正交幅度调制

正交广度调制 (QAM) 是现代电信中广泛用于传输信息的数字调制方法系列和相关模拟调制方法系列的名称。 它使用幅移键控 (ASK) 数字调制方案或幅度调制 (AM) 模拟调制方案，通过改变（调制）两个载波的幅度来传送两个模拟消息信号或两个数字比特流。 两个载波具有相同的频率并且彼此异相 90°，这种情况称为正交或正交。 传输的信号是通过将两个载波相加而产生的。 在接收器处，由于它们的正交特性，两个波可以相干分离（解调）。 另一个关键属性是，与载波频率相比，调制是低频/低带宽波形，这被称为窄带假设。

相位调制（模拟 PM）和相移键控（数字 PSK）可以看作是 QAM 的一个特例，其中发射信号的幅度是恒定的，但它的相位是变化的。 这也可以扩展到频率调制 (FM) 和频移键控 (FSK)，因为这些可以被视为相位调制的特例。

QAM 被广泛用作数字电信系统的调制方案，例如 802.11 Wi-Fi 标准。 通过设置合适的星座大小，QAM 可以实现任意高的频谱效率，仅受通信信道的噪声水平和线性度限制。 随着比特率的增加，QAM 被用于光纤系统； QAM16 和 QAM64 可以用 3 路径干涉仪进行光学仿真。

在QAM信号中，一个载波滞后另一个载波90°，其幅度调制习惯上称为同相分量，记为I(t)。 另一个调制函数是正交分量 Q(t)。 因此，复合波形在数学上建模为：

s s ( t ) ≈ sin ⁡ ( 2 π f c t ) I ( t ) + sin ⁡ ( 2 π f c t + π 2 ) ⏟ cos ⁡ ( 2 π f c t ) Q ( t ) , {\displaystyle s_{s}(t )\triangleq \sin(2\pi f_{c}t)I(t)\ +\ \underbrace {\sin \left(2\pi f_{c}t+{\ tfrac {\pi }{2}}\right)} _{\cos \left(2\pi f_{c}t\right)}\;Q(t),} 或：

（等式 1）

其中 fc 是载波频率。 在接收器处，相干解调器将接收到的信号分别与余弦和正弦信号相乘，以生成接收到的 I(t) 和 Q(t) 估计值。

低通滤波 r(t) 去除高频项（包含 4πfct），只留下 I(t) 项。 该滤波信号不受 Q(t) 的影响，表明可以独立于正交分量接收同相分量。 同样，我们可以将 sc(t) 乘以正弦波，然后通过低通滤波器提取 Q(t)。

两个正弦波相加是一种线性运算，不会产生新的频率分量。 因此，复合信号的带宽与 DSB（双边带）分量的带宽相当。 实际上，DSB 的频谱冗余使使用该技术的信息容量翻倍。 这是以解调复杂性为代价的。

特别是，DSB 信号在规则频率下具有零交叉，这使得恢复载波正弦波的相位变得容易。 据说是自计时的。 但是正交调制信号的发送器和接收器必须共享一个时钟或以其他方式发送一个时钟信号。 如果时钟相位漂移，解调的 I 和 Q 信号会相互渗入，产生串扰。 在本文中，时钟信号称为相位参考。 时钟同步通常通过传输突发副载波或导频信号来实现。 例如，NTSC 的相位参考包含在其色同步信号中。

模拟 QAM 用于：

• NTSC 和 PAL 模拟彩色电视系统，其中 I 和 Q 信号携带色度（颜色）信息的分量。 QAM 载波相位是从每条扫描线开始时传输的特殊色同步中恢复的。