QAM幅相均衡技術(shù)研究范文

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《無線電通信技術(shù)雜志》2015年第二期

1qam原理及幅相不一致的星座圖

1．1QAM調(diào)制原理正交振幅調(diào)制QAM是一種振幅和相位聯(lián)合鍵控，采用了2個(gè)獨(dú)立的正交載波sinwct和coswct，其表達(dá)式。假設(shè)輸入二進(jìn)制序列為｛Ak｝，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換之后變?yōu)殡p路并行碼元，在正交支路上又將每K／2個(gè)比特碼元變換成相應(yīng)的M進(jìn)制幅度序列；再經(jīng)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(diào)制（PulseAmplitudeModulation，PAM）基帶信號，再將其2路信號進(jìn)行正交載波M進(jìn)制的振幅鍵控（AmplitudeShiftKeying，ASK）調(diào)制，2路調(diào)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(diào)前的信號無失真。在忽略常數(shù)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(diào)，經(jīng)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?？梢钥闯鯭AM的誤碼率與信噪比和不同的進(jìn)制數(shù)相關(guān)。信噪比越高，M進(jìn)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(dāng)QAM系統(tǒng)不存在幅度和相位誤差時(shí)，其I和Q兩路對應(yīng)星座圖將無任何偏差，此時(shí)誤碼率性能只受噪聲和調(diào)制進(jìn)數(shù)影響；而存在幅度和相位誤差時(shí)，接收信號的星座圖將偏離原有星座，導(dǎo)致判決失敗。不同幅度和相位的星座圖如圖2所示。當(dāng)只存在幅度差異時(shí)，星座圖線性擴(kuò)展或縮小；只存在相位差時(shí)，星座圖整體發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當(dāng)幅度和相位均存在差異時(shí)，星座圖即線性擴(kuò)展或縮小也同時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。QAM解調(diào)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(jìn)，將導(dǎo)致判決錯(cuò)誤進(jìn)而使誤碼率急劇增加，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致無法解調(diào)。

2基于PN序列的幅度相位均衡技術(shù)

載波相位誤差的存在會(huì)嚴(yán)重影響通信系統(tǒng)的質(zhì)量，會(huì)使通信系統(tǒng)的性能下降，而達(dá)不到應(yīng)有的要求。采用基于PN序列的幅度相位均衡技術(shù)來補(bǔ)償收發(fā)時(shí)的幅相差異，通過利用具有近似隨機(jī)序列且具有一定周期規(guī)律的性質(zhì)的PN序列［7］來矯正收發(fā)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(bǔ)償，插入導(dǎo)頻信息PN序列用于信號檢測和相偏估計(jì)。

3仿真過程

3．1仿真流程系統(tǒng)仿真流程如圖3所示。先進(jìn)行QAM調(diào)制，然后進(jìn)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(jìn)行均衡，最后QAM解調(diào)，比較誤碼率性能。

3．2PN序列幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)如圖4所示。在信息序列前面插入PN序列（該P(yáng)N長度為64），利用PN序列可完成2項(xiàng)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(guān)峰，而互相關(guān)峰非常小。當(dāng)接收方利用已知的PN序列檢測到相關(guān)峰時(shí)，可認(rèn)為達(dá)到了幀同步。在信息序列定時(shí)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(jìn)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(jìn)制而言，更能看出QAM誤碼性能彼此之間的趨勢和聯(lián)系。從圖5可知，QAM誤碼率與信噪比和調(diào)制進(jìn)制數(shù)有關(guān)，信噪比越高，調(diào)制進(jìn)制數(shù)越少，誤碼率越低。信噪比為10dB的時(shí)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(diào)制進(jìn)制數(shù)可保證高速傳輸，又有較低誤碼率保證遠(yuǎn)距離傳輸，性能相對平衡［12］，因此主要針對16QAM進(jìn)行幅相均衡技術(shù)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(shí)，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(jìn)行均衡時(shí)誤碼率非常高，即使在高信噪比下，誤碼非常嚴(yán)重，信息完全不可使用；而采用PN序列均衡后，補(bǔ)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?；赑N序列的幅相均衡技術(shù)減小了系統(tǒng)的誤碼率，保證了系統(tǒng)可靠性，將誤碼率性能恢復(fù)與無幅相誤差的16QAM性能一致，而代價(jià)是占去有效信息的傳輸時(shí)間，使消息傳輸減少，即減少了帶寬。

4結(jié)束語

先從數(shù)學(xué)上嚴(yán)格推導(dǎo)了QAM的調(diào)制解調(diào)公式、誤碼率性能和基于數(shù)據(jù)輔助的幅相均衡技術(shù)；其次仿真了無幅相誤差的高斯白噪聲信道的不同進(jìn)制QAM的誤碼率曲線圖，從高速數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)慕嵌韧扑]QAM16進(jìn)制作為高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的調(diào)制方式；最后比較了在存在幅相誤差時(shí)，無均衡技術(shù)和采用了幅相均衡技術(shù)的QAM誤碼率性能。仿真結(jié)果表明，無均衡技術(shù)16QAM的誤碼性能非常嚴(yán)重，無法用于實(shí)際系統(tǒng)，而幅相均衡技術(shù)的QAM誤碼率接近無幅相誤差的16QAM誤碼率性能，其代價(jià)是減小系統(tǒng)傳輸?shù)膸?。該均衡技術(shù)也可用于數(shù)字通信系統(tǒng)的同步設(shè)計(jì)，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(xué)珞珈學(xué)院杭州電子科技大學(xué)通信工程學(xué)院西藏大學(xué)工學(xué)院