《調(diào)制解調(diào)》 (2)ppt課件

1、第第2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào) 2.1 2.1 概述概述 2.2 2.2 數(shù)字幅度調(diào)制數(shù)字幅度調(diào)制2ASK2ASK與數(shù)字頻率調(diào)制與數(shù)字頻率調(diào)制(2FSK)(2FSK)2.3 2.3 數(shù)字相位調(diào)制數(shù)字相位調(diào)制(2PSK(2PSK、QPSKQPSK、OQPSK) OQPSK) 2.4 2.4 擴(kuò)展頻譜調(diào)制擴(kuò)展頻譜調(diào)制 2.5 2.5 多載波調(diào)制多載波調(diào)制 思索題與習(xí)題思索題與習(xí)題 2.1 概概 述述 復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 調(diào)制的目的是把要傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)變換成適宜信道傳輸?shù)母哳l信號(hào)。該信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)。 調(diào)制過(guò)程用于通訊系統(tǒng)的發(fā)送端。 在接納端需將已調(diào)信號(hào)復(fù)原成要傳輸?shù)脑夹盘?hào)， 該過(guò)程稱為解調(diào)。載波調(diào)

2、制是用待傳輸?shù)幕鶐盘?hào)的變化規(guī)律，去改動(dòng)高頻載波載波調(diào)制是用待傳輸?shù)幕鶐盘?hào)的變化規(guī)律，去改動(dòng)高頻載波某些參數(shù)的過(guò)程。某些參數(shù)的過(guò)程。高頻載波可以分為兩類：高頻載波可以分為兩類： 一類用正弦型信號(hào)，稱為正弦載波調(diào)制；一類用正弦型信號(hào)，稱為正弦載波調(diào)制； 一類用脈沖串，稱為脈沖調(diào)制。一類用脈沖串，稱為脈沖調(diào)制。基帶信號(hào)也可分為兩類：基帶信號(hào)也可分為兩類： 一類是模擬信號(hào)，即基帶信號(hào)的取值是延續(xù)的，稱為模擬調(diào)制；一類是模擬信號(hào)，即基帶信號(hào)的取值是延續(xù)的，稱為模擬調(diào)制； 另類是數(shù)字信號(hào)，即基帶信號(hào)的取值是離散的，稱為數(shù)字調(diào)制。另類是數(shù)字信號(hào)，即基帶信號(hào)的取值是離散的，稱為數(shù)字調(diào)制。 模擬調(diào)制指利用輸

3、入的模擬信號(hào)直接調(diào)制模擬調(diào)制指利用輸入的模擬信號(hào)直接調(diào)制(或改動(dòng)或改動(dòng))高頻載高頻載波波(正弦波正弦波)的振幅、的振幅、 頻率或相位，頻率或相位， 從而得到：從而得到： 模擬調(diào)幅模擬調(diào)幅(AM)、 模擬調(diào)頻模擬調(diào)頻(FM) 模擬調(diào)相模擬調(diào)相(PM)信號(hào)。信號(hào)。 數(shù)字調(diào)制指利用輸入的數(shù)字信號(hào)來(lái)控制高頻載波的振幅、數(shù)字調(diào)制指利用輸入的數(shù)字信號(hào)來(lái)控制高頻載波的振幅、 頻率或相位。頻率或相位。 常用的數(shù)字調(diào)制有：常用的數(shù)字調(diào)制有： 移幅鍵控移幅鍵控2ASK 移頻鍵控移頻鍵控(2FSK)、MSK、GMSK 移相鍵控移相鍵控(2PSK)、4相移相鍵控相移相鍵控QPSK、OQPSK、 正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)

4、制QAM等。等。 挪動(dòng)通訊信道的根本特征是： 第一，帶寬有限，它取決于運(yùn)用的頻率資源和信道的傳播特性；第二，干擾和噪聲影響大，這主要是挪動(dòng)通訊任務(wù)的電磁環(huán)境所決議的；第三，存在著多徑衰落。 針對(duì)挪動(dòng)通訊信道的特點(diǎn)，要求已調(diào)信號(hào)應(yīng)具有高的頻譜利用率和較強(qiáng)的抗干擾、抗衰落的才干。 高的頻譜利用率要求已調(diào)信號(hào)所占的帶寬窄。 它意味著已調(diào)信號(hào)頻譜的主瓣要窄， 同時(shí)副瓣的幅度要低(即輻射到相鄰頻道的干擾功率要小)。 高的抗干擾和抗多徑性能要求在惡劣的信道環(huán)境下， 經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)后的輸出信噪比(S/N)較高或誤碼率較低。2.1.1 模擬調(diào)制與解調(diào)原理復(fù)習(xí)模擬調(diào)制與解調(diào)原理復(fù)習(xí)高頻載波選用正弦型載波，基帶信號(hào)

