qpsk与16qam调制在卫星通信中的性能分析

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1、万方数据QPSK与16QAM调制在卫星通信中的性能分析杨雪梅陆晓明(北京跟踪与通信技术研究所北京100094)摘要介绍了QPSK与16QAM调制的概念，详细分析了QPSK与16QAM调制的频带利用率和误码性能，总结了卫星通信中采用16QAM调制的优缺点。得出如下结论：16QAM技术可有效地利用带宽，并在带宽利用率上比QPSK更有效，因而采用16QAM调制有利于节省卫星转发器。但是16QAM的功率利用率比QPSK调制方式要低，所以需要配置较大功率的高功放。关键词QPSK16QAM频带利用率误码性能QPSK调制技术是等包络，且具有带宽较窄、频带利用率高，抗干扰

2、能力强等特点，所以QPSK在传统上作为卫星通信的最佳调制技术。但是，现在卫星转发器功率已经做得很大，卫星转发器功率受限变成频带受限，同时通信容量需求的大量增加，只有采用更好的调制技术才能解决这些问题。16QAM调制技术相比较而言是一种最优的调制技术。16QAM调制技术长期应用在大容量数字微波中，但当今国际市场上出现了采用16QAM调制技术的卫通调制解调器，如美国COMTECHEFDATA公司新推出的CDM一600。该卫通调制解调器支持速率高达20Mbps。1PSK和QAM的概念所谓数字调制就是用数字基带信号对载波的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信

3、号的变化而变化。PSK调制是受键控的载波相位按基带脉冲而改变的一种数字调制方式。MPSK为M进制相位调制又称多相制，它是利用载波的多种不同相位来表征数字信息的调制方式。QPSK是4相绝对移相键控。QAM(正交幅度键控)是用两个独立的基带波形对两个相互正交的载波进行抑制载波双边带调制的一种方式。由于正交幅度调制过程使载波振幅和相位同时变化，其中16QAM是四进制的正交振幅调制，有时也称为全响应幅相键控(APK)。2误码性能比较2。14QAM与QPSK比较图1是QPSK调制信号分布图。图2是两幅度QAM(4QAM)调制信号分布图，这两个幅度用a和口表示。为了在

4、这两个信号集中保持相同的平均功率，必须满足条件：(口2+p2)／2=2A2。当a=A，p=√3A时，合成的信号点落在一个菱形的棱上，并且信号之间的最小间隔等于2A。因此，两幅度QAM信号与QPSK信号比较没有明显的优点。图1QPSK调制信号分布图图2两幅度QAM调制信号分布图2．28PSK和8QAM比较研究8QAM的信号集，如图4所示，信号间的最小距离等于2，图中给出每一信号点的坐标(d。，e。)。假定各信号点是等概的，平均发送功率是：肼P=A2／M∑(d。2+e。2)=4．73A2。图3是8PSK信号图，其中两个相临点间隔为2，假定各信号点是等概的，从而

5、，8PSK信号的平均发送功率是P=6．83A2。很显然，8PSK信号需要多出大约1．6dB的功率，才能达到图6中所示的8QAM信号的性能。2．316PSK$a160AM比较由图5可见，16PSK信号相邻的两信号点的距20陀年第28癌1．：llg6期无线tl!,jtt信技术51万方数据0．乍～＼‘≯3‘心哆图38PSK信号分布图图48QAM信号分布图离为d，一2Asin(，r／16)=0．39A。对于16QAM信号来说，相邻信号点的距离为d，=√3A／(L一1)，式中￡是在两个正交方向(髫或Y)上信号的电平数。取L=4，故d2=√2／3A=0．47A，比d1

6、超过1．64A(dB)。实际上，应该以信号的平均功率相等为条件来比较上述信号的距离才合理。可以证明，QAM信号的最大功率与平均功率之比为：L／2e=最大功率／平均功率=L(L一1)2／[2∑(2i一1)2]。i=1对于16QAM来说，L=4，所以￡160AM=1．8。至于16PSK信号的平均功率，因为其包络恒定，因而e。6，sK=1。这样，在平均功率相等的条件下，16QAM的相邻信号距离超过16PSK约4．19(dB)。1l．厂努。‘Lj图516PSK信号的信号分布图／＼厂。分．／OOf‘≮．乡’图616QAM信号的信号分布图2．4MPSK和MQAM比较一

7、个M进制PSK信号集，在一个半径为r的圆周上具有M个相等间隔的点，所以，相邻两点之间的距离是2，容易看出圆周的半径必定是r=1／sin(1r／M)一M／rrM大时。因此，当M增加时为了保持相同的差错概率性能，M进制PSK的平均功率必需增加为(M／zf)2，M进制QAM的平均功率必需增加为2(M一1)／3。其比值为：附表不同肘值时的D_】If值MlOlog[3M2／2(M一1)丌2]。dB81．43164．41327．01649．95D村=3M2／2(M一1)丌2。式中DJlf表明用MQAM代替MPSK的优点。不同M值时的D村值见附表。2．5QPSK信号和1

8、6QAM信号比较由图1QPSK调制信号分布图和图616QAM调制的