1 前言

通信即传输信息，进行信息的时空转移。通信系统的作用就是将信息从信源发送到一个或多个目的地。实现通信的方式和手段很多，如手势、语言、旌旗、烽火台和击鼓传令，以及现代社会的电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网和计算机通信等，这些都是消息传递的方式和信息交流的手段。伴随着人类的文明和科学技术的发展，电信技术也是以一日千里的速度飞速发展，如今，在自然科学领域涉及“通信”这一术语时，一般指 “电通信”。现代通信系统要求通信距离远、通信容量大、传输质量好。改革开放以来，我国的通信建设有了迅速的发展，但与一些发达国家相比还是比较落后。随着时代的发展，用户不再满足于听到声音，而且还要看到图像，通信终端也不局限于单一的电话机，而且还有传真机和计算机等数据终端。现有的传输媒介电缆，微波中继和卫星通信等将更多地采用数字传输。传递信息所需的一切技术设备的总和称为通信系统。由于电子技术的快速发展，以及用户对信息传输要求的不断提高，通信技术从原来的模拟通信发展到数字通信；从主要以话音通信为主体的有线通信发展到现今的有线、无线并举的多种业务并重的综合业务通信。多进制数字调制是现代通信的重要方法，它与模拟调制相比有许多优点。数字调制具有更好的抗干扰性能，更强的抗信道损耗，以及更好的安全性；数字传输系统中可以使用差错控制技术，支持复杂信号条件和处理技术，如信源编码、加密技术以及均衡等。常用的数字调制技术有2ASK、4ASK、2PSK、QPSK、8PSK、2FSK、4FSK等，频带利用率从lbit/s/Hz~3bit/s/Hz。总之，数字通信所能够达到的传输效率远远高于模拟通信，调制技术的种类也远远多于模拟通信，大大提高了用户根据实际应用需要选择系统配置的灵活性。多进制数字调制作为信息传输的基础理论，在电信技术发展过程中起着十分重要的作用，对其的理解显得尤为重要。在数字通信领域中，经常将数字信号在复平面上表示，以直观的表示信号以及信号之间的关系，这种图示就是星座图。本文基于对2ASK、4ASK、2PSK、QPSK的信号相位的逻辑关系的分析，通过MATLAB程序做出了相应的矢量星座图。

2 设计原理

数字IQ调制凭借高数据速率以及易于实现等优势，广泛应用于无线通信系统。与传统的模拟调制不同，数字调制采用了新颖的IQ调制架构，以0、1比特流为调制信号。简单地讲，数字调制的过程就是将原始数据比特流按照一定的规则映射至IQ坐标系的过程。映射完成后将得到数字I和Q信号，再分别由DAC转换为模拟I和Q信号，最后经IQ调制器上变频至射频频段。

数字IQ调制完成了符号到矢量坐标系的映射，映射点一般称为星座点，具有实部和虚部。从矢量角度讲，实部与虚部是正交的关系，通常称实部为In-phase分量，则虚部为Quadrature分量。这就是IQ的由来，该矢量坐标系也可以称为IQ坐标系。

在IQ坐标系中，任何一点都确定了一个矢量，可以写为(I+jQ)的形式，数字调制完成后便可以得到相应的I和Q波形，因此数字调制又称为矢量调制。

由于实际要传输的信号（基带信号）所占据的频带通常是低频开始的，而实际通信信道往往都是带通的，要在这种情况下进行通信，就必须对包含信息的信号进行调制，实现基带信号频谱的搬移，以适合实际信道的传输。即用基带信号对载波信号的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化。因为正弦信号的特殊优点（如：形式简单，便于产生和接受等），在大多数数字通信系统中，我们都选用正弦信号作为载波。显然，我们可以利用正弦信号的幅度，频率，相位来携带原始数字基带信号，相对应的分别称为调幅，调频，调相三种基本形式。当然，我们也可以利用其中二种方式的结合来实现数字信号的传输，如调幅-调相等，从而达到某些更加好的特性。

一般而言，一个已调信号可以表示为：

SNt=Amgtcos2πfnt+φk O≤t<T （1）

N=1,2……N0

m=1,2……m0

n=1,2……n0

k=1,2……k0

上式中，gt正在上传…重新上传取消正在上传…重新上传取消正在上传…重新上传取消是低通脉冲波形，此处，我们为简单处理，假设gt=1,0 ;N0=m0×n0×k0 才能实现N0这个信号的传输。当然，我们也不可能同时使用载波信号的幅度、频率和相位三者来同时携带调制信号，这样的话，接收端的解调过程将是非常复杂的。其中最简单的三种方式是：

当fn正在上传…重新上传取消正在上传…重新上传取消正在上传…重新上传取消和φk 为常数，即m0=N0,n0=1,k0=1 时，为幅度调制(ASK)。
当Am 和φk 为常数，即m0=1,n0=N0,k0=1 时，为频率调制(FSK)。
当Am和fn 为常数，即m0=1,n0=1,k0=N0 时，为相位调制(PSK)。

我们把（1）式展开，可得：

sNt=Amgtcosφkcos 2πfnt-Amgtsinφk )sin2πfnt （2）

根据空间理论，我们可以选择以下的一组基向量：

[2εggtcos2πfnt- 2εg gtsin⁡(2πfnt)] （3）

其中εg 是低通脉冲信号的能量，调制后的信号可以用信号空间中的向量

[εg2Amcosφk- εg2 Amsinφk ] （4）

来表示。当在二维坐标上将上面的向量端点画出来时，我们称之为星座图，又叫矢量图。星座图能建立起信源信息与基带信号的关系对于判断调制方式的误码率等有很直观的效用。

由此我们也可以看出，由于频率调制时，其频率分量始终随着基带信号的变化而变化，故而其基向量也是不停地变化，而且，此时在信号空间中的分量也为一个确定的量。所以，对于频率调制，我们一般都不讨论其星座图的。

数字码元	00	01	10	11
相位	0°	90°	180°	270°
复数	0	j	-1	-j

基于MATLAB的多进制数字调制信号的矢量星座图分析

1 前言

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