最详细解读QAM 调制
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发布时间：6小时前
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时间：2小时前
大家好，这里是射频学堂。最近在探讨电磁波传递信号的基础知识，发现很多核心概念需要深入理解。在前期的文章中，我们已经学习了电磁波的基础知识以及基础的三种调制方式。但接下来，我们将深入理解射频收发系统中的I/Q信号，这个话题与今天的调试方案——QAM调制紧密相关。
首先，调制是什么？它是指将信号形式转换为适合信道传输的过程，包括基带调制和载波调制。在本文中，我们讨论的主要是载波调制，即通过调制信号控制载波参数，使载波参数按照调制信号的规律变化。
接下来，解释一下载波调制。载波调制是将调制信号与载波信号结合，通过改变载波的参数（如幅度、频率或相位）来传递信息。根据调制信号的类型，载波调制可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，则为模拟调制，如AM、FM和PM。通过这一过程，信号能搭上载波的传输快车。调制后的信号称为已调信号，接收端可通过解调恢复原始信号。
调幅和调频容易理解，前者涉及幅度变化，后者涉及频率变化。那么，QAM是如何出现的呢？QAM结合了相位调制和幅度调制，使信息量显著增加，例如4QAM、8QAM、16QAM等，甚至1024QAM。这种调制方式使信息容量成倍增长，极具优势。
接下来，我们详细解析QAM的原理。我们从一个简单的信号开始，将其展开为两个正交信号的和，这两个正交信号分别代表In-phase（I）信号和Quadrature（Q）信号。在通信领域，正交是指两个信号相位差为90°。在QAM中，信号同时包含幅度和相位的变化。
信号处理过程包括将I/Q信号转换为模拟信号，通过DA变换器进入模拟通道，对每个信号分量进行调制，再将调制后的信号合路成一路信号S(t)，用于射频传输。对于模拟信号的QAM调制，处理相对简单，I/Q信号可共享频率源LO，通过混频器直接上变频。
对于数字信号的QAM调制，我们回顾了数字调制的基本方式：振幅键控ASK、频移键控FSK和相移键控PSK。QAM在数字调制领域展现出强大的能力，将主信号分解为I/Q两路信号，通过不同的幅度和相位变化，实现信息的高效传输。例如16QAM、QAM、256QAM等，甚至最新的4kQAM。
为什么m-QAM中的m越大越有优势呢？这是因为比特(bit)的概念在数字信号中扮演着关键角色。一个比特表示二进制数字中的0或1，信息量的最小单位。通过改变比特的数量，可以传输更多的信息。因此，m-QAM中的m越大，传输的信息量越大，传输速率越快。
接下来，我们解释QAM是如何实现的。在QAM的原理中，信号分为I和Q两路，每一路信号都有幅度和相位的变化。通过调整A值和Φ值，可以实现主信号S(t)的多种调制。例如，取A值为±A、Φ值为±90°，可以得到四组不同的组合，即4-QAM调制。通过不同组合，可以实现16-QAM、-QAM等更高阶的调制。
为了直观理解QAM调制的过程，我们引入了星座图的概念。星座图展示了信号矢量信息，通过不同点的位置表示不同的幅度和相位组合。在QAM中，通过增加m值，可以增加更多的点来表示信号，从而实现更复杂的信息传输。
最后，让我们讨论QAM信号的产生。常用的方法有正交调幅法和复合相移法。以16-QAM为例，正交调幅法通过两路的正交4ASK信号叠加，形成16QAM信号。而复合相移法则通过两路的QPSK信号叠加，形成16QAM信号。星座图直观展示了QAM调制的实现过程，通过不同点的位置，表示不同的信息组合。
至此，我们对QAM调制的基本原理有了初步了解。QAM调制的m值越大，信息传输速率和频谱效率越高，但对噪声和干扰的要求也相应提高。在室内短距通信如Wi-Fi中，噪声环境相对理想，高阶QAM仍具有应用潜力。然而，对于室外移动通信，噪声环境恶劣，更高阶的QAM面临更大挑战。因此，现代5G通信系统中，256QAM是一个较为均衡的调制方式选择。
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