【數位訊號調變】FSK_ASK_PSK_QAM 的IQ星座圖
更新於 2023/03/18閱讀時間約 6 分鐘
■Signal 的頻段(Frequency Range)與帶寬(BW , Bandwidth)
說話 頻段:300Hz ~ 3100Hz 則其BW=3100-300=2.8K Hz
音樂 頻段:20 ~ 20000Hz 則其BW =20K Hz
TV (Video+Audio) 其BW = 6M Hz
衛星通訊頻段: 3.7G Hz ~ 4.2G Hz 則其BW =4.2-3.7=0.5G Hz
■Channel的頻段與帶寬
●連通發射端與接收端的通道稱為信道(Channel),信道種類及其頻率如下表
●Channel容量
■信號調變的種類
●類比信號調變的種類
1. AM
2. FM
3. PM
●數位信號調變的種類
數位信號調變種類有下列幾種
■IQ Diagram (即Constellation Diagram,星座圖)
●IQ兩互相正交信號
信號的位置為大小(A)角度(ψ)，若用三角函數將ψ與A(Amplitutde)轉換
為⎾互相正交的I值與Q值˩, 即是I=A*Cos(ψ)，Q=A*Sin(ψ)。
則此信號可表示為 I+Q
●IQ星座圖
數位符號映射到向量坐標系的過程，稱為數位IQ調變(調製)
映射點一般稱為IQ星座圖，橫軸為實部，縱軸為虛部。
從向量角度講，實部與虛部是正交的關係，通常稱實部為In-phase分量，
虛部為Quadrature分量 。
對IQ星座圖而言，大小變化、相位變化、「大小及相位」變化、
甚至頻率變化都可表示。
以頻率變化而言，若載波頻率增加1 Hz，表示反時鐘繞一圈。
【TIPS】Symbol, Bit, Bit rate(bps)間之關係
【視頻】Basics of IQ Signals and IQ modulation & demodulation
■FSK 信號的IQ星座圖
FSK調變是將載波的頻率大小作調整
●2FSK 的IQ星座圖
二進制頻移鍵控 (FSK) 的簡單發送-接收框圖如下所示。
在兩態 FSK 中，一個Symbol指示一個位是為 '0'或'1'。
在四態 FSK 中有四個Symbol，每個Symbol含兩個bit的值。
■ASK的IQ星座圖
ASK調變是將載波的大小作調整。
Amplitude 位移 ,Phase 固定的條件下之IQ星座圖
●2 ASK的IQ星座圖
●4 ASK的IQ星座圖
■PSK 的IQ星座圖
PSK調變是將載波的Phase作調整。
Phase 位移 ,Amplitude 固定的條件下之IQ星座圖
●BPSK (Binary Phase Shift Keying) 的IQ星座圖
BPSK=2PSK
Binary是指兩個Level的調變。
●QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) 的IQ星座圖
QPSK=4PSK
推導如下
因 I Signal為 cosωt = 1 而 -cosωt=0
Q Signal為 sinωt=1 而 - sinωt=0
故 QPSK Signal = I Signal +Q Signal
載波角度不同時, 4PSK (QPSK)的IQ星座圖
●2,4,8 PSK的IQ星座圖例
●16 PSK 的IQ星座圖例
I=5 的 16PSK IQ星座圖
●M-ary PSK ( High Order PSK)
指大小(Amplitude)只有一種，而角度(Phase)可有多種的PSK
其IQ星座圖為固定I半徑圓的圓周上M點
■APSK 的IQ星座圖
若PSK 的IQ星座圖的點距過近常產生誤差,因此可增加Ampliotude
的方式(增加同心圈數)來疏散相等數量的信號點, 以增加各信號點距離
●例如16PSK 可改設計成 16APSK
●16 APSK 及32 APSK的IQ星座圖
●64 APSK的IQ星座圖
64-APSK (4 + 12 + 20 + 28) 是ASK和PSK的組合調製系統，其中調製星座
由四個同心環組成，如圖
■QAM的IQ星座圖
QAM指IQ信號的Amplitude與Phase同時變化的調變。
I與Q的大小同時變化下的IQ星座圖種類下
●16 QAM 的IQ星座圖製成方法
●各種 QAM 的IQ星座圖
●各種通信標準的QAM調變IQ星座圖
■ Simulink 建模比較 16 QAM, QPSK, BPSK
■AWGN通道
■星座圖可用於判斷調製過程中的誤碼率(Pb)
●星座圖中，點到原點的距離
代表這個點對應信號的能量，離原點越遠，意味著此信號能量越大。
●相鄰兩個點的距離(dm)
●相鄰兩個點的距離(dm)
表示調製所具有的抗雜訊性能，距離越大，抗雜訊性能越好。
●SNR: Signal-to-Noise Ratio
BER : Bit Error Rate
SER : Symbol Error Rate
●EVM
■IQ星座圖總結
【視頻】Module 4: Digital Modulation
【視頻】What is DP-QPSK? - FO4SALE.COM
【參考資料】
1. 臺灣元培大學資管系 陳哲儀老師 PPT講義
2. https://slidetodoc.com/wireless-communication-systems-cs-nctu-lecture-2-modulation/
3.孫利國教授 https://www.slideserve.com/anne/fundamentals-of-rf-engineering
4. https://slideplayer.com/slide/10799036/
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