I的幅度爲1的時候，Q的幅度爲0，而當I的幅度爲0的時候，Q的幅度爲1，兩個信號互不相干，相位相差90度 ，是正交的。

圖1

圖2

極座標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，信號表示爲對載波的關係。信號能夠以幅度和相位表示爲極座標的形式。相位是對基準信號而言的，基準信號通常是載波，幅度爲絕對值或相對值。

在數字通訊中，一般以I、Q表示，極座標中I軸在相位基準上，而Q軸則旋轉90度。矢量信號在I軸上的投影爲I份量，在Q軸上的投影爲Q份量。圖3顯示I和Q的關係。

圖3

圖 4 表示極座標和直角座標的轉換。

圖4

I、Q調製的主要優勢是：既便於將兩個獨立信號份量組合成一個複合信號；相應地也能夠將其複合信號分解爲兩個獨立的部分。大多數數字調製是在I、Q平面上將數據映射爲許多離散的點，咱們稱這些點爲星座。當信號從一個點移向另外一個點時，幅度調製和相位調製就同時完成了。I、Q信號分別是在X軸和Y軸上的投影，合成矢量的幅度表示載波的幅度，合成矢量與X軸的夾角表示載波相位。所以能夠經過改變I 、Q驅動信號的幅度映射I-Q空間中的任意一點。在I 和Q信號傳送的值只有預先定義的幾個值，表明普遍不一樣的狀態，一個調製的協議針對每一個調製形式規定容許的狀態數量。

QAM調製的基本原理

QAM調製其實是幅度調製和相位調製的組合。相位 + 幅度狀態定義了一個數字或數字的組合。QAM的優勢是具備更大的符號率，從而可得到更高的系統效率。一般由符號率肯定佔用帶寬。所以每一個符號的比特（基本信息單位）越多，效率就越高。對於給定的系統，所須要的符號數爲2ⁿ,這裏n是每一個符號的比特數。對於16QAM，n = 4，所以有16個符號，每一個符號表明4 bit：0000, 0001,0010等。對於64QAM，n = 6，所以有64個符號，每一個符號表明6bit：000000，000001，000010等。

以上就是QAM調製的基本原理。通過信道編碼的二進制的MPEG-2比特流進入QAM調製器，信號被分爲兩路，一路給I，另外一路給Q，每一路一次給3比特的數據，這3比特的二進制數一共有8種不一樣的狀態，分別對應8種不一樣的電平幅度，這樣I有8個不一樣幅度的電平， Q有8個不一樣幅度的電平，並且I和Q兩路信號正交。這樣任意一個I的幅度和任意一個Q的幅度組合都會在極座標圖上映射一個相應的星座點，這樣每一個星座點表明由6個比特的數據組成的一個映射，I和Q一共有8×8共64種組合狀態，各類可能出現過的數據狀態組合最後映射到星座圖上爲圖5所顯示的64QAM星座圖。

每個星座點對應一個必定幅度和相位的模擬信號，這個模擬信號再被上變頻到射頻信號發射出去。這裏再順便說明一下模擬調製和數字調製的區別：模擬調製和數字調製之間的差異在於調製參數。在這兩種方案中，改變的是載波信號的幅度、頻率或相位（或是它們的組合）。在模擬調製中載波參數按連續的模擬信息信號改變，而在數字調製中，參數（幅度、頻率或相位）按離散的數字信息改變。

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