正交幅度调制 (QAM)

QAM类似于双边带抑制载波调制 (DSBSC)，生成两个关于载波频率对称的边带。它在同一频谱上发送两个消息信号。

QAM在各个领域都有应用，包括当今的技术。模拟调制中QAM的例子是PM（相位调制），其中信号的幅度是恒定的，相位会发生变化。另一个例子是数字调制中的PSK（相移键控），其中信号的相位也会发生变化。但是，使用移键控的QAM在数字通信中具有更大的应用，可以在同一频谱上传输大量的比特。

正交是指90度的相移。它表示四，来源于 360 度/4 = 90 度。调制中使用的分量是余弦波和正弦波，它们相差 90 度的相移。这两种波如下所示

上面的波是正弦波，下面的波是余弦波。

QAM 是模拟调制和数字调制的一个系列。它可用于改变模拟调制中的幅度，以及使用数字调制中的 ASK（幅度键控）的两个数字比特流。这里，我们将讨论基于模拟调制的 QAM。

QAM 调制器

与 DSB 不同，正交幅度调制在同一频谱上发送两个消息信号。第一个消息信号通过将其与载波信号相乘来发送。

m₁(t) = 第一个消息信号

cosω_ct = 第一个载波信号

乘积 = m₁(t)cosω_ct

第二个消息信号以正交方式发送。消息信号乘以 sinωct。

m₂(t) = 第一个消息信号

sinω_ct = 正交载波信号

乘积 = m₂(t)sinω_ct

Quad 意思是四。正交载波信号意味着 90 度的相移。这意味着两个载波信号相差 90 度的相移。

cos (90 - ω_ct) = sinω_ct 或 sin (90 - ω_ct) = cosω_ct

两个信号的乘积进一步相加。它由下式给出

M_Q (t) = m₁(t)cosω_ct + m₂(t)sinω_ct

消息信号和载波信号相乘的过程称为混合或调制。

简单的模拟正交幅度调制的框图如下所示

QAM 解调器

解调是调制的反向过程。它从乘积中恢复原始信号，使其可供接收器使用。这里，解调基于相干检测方法。载波与调制器的输出相乘，然后应用于低通滤波器。QAM 不像 DSBSC 传输那样具有信号载波。因此，选择与原始基带信号相干的载波，以防止进一步的相移和失真。

它由下式给出

M_Q x (载波信号) = (m₁(t)cosω_ct + m₂(t)sinω_ct) x (载波信号)

载波信号可以是 cosω_ct 或其正交 sinω_ct。让我们讨论载波信号的两种可能性。

1. 如果 M_Q 与 cosω_ct 相乘，我们就会得到第一个信号 m₁(t)。因此，它有助于恢复第一个消息信号。
   M_Q x cosω_ct = (m₁(t)cosω_ct + m₂(t)sinω_ct) x cosω_ct
   M_Q cosω_ct = m₁(t)cos²ω_ct + m₂(t)sinω_ctcosω_ct
   M_Q cosω_ct = 1/2 [(1 + cosω_ct) m₁(t) + m₂(t)sin2ω_ct]
   M_Q cosω_ct = 1/2 [m₁(t) + cosω_ct m₁(t) + m₂(t)sin2ω_ct]
2. 如果 M_Q 与 sinω_ct 相乘，我们就会得到信号 m₂(t)。因此，它有助于恢复第二个消息信号。
   M_Q x sinω_ct = (m₁(t)cosω_ct + m₂(t)sinω_ct) x sinω_ct
   M_Q sinω_ct = m₁(t)cosω_ct sinω_ct + m₂(t)sin²ω_ct
   M_Q cosω_ct = 1/2 [m₁(t) sin2ω_ct + m₂(t) - m₂(t)cos2ω_ct]

低通滤波器的功能是允许特定频段的频率通过。在 QAM 中，低通滤波器通过抑制频率 2ω_c 附近的组件来提取消息信号 m₁(t) 和 m₂(t)。

QAM 解调器的框图如下所示

如果没有相位误差，QAM 可以提供类似于单边带 (SSB) 传输的性能。 这是因为相位误差可能导致同频道干扰。 在实际通信中，载波同步是通过在消息之间发送载波来维持的。 它可以防止信道中的干扰。

QAM的优点

正交幅度调制的优点如下

• 增加的带宽
  QAM 的带宽大于 DSBSC，因为它可以在同一频谱上传输两个信号。
• 低噪声干扰
  QAM 的噪声干扰较低，因为两个信号彼此靠近，并且需要低噪声才能将信号从一个点传输到另一个点。

缺点

正交幅度调制的缺点如下

• 复杂的接收器
  QAM 的接收器很复杂，因为它需要两个相位相反的载波信号才能恢复两个消息信号。
• 消耗更多电力
  需要额外的放大器和滤波器会增加其功耗。