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《無線電通信技術雜志》2015年第二期
1qam原理及幅相不一致的星座圖
1．1QAM調制原理正交振幅調制QAM是一種振幅和相位聯合鍵控，采用了2個獨立的正交載波sinwct和coswct，其表達式。假設輸入二進制序列為｛Ak｝，經過串并轉換之后變為雙路并行碼元，在正交支路上又將每K／2個比特碼元變換成相應的M進制幅度序列；再經過成形限帶濾波之后，分別得到2路I（t）和Q（t）的M電平的脈沖編碼調制（PulseAmplitudeModulation，PAM）基帶信號，再將其2路信號進行正交載波M進制的振幅鍵控（AmplitudeShiftKeying，ASK）調制，2路調制好的正交ASK信號之和即是QAM信號［8］。
1．2QAM的誤碼率性能若在理想情況下，接收端解調前的信號無失真。在忽略常數衰減因子的情況下僅考慮窄帶高斯噪聲，接收端采用相干解調，經過低通濾波器濾除高頻諧波之后，只剩下原信號的直流成分和窄帶的加性噪聲，則MASK信號在高斯白色噪聲信道條件下的誤碼率。可以看出QAM的誤碼率與信噪比和不同的進制數相關。信噪比越高，M進制的越小，則誤碼率性能越好。
1．3QAM不同相位和幅度誤差的星座圖當QAM系統不存在幅度和相位誤差時，其I和Q兩路對應星座圖將無任何偏差，此時誤碼率性能只受噪聲和調制進數影響；而存在幅度和相位誤差時，接收信號的星座圖將偏離原有星座，導致判決失敗。不同幅度和相位的星座圖如圖2所示。當只存在幅度差異時，星座圖線性擴展或縮小；只存在相位差時，星座圖整體發生偏轉；當幅度和相位均存在差異時，星座圖即線性擴展或縮小也同時發生偏轉。QAM解調的過程中存在的幅度及相位差異，使得星座圖偏離了原來的星座圖。如果不采取措施改進，將導致判決錯誤進而使誤碼率急劇增加，嚴重時導致無法解調。
2基于PN序列的幅度相位均衡技術
載波相位誤差的存在會嚴重影響通信系統的質量，會使通信系統的性能下降，而達不到應有的要求。采用基于PN序列的幅度相位均衡技術來補償收發時的幅相差異，通過利用具有近似隨機序列且具有一定周期規律的性質的PN序列［7］來矯正收發信號幅度不匹配的情況。在這里引入軟件無線電的思想加以補償，插入導頻信息PN序列用于信號檢測和相偏估計。
3仿真過程
3．1仿真流程系統仿真流程如圖3所示。先進行QAM調制，然后進入高斯信道，利用信道仿真器模擬幅相不一致，接著采用信道均衡算法對信道進行均衡，最后QAM解調，比較誤碼率性能。
3．2PN序列幀結構幀結構如圖4所示。在信息序列前面插入PN序列（該PN長度為64），利用PN序列可完成2項工作［10］：①幀同步；②幅度和相位糾正。由于PN序列具有尖銳的自相關峰，而互相關峰非常小。當接收方利用已知的PN序列檢測到相關峰時，可認為達到了幀同步。在信息序列定時插入PN序列可跟蹤相位和幅度的變化，信息序列隔多久插入PN序列取決于相位和幅度變化的速率，若相位和幅度變化越快，需要的PN序列越多，反之相位和幅度變化越慢，需要的PN序列則越少［11］。
3．3無幅相偏差的高斯噪聲下的仿真QPSK、16QAM和64QAM不同進制下的誤碼率如圖5所示。以Eb／N0為橫軸，以BER為縱軸，相比單一的進制而言，更能看出QAM誤碼性能彼此之間的趨勢和聯系。從圖5可知，QAM誤碼率與信噪比和調制進制數有關，信噪比越高，調制進制數越少，誤碼率越低。信噪比為10dB的時候，QPSK、16QAM和64QAM的誤碼率分別為00008、006和01左右。16QAM既具有較高調制進制數可保證高速傳輸，又有較低誤碼率保證遠距離傳輸，性能相對平衡［12］，因此主要針對16QAM進行幅相均衡技術的研究。
3．4存在相位和幅度偏差的高斯噪聲下的仿真存在幅度和相位差時，均衡前后的16QAM誤碼率性能如圖6所示。從圖6中可知，未采用PN序列進行均衡時誤碼率非常高，即使在高信噪比下，誤碼非常嚴重，信息完全不可使用；而采用PN序列均衡后，補償了相位和幅度的差異，其誤碼率性能接近圖5無相位和幅度差異的理想仿真。基于PN序列的幅相均衡技術減小了系統的誤碼率，保證了系統可靠性，將誤碼率性能恢復與無幅相誤差的16QAM性能一致，而代價是占去有效信息的傳輸時間，使消息傳輸減少，即減少了帶寬。
4結束語
先從數學上嚴格推導了QAM的調制解調公式、誤碼率性能和基于數據輔助的幅相均衡技術；其次仿真了無幅相誤差的高斯白噪聲信道的不同進制QAM的誤碼率曲線圖，從高速數據和遠距離傳輸的角度推薦QAM16進制作為高速數據傳輸系統的調制方式；最后比較了在存在幅相誤差時，無均衡技術和采用了幅相均衡技術的QAM誤碼率性能。仿真結果表明，無均衡技術16QAM的誤碼性能非常嚴重，無法用于實際系統，而幅相均衡技術的QAM誤碼率接近無幅相誤差的16QAM誤碼率性能，其代價是減小系統傳輸的帶寬。該均衡技術也可用于數字通信系統的同步設計，可完成載波同步、位同步和幀同步。
作者：陰歡歡李飛翟月英云中華單位：武漢大學珞珈學院杭州電子科技大學通信工程學院西藏大學工學院