在模拟调制中,载波参量的改变是按连续的模拟信息。在数字调制中,这些载波参数(幅度,频率和相位)的变化由离散的数字信号决定。从这个意义上讲,数字调制和模拟调制并无本质区别。数字调制信号只须表示离散的调制状态,这些离散状态在矢量图上称为符号点 (symbol point),符号点的组合称为星座图(constellation)。
以上图中的 16 QAM 格式为例,每个符号表示着四个二进制位的一种可能组合。对于这四个二进制位来说,总共可能有16个组合。换言之,每个符号表示着四位。为了提高数据带宽,我们可以增加每个符号表示的位数,这样可以提高频谱效率。
不过,随着星座图中符号数量的增加,符号间的距离开始变小。符号越来越接近,因此就越容易受到噪声和失真的影响,出现错误。因此,星座图和符号星座图展示了 调制格式的可用符号。从下图可以看出,当从 16-QAM 格式变为 64-QAM 格式时,符号密度的增加。
数字调制概念
我们先来了解一些关键的术语。
比特率与符号率(波特率)的关系
比特率是系统传输比特流的频率。符号率等于比特率除以每个符号可以传输的比特数。例如,在 QPSK 中,每个符号表示两个比特。QPSK 的符号率就是其比特率的一半。信号带宽和符号率成正比。
符号率=比特率/每个符号传输的比特数
我们讨论的调制信号都可以用正弦函数来表示(什么是调制?):
其中,A代表信号幅度,也是我们常说的信号电平。可以用不同的量度表征它,如功率,电压等。Sin括号内的是信号的瞬时相位,它分为两项:
有两种不同于前面的矢量图表示方法:极坐标图和 I/Q直角坐标图。这两种表示方法都十分常用,如何理解 I/Q 信号, 星座图及相关变量?
使用 I/Q直角坐标图是因为和 I/Q调制的表示方法完全一样
矢量的表示方法
用矢量来描述一个正弦波是非常方便的。在极坐标中,矢量表示正弦波的峰值电压幅度对于相位改变量的关系。相位旋转360度表示一个完整的频率周期。请注意,相向的符号提供了一种表示正弦波相位随时间变化的便捷方法。
其中,幅度:是一个绝对值 相位:相对于一个参考值(载波)。
上图中正弦波表示了一种信号幅度随时间变化的过程。矢量不能直接提供任何频率信息。事实上,我们测量矢量相对于载波信号的参考相位。这意味着,矢量仅在频率不同时会发生旋转。
任何极坐标图中,如图1沿径向的变化意味着信号幅度改变,如图2角度的变化意味着信号相位改变(且仅仅是相位发生变化)。在极坐标中,可以观察各种信号:AM调制,PM调制,FM调制。记住,幅度和相位变化都是相对于未调制载波的。
传统的时域和频域可以直观的观察调制信号,但无法对调制参数进行深入的分析和测量,所以引入了矢量描述方法。
典型调制信号的矢量图描述
矢量图 (Vector diagram) 是描述矢量信号变化轨迹的一种直观方式:
调幅或角系统产生的这种寄生调制,会使调制信号产生失真。调幅信号直线轨迹变成了折线或曲线。若在系统传递函数中存在滞后现象,则直线也可能变为环线状。总之,这些失真会导致解调信号的参数变化。
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