文章目錄

• 前言
• 一、QAM調(diào)制？
• 二、無(wú)載波幅度和相位調(diào)制（CAP)
• 三、CAP調(diào)制與QAM調(diào)制之間的聯(lián)系（異同點(diǎn)）
• 四、CAP調(diào)制相比于QAM調(diào)制的優(yōu)缺點(diǎn)
• • 4.1、優(yōu)點(diǎn)
  • 4.2、缺點(diǎn)
• 五、無(wú)載波幅度和相位調(diào)制matlab程序
• 五、Reference

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前言

目前的通信系統(tǒng)中，QAM調(diào)制應(yīng)用廣泛，因?yàn)槠淅梅群拖辔煌瑫r(shí)傳遞i信息，提高了頻帶利用率。目前，最高階數(shù)的QAM已達(dá)到1024-QAM即星座圖有1024個(gè)點(diǎn)。雖然QAM應(yīng)用廣泛，但是由于其產(chǎn)生的信號(hào)是復(fù)數(shù)信號(hào)，無(wú)法直接應(yīng)用在基于強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)（IM/DD）系統(tǒng)中，所以一種改進(jìn)的QAM調(diào)制格式對(duì)于可見(jiàn)光通信領(lǐng)域就顯得尤其重要，它就是CAP調(diào)制技術(shù)。

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一、QAM調(diào)制？

正交幅度調(diào)制（QAM）是一種將兩種調(diào)幅信號(hào)聚合在一起的調(diào)制方法。正交調(diào)幅信號(hào)由兩個(gè)頻率相同，相位相差90°的載波，分別稱為I支路信號(hào)（同相支路）和Q支路信號(hào)（正交支路），兩種被調(diào)制的載波在發(fā)送端被混合，在整體上顯示為對(duì)載波的幅度和相位同時(shí)進(jìn)行調(diào)制。

圖1描述了QAM調(diào)制的系統(tǒng)框圖，QAM調(diào)制器的原理是發(fā)送數(shù)據(jù)首先被分為兩路，速率變?yōu)樵瓉?lái)的1/2，在經(jīng)過(guò)比特編碼器轉(zhuǎn)換為多電平信號(hào)，然后分別與一對(duì)正交的調(diào)制載波相乘，求和后輸出。采用QAM技術(shù)，要求信道帶寬要大于等于碼元速率，同時(shí)由于定時(shí)的需要，還需要增加額外的帶寬來(lái)發(fā)送定時(shí)序列。與其他的調(diào)制技術(shù)相比，QAM能夠更加充分地利用帶寬，并且有較好的抗噪聲性能。但是，在可見(jiàn)光通信的應(yīng)用場(chǎng)景下，由于其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是復(fù)數(shù)信號(hào)，并且由于LED等光電器件的非線性效應(yīng)，并不能像QAM一樣容易恢復(fù)出同頻同相的載波，所以需要一種有效的調(diào)制方式能夠應(yīng)用在可見(jiàn)光通信系統(tǒng)中。

二、無(wú)載波幅度和相位調(diào)制（CAP)

CAP調(diào)制（Carrierless Amplitude and Phase,無(wú)載波幅度和相位）調(diào)制方式是一種多維多階的調(diào)制技術(shù)，它在20世紀(jì)70年代首先由貝爾實(shí)驗(yàn)室提出。采用這種調(diào)制技術(shù)，可以在有限帶寬的條件下實(shí)現(xiàn)高頻譜效率的高速傳輸。CAP調(diào)制在調(diào)制過(guò)程沒(méi)有與載波相乘的部分，而是直接利用相互正交的成型濾波器來(lái)形成帶通脈沖信號(hào)，通過(guò)改變同相和正交支路的波形反應(yīng)所傳遞的數(shù)據(jù)流，因此這種技術(shù)被稱為“無(wú)載波”。下圖所示為可見(jiàn)光通信系統(tǒng)中CAP調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)框圖：

在發(fā)射端，原始的比特流進(jìn)行QAM映射，然后進(jìn)行與濾波器相同程度的上采樣，然后將符號(hào)的實(shí)虛部分離并分別通過(guò)相互正交的整形濾波器，而這兩個(gè)相互正交的整形濾波器就是通過(guò)對(duì)原始的脈沖整形濾波器分別乘以cos函數(shù)和sin函數(shù)而得到的，具體的可參考下圖：

其中g(shù)(t)是脈沖整形濾波器，一般采用的是平方根升余弦脈沖（SRRC）。

三、CAP調(diào)制與QAM調(diào)制之間的聯(lián)系（異同點(diǎn)）

CAP調(diào)制可以看作是QAM調(diào)制的一種在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)的調(diào)制方式。通過(guò)對(duì)CAP調(diào)制和QAM調(diào)制在數(shù)學(xué)表達(dá)式上的分析和比較，可以發(fā)現(xiàn)兩者幾乎完全相同。從相同點(diǎn)的角度來(lái)看，兩種調(diào)制方式都是對(duì)信號(hào)進(jìn)行兩路數(shù)據(jù)的分離，都有4、8、16、64階等高階調(diào)制格式。從不同點(diǎn)的角度看，QAM信號(hào)是在電域或者光域（模擬域）實(shí)現(xiàn)的，而且其傳輸?shù)氖菑?fù)數(shù)信號(hào)，而CAP調(diào)制利用兩個(gè)正交的數(shù)字濾波器在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)調(diào)制，其傳輸?shù)氖菍?shí)數(shù)信號(hào)。

四、CAP調(diào)制相比于QAM調(diào)制的優(yōu)缺點(diǎn)

4.1、優(yōu)點(diǎn)

在可見(jiàn)光通信場(chǎng)景中，CAP調(diào)制不再需要電或者光的復(fù)數(shù)信號(hào)到實(shí)數(shù)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換通常需要一個(gè)混頻器、射頻源或者一個(gè)光IQ調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，相比于OFDM調(diào)制，CAP調(diào)制也不再需要采用離散傅里葉變換（DFT），從而極大地減少了計(jì)算復(fù)雜度和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

4.2、缺點(diǎn)

由于CAP調(diào)制“無(wú)載波”的特性，在接收端沒(méi)有同頻同相的載波來(lái)去除不同支路的分量，其眼圖的眼睛睜開(kāi)程度相比于QAM會(huì)小很多。所以同步性在CAP調(diào)制中是非常重要的，采樣時(shí)間的偏移不僅會(huì)引起ISI，更會(huì)引起很高的ICI，采樣嚴(yán)格控制在眼睛的睜開(kāi)點(diǎn)才能恢復(fù)出所需數(shù)據(jù)。

五、無(wú)載波幅度和相位調(diào)制matlab程序

具體可以參考以下CSDN資源下載鏈接：

無(wú)載波幅度和相位調(diào)制（CAP Modulation)matlab代碼，絕對(duì)可靠

該程序是博主自己科研學(xué)術(shù)中查閱資料和文獻(xiàn)寫(xiě)出來(lái)的CAP Modulation MATLAB程序。

五、Reference

[1] 田行健. 基于室內(nèi)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的無(wú)載波幅度相位調(diào)制技術(shù)（CAP）的研究[D].北京郵電大學(xué),2017.
[2] K. O. Akande, P. A. Haigh and W. O. Popoola, “On the Implementation of Carrierless Amplitude and Phase Modulation in Visible Light Communication,” in IEEE Access, vol. 6, pp. 60532-60546, 2018, doi: 10.1109/ACCESS.2018.2876001.

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的无载波幅度和相位调制（CAP）与QAM调制的详细解析（可见光通信应用场景），以及CAP matlab程序下载链接的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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