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调制就是把信号形式转换成适合在信道中传输的一个过程。可分为基带调制和载波调制。我们这里所说的调制都是载波调制。
什么是载波调制呢#xff1f;
就是把调制信号骑到载波上#xff0c;方法就是用调制信号去控制载波的参数#xff0c;使载波…什么是调制呢
调制就是把信号形式转换成适合在信道中传输的一个过程。可分为基带调制和载波调制。我们这里所说的调制都是载波调制。
什么是载波调制呢
就是把调制信号骑到载波上方法就是用调制信号去控制载波的参数使载波的一个参数或者几个参数按照调制信号的规律变化。
载波调制根据调制信号的类型又可以分为模拟调制和数字调制。
如果调制信号是连续的模拟信号的话这样的调制就是模拟调制我们在文章《信号调制这样是不是就懂了》介绍的三种最基本的调制方式AMFM和PM都是模拟调制的一类。
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通过这一个操作就可以让信号搭上载波的快速列车然后传输出去。经过调制的信号称为已调信号在接收端可以通过解调的方式把信号恢复出来。
调幅和调频都比较容易理解一个是幅度的变化一个是频率的变化。那怎么又多出来一个QAM呢
AM既然是调幅前面的那个Q是什么呢Quadrature正交的意思QAM就是正交幅度调制。在通信这个学科里面正交是指这两个信号有90°的相位差。也就是在QAM里面既有相位调制又有幅度调制。这一改还不得了不仅有4QAM8QAM16QAM… 甚至还有1024QAM。一下子就把调制的信息翻了好多倍牛x的不得了了。
QAM的原理是什么呢
我们从一个最简单的信号说起。
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按照三角函数公式展开就是
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这样就把信号s(t)展开成了两个相位相差90°的正交信号的和这个两个正交信号分量就是 In-phase 信号和 Quadrature 信号
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这两个正交分量如下图所示相位相差90°。
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这两路正交信号呢经过DA变换器之后就来到了我们模拟通道我们需要对这两个信号分别进行调制让这两个信号都搭上射频载波的高速列车。模拟部分对QAM的处理并不复杂I /Q 信号可以共用一个频率源LO然后通过混频器直接上变频即可只是在Q通道本振信号需要90°的相移以匹配Qt正交特性。
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所以呢对于QAM载波调制从原理图上可以看出我们仅需要分别对I(t)和Q(t)进行混频即可然后合路成一路信号S(t)进入到射频通道的另一个环节。所以对于模拟信号的QAM调制也就是这么个回事。
数字信号QAM调制
既然说到数字调制那我们就简单复习一下数字调制的三种基本方式振幅键控ASK频移键控FSK和相移键控PSK。
振幅键控ASK类似于模拟调制中的AM即用01 高低电平来调制载波信号的振幅。
频移键控FSK类似于模拟调制中的FM即用01电平去调制载波信号的频率
相移键控PSK也就是用01电平去调制载波信号的相位。
下图给出了数字调制的三种基本调制的已调信号波形。
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QAM正交幅度调制来到数字调制这里就活跃起来了既然主信号分成了 I 、Q 两路信号每个信号分量都有其各自的幅度和相位。那变化的花样可就多了。什么16QAM64QAM256QAMwifi7 现在玩到了4kQAM即4096-QAM牛叉的不要不要的。
为什么m-QAM这个m越大越牛叉呢
在数字信号中我们引入了一个比特 bit 的概念这个比特就是比特币的比特代号是B好贵啊1 比特币现在值15万元 OMG。
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数字信号的BIT就是二进制数字中0和1的位信息量的度量单位为信息量的最小单位。二进制数的一位所包含的信息就是一比特如二进制数0100就是4比特。一个比特位里面可以含2个信息0或者14比特就可以包含2^4 个信息。所以比特位越多所能传输的信息量就越大。所以从理论上来说m-QAM中的m越大所能传输的信息量就越大传输速率也就越快。所以呢最新的wifi7标准直接干到了4k-QAM一个信号包含12个bit位。
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QAM是怎么实现的呢 我们回到上文QAM的原理部分继续刷数学公式。 图片 上式中的I(t)和Q(t)信号的幅度提出来玩一下 图片 这两个正交分量的幅度AI 和AQ 又是一组正交的函数。我们可以取多个不同的A和Φ来得到多组不同的I(t)和Q(t)信号也就是可以完成主信号 S(t)的多种调制。 若A值取±AΦ值取±90°这就有四组不同的组合也就是4-QAM调制也就是QPSK。同理通过A和Φ的不同组合就可以得到16-QAM甚至64-QAM甚至更多。 为了更好的理解我们引入了星座图的概念下面这个动图生动的展示了16-QAM调制的幅度和相位选值以及其对应的二进制码元Amp 就是A的选值Phase 就是上式中的相位Φ的选值。 图片
每个点对应的波形图可以参考下图所示。 图片 星座图比较直观地展示了m-QAM的信号矢量信息。更大的m只需要更多的点来表示即可。下图给出了Wifi5 的256-QAM和wifi6的1024-QAM 星座图。 图片
QAM信号是怎么产生的呢 常用的方法有两种正交调幅法和复合相移法 以16-QAM调制为例正交调幅法就是用两路独立的正交4ASK信号叠加形成16QAM信号。 图片 而复合相移法就是用两路独立的QPSK信号叠加形成16QAM信号。下图中红圈上的四个点表示第一个QPSK的信号矢量的位置在这四个位置上可以叠加第二个QPSK矢量下图蓝色圈上的四个点。 图片 到这对于QAM调制的基本原理相信大家都有了一个初印象。那是不是就可以直接搞更大的QAM不仅上4k还有8k不是QAM的m越大无线通信系统的数据速率和频谱效率会越高吗但是事情往往有两面性QAM调制的m越大对噪声和干扰的要求也就越高。 Wifi这种室内短距应用噪声条件比较理想更高阶的QAM还有发挥的空间但是对于移动无线通信室外噪声环境极其恶劣更高阶的QAM挑战极其大。所以现在的5G通信256QAM是一个比较折中的调制方式。
