转:通信里 星座图 到底是什么

本文根据知乎的一篇文章整理而来。

要说星座图,要先从IQ调制说起:

IQ调制:

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IQ解调原理:

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t=-1:0.001:1;
f=1;
y=cos(2*pi*2*f*t);
subplot(1,2,1);plot(t,y);
y=sin(2*pi*2*f*t);
subplot(1,2,2);plot(t,y);
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前面我们讲了IQ调制和解调的原理,下来我们看一下如何应用IQ调制来实现MPSK调制(QPSK、8PSK等)、MQAM调制(16QAM、64QAM等)。

BPSK 二相相移键控

先来了解一下BPSK(Binary Phase Shift Keying,二相相移键控)

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如何用IQ调制实现QPSK调制?

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%输入信号
>>subplot(4,1,1);
>> t=0:0.001:8;
>> d=[0 0 ;0.5 1;1 1;1.5 0;2 1;2.5 1;3 0;3.5 0;4 0;4.5 1 ;5 1 ;5.5 0 ;6 1 ;6.5 1 ;7 0 ;7.5 0];
>> s=pulstran(t-0.25,d,'rectpuls',0.5);plot(t,s) ;
>> axis([0 8 -0.5 1.5]);
>> text(0.25,1.2,'0') ;text(0.75,1.2,'1') ; text(1.25,1.2,'1') ; text(1.75,1.2,'0') ; 
>> text(2.25,1.2,'1'); text(2.75,1.2,'1') ; text(3.25,1.2,'0') ; text(3.75,1.2,'0') ;
>> text(4.25,1.2,'0'); text(4.75,1.2,'1') ; text(5.25,1.2,'1') ; text(5.75,1.2,'0') ; 
>> text(6.25,1.2,'1'); text(6.75,1.2,'1') ; text(7.25,1.2,'0') ; text(7.75,1.2,'0') ;% I路信号
>> subplot(4,1,2);
>> t=0:0.001:8;
>> a=1/sqrt(2);
>> d=[0 -a ;1 +a;2 -a;3 +a; 4 -a;5 +a;6 -a;7 +a];
>> s=pulstran(t-0.5,d,'rectpuls');plot(t,s) ;
>> axis([0 8 -2 2]);
>> text(0.5,1.5,'-0.7') ; text(1.5,1.5,'+0.7') ;text(2.5,1.5,'-0.7') ;text(3.5,1.5,'+0.7');
>> text(4.5,1.5,'-0.7') ; text(5.5,1.5,'+0.7') ;text(6.5,1.5,'-0.7') ;text(7.5,1.5,'+0.7');% Q路信号
>> subplot(4,1,3);
>> t=0:0.001:8;
>> d=[0 +a;1 -a;2 -a;3 +a; 4 +a;5 -a;6 -a;7 +a];
>> s=pulstran(t-0.5,d,'rectpuls');plot(t,s) ;
>> axis([0 8 -2 2]);
>> text(0.5,1.5,'+0.7'); text(1.5,1.5,'-0.7') ; text(2.5,1.5,'-0.7') ; text(3.5,1.5,'+0.7')
>> text(4.5,1.5,'+0.7'); text(5.5,1.5,'-0.7') ; text(6.5,1.5,'-0.7') ; text(7.5,1.5,'+0.7')%QPSK调制信号
>> subplot(4,1,4);
>> t=0:0.001:8;
>> d1=[0 -a ;1 +a;2 -a;3 +a; 4 -a ;5 +a;6 -a;7 +a];
>> s1=pulstran(t-0.5,d1,'rectpuls').*cos(2*pi*5*t);
>> d2=[0 +a;1 -a;2 -a;3 +a; 4 +a;5 -a;6 -a;7 +a];
>> s2=pulstran(t-0.5,d2,'rectpuls').*sin(2*pi*5*t);
>> plot(t,s1-s2) ;>> axis([0 8 -2 2]);
>> text(0.3,1.5,'3\pi/4') ; text(1.3,1.5, '7\pi/4') ; text(2.3,1.5,'5\pi/4') ; text(3.3,1.5,'\pi/4') ; 
>> text(4.3,1.5, '3\pi/4') ; text(5.3,1.5, '7\pi/4');
text(6.3,1.5,'5\pi/4') ; text(7.3,1.5,'\pi/4') ;
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QPSK调制的星座图

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星座图,就是说一个坐标,如高中的单位圆,横坐标是I,纵坐标是Q,相应于投影到I轴的,叫同相分量,同理投影到Q轴的叫正交分量。由于信号幅度有差别,那么就有可能落在单位圆之内。具体地说,64QAM,符号有64个,等于2的6次方,因此每个符号需要6个二进制来代表才够用。这64个符号就落在单位圆内,根据幅度和相位的不同 落的地方也不同。从其中一个点跳到另一个点,就意味着相位调制和幅度调制同时完成了。”

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QPSK的映射关系可以随意定吗?

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还以发送数据是11为例,接收数据误判为10和00的概率要高于误判为01的概率。11误判为10错了1个比特,但11误判为00却错了2个比特。 综上所述,在相同的信道条件下,采用00↔π/4、01↔3π/4、10↔5π/4、11↔7π/4映射关系的QPSK调制的误比特率要高于采用00↔π/4、01↔3π/4、11↔5π/4、10↔7π/4映射关系。 象00、01、11、10这样,相邻的两个码之间只有1位数字不同的编码叫做格雷码。QPSK调制中使用的就是格雷码。

十进制数自然二进制数格雷码
000000000
100010001
200100011
300110010
401000110
501010111
601100101
701110100
810001100
910011101
1010101111
1110111110
1211001010
1311011011
1411101001
1511111000

如何使用IQ调制实现8PSK?

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如何使用IQ调制实现16QAM?

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前面讲的PSK调制(QPSK、8PSK),星座图中的点都位于单位圆上,模相同(都为1),只有相位不同。而QAM调制星座图中的点不再位于单位圆上,而是分布在复平面的一定范围内,各点如果模相同,则相位必不相同,如果相位相同则模必不相同。星座图中点的分布是有讲究的,不同的分布和映射关系对应的调制方案的误码性能是不一样的,这里不再展开去讲。

利用IQ调制实现BPSK调制

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