QAM幅相均衡技术研究范文

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《无线电通信技术杂志》2015年第二期

1qam原理及幅相不一致的星座图

1．1QAM调制原理正交振幅调制QAM是一种振幅和相位联合键控，采用了2个独立的正交载波sinwct和coswct，其表达式。假设输入二进制序列为｛Ak｝，经过串并转换之后变为双路并行码元，在正交支路上又将每K／2个比特码元变换成相应的M进制幅度序列；再经过成形限带滤波之后，分别得到2路I（t）和Q（t）的M电平的脉冲编码调制（PulseAmplitudeModulation，PAM）基带信号，再将其2路信号进行正交载波M进制的振幅键控（AmplitudeShiftKeying，ASK）调制，2路调制好的正交ASK信号之和即是QAM信号［8］。

1．2QAM的误码率性能若在理想情况下，接收端解调前的信号无失真。在忽略常数衰减因子的情况下仅考虑窄带高斯噪声，接收端采用相干解调，经过低通滤波器滤除高频谐波之后，只剩下原信号的直流成分和窄带的加性噪声，则MASK信号在高斯白色噪声信道条件下的误码率。可以看出QAM的误码率与信噪比和不同的进制数相关。信噪比越高，M进制的越小，则误码率性能越好。

1．3QAM不同相位和幅度误差的星座图当QAM系统不存在幅度和相位误差时，其I和Q两路对应星座图将无任何偏差，此时误码率性能只受噪声和调制进数影响；而存在幅度和相位误差时，接收信号的星座图将偏离原有星座，导致判决失败。不同幅度和相位的星座图如图2所示。当只存在幅度差异时，星座图线性扩展或缩小；只存在相位差时，星座图整体发生偏转；当幅度和相位均存在差异时，星座图即线性扩展或缩小也同时发生偏转。QAM解调的过程中存在的幅度及相位差异，使得星座图偏离了原来的星座图。如果不采取措施改进，将导致判决错误进而使误码率急剧增加，严重时导致无法解调。

2基于PN序列的幅度相位均衡技术

载波相位误差的存在会严重影响通信系统的质量，会使通信系统的性能下降，而达不到应有的要求。采用基于PN序列的幅度相位均衡技术来补偿收发时的幅相差异，通过利用具有近似随机序列且具有一定周期规律的性质的PN序列［7］来矫正收发信号幅度不匹配的情况。在这里引入软件无线电的思想加以补偿，插入导频信息PN序列用于信号检测和相偏估计。

3仿真过程

3．1仿真流程系统仿真流程如图3所示。先进行QAM调制，然后进入高斯信道，利用信道仿真器模拟幅相不一致，接着采用信道均衡算法对信道进行均衡，最后QAM解调，比较误码率性能。

3．2PN序列帧结构帧结构如图4所示。在信息序列前面插入PN序列（该PN长度为64），利用PN序列可完成2项工作［10］：①帧同步；②幅度和相位纠正。由于PN序列具有尖锐的自相关峰，而互相关峰非常小。当接收方利用已知的PN序列检测到相关峰时，可认为达到了帧同步。在信息序列定时插入PN序列可跟踪相位和幅度的变化，信息序列隔多久插入PN序列取决于相位和幅度变化的速率，若相位和幅度变化越快，需要的PN序列越多，反之相位和幅度变化越慢，需要的PN序列则越少［11］。

3．3无幅相偏差的高斯噪声下的仿真QPSK、16QAM和64QAM不同进制下的误码率如图5所示。以Eb／N0为横轴，以BER为纵轴，相比单一的进制而言，更能看出QAM误码性能彼此之间的趋势和联系。从图5可知，QAM误码率与信噪比和调制进制数有关，信噪比越高，调制进制数越少，误码率越低。信噪比为10dB的时候，QPSK、16QAM和64QAM的误码率分别为00008、006和01左右。16QAM既具有较高调制进制数可保证高速传输，又有较低误码率保证远距离传输，性能相对平衡［12］，因此主要针对16QAM进行幅相均衡技术的研究。

3．4存在相位和幅度偏差的高斯噪声下的仿真存在幅度和相位差时，均衡前后的16QAM误码率性能如图6所示。从图6中可知，未采用PN序列进行均衡时误码率非常高，即使在高信噪比下，误码非常严重，信息完全不可使用；而采用PN序列均衡后，补偿了相位和幅度的差异，其误码率性能接近图5无相位和幅度差异的理想仿真。基于PN序列的幅相均衡技术减小了系统的误码率，保证了系统可靠性，将误码率性能恢复与无幅相误差的16QAM性能一致，而代价是占去有效信息的传输时间，使消息传输减少，即减少了带宽。

4结束语

先从数学上严格推导了QAM的调制解调公式、误码率性能和基于数据辅助的幅相均衡技术；其次仿真了无幅相误差的高斯白噪声信道的不同进制QAM的误码率曲线图，从高速数据和远距离传输的角度推荐QAM16进制作为高速数据传输系统的调制方式；最后比较了在存在幅相误差时，无均衡技术和采用了幅相均衡技术的QAM误码率性能。仿真结果表明，无均衡技术16QAM的误码性能非常严重，无法用于实际系统，而幅相均衡技术的QAM误码率接近无幅相误差的16QAM误码率性能，其代价是减小系统传输的带宽。该均衡技术也可用于数字通信系统的同步设计，可完成载波同步、位同步和帧同步。

作者：阴欢欢李飞翟月英云中华单位：武汉大学珞珈学院杭州电子科技大学通信工程学院西藏大学工学院