5、為模擬信號(hào)，設(shè)正弦型載波為： st=Acosct+0式中： A 載波的幅度 c 載波角頻率 0 載波的初始相位 t=c t +0 載波的瞬時(shí)相位一、一、 幅度調(diào)制的原理幅度調(diào)制的原理假設(shè)基帶信號(hào)為假設(shè)基帶信號(hào)為mt，那么幅度調(diào)制信號(hào)，那么幅度調(diào)制信號(hào)已調(diào)信號(hào)普通可表示成：已調(diào)信號(hào)普通可表示成： 時(shí)域信號(hào)：時(shí)域信號(hào)：Smt=A mtcosct+0 頻域信號(hào)：頻域信號(hào)： ccmmMMAtSFS21 調(diào)幅調(diào)幅AM信號(hào)信號(hào)假設(shè)輸入的基帶信號(hào)假設(shè)輸入的基帶信號(hào)mt帶直流分量，那么帶直流分量，那么它可以表示為它可以表示為m0與與mt之和，其中，之和，其中， m0是是mt的直流分量，的直流分量，mt是表示音

6、訊變化的交流是表示音訊變化的交流分量。分量。 調(diào)制后的信號(hào)：具有載波分量的雙邊帶信號(hào)調(diào)制后的信號(hào)：具有載波分量的雙邊帶信號(hào)AM。2 雙邊帶雙邊帶DSB信號(hào)信號(hào)假設(shè)輸入的基帶信號(hào)沒(méi)有直流分量假設(shè)輸入的基帶信號(hào)沒(méi)有直流分量m0 (或?qū)⒅被驅(qū)⒅绷鞣至恳种频袅鞣至恳种频?，那么調(diào)制得到的輸出信號(hào)便是無(wú)，那么調(diào)制得到的輸出信號(hào)便是無(wú)載波分量的雙邊帶調(diào)制信號(hào)，或稱抑制載波雙邊帶載波分量的雙邊帶調(diào)制信號(hào)，或稱抑制載波雙邊帶DSB-SC調(diào)制信號(hào)，簡(jiǎn)稱調(diào)制信號(hào)，簡(jiǎn)稱DSB信號(hào)。信號(hào)。3 單邊帶單邊帶SSB信號(hào)信號(hào)雙邊帶雙邊帶DSB調(diào)制信號(hào)包含有兩個(gè)邊帶，即上、調(diào)制信號(hào)包含有兩個(gè)邊帶，即上、下邊帶。由于這兩個(gè)邊帶

7、包含的信息一樣，因下邊帶。由于這兩個(gè)邊帶包含的信息一樣，因此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋?lái)思索，傳輸一個(gè)邊帶此，從信息傳輸?shù)慕嵌葋?lái)思索，傳輸一個(gè)邊帶就夠了。就夠了。 即所謂單邊帶調(diào)制，就是對(duì)即所謂單邊帶調(diào)制，就是對(duì)DSB信號(hào)用一信號(hào)用一個(gè)帶通濾波器，只保管濾波產(chǎn)生一個(gè)邊帶個(gè)帶通濾波器，只保管濾波產(chǎn)生一個(gè)邊帶信號(hào)的調(diào)制方式。信號(hào)的調(diào)制方式。4 殘留邊帶殘留邊帶VSB信號(hào)信號(hào)殘留邊帶調(diào)制是介于雙邊帶與單邊帶之間的殘留邊帶調(diào)制是介于雙邊帶與單邊帶之間的一種線性調(diào)制。它既抑制了雙邊帶調(diào)制信號(hào)占一種線性調(diào)制。它既抑制了雙邊帶調(diào)制信號(hào)占用頻帶寬的缺陷，又處理了單邊帶信號(hào)實(shí)現(xiàn)上用頻帶寬的缺陷，又處理了單邊帶信號(hào)實(shí)現(xiàn)上

8、的難題。的難題。二、二、 幅度調(diào)制信號(hào)的解調(diào)原理幅度調(diào)制信號(hào)的解調(diào)原理對(duì)幅度調(diào)制信號(hào)，解調(diào)的根本方法有對(duì)幅度調(diào)制信號(hào)，解調(diào)的根本方法有兩種：一種是包絡(luò)檢波法，一種是相關(guān)解兩種：一種是包絡(luò)檢波法，一種是相關(guān)解調(diào)或稱同步解調(diào)。調(diào)或稱同步解調(diào)。1 包絡(luò)檢波法已調(diào)信號(hào)含高頻載波包絡(luò)檢波法已調(diào)信號(hào)含高頻載波分量分量 對(duì)調(diào)幅對(duì)調(diào)幅AM信號(hào)，當(dāng)滿足信號(hào)，當(dāng)滿足m0mtmax時(shí)，不會(huì)發(fā)生過(guò)調(diào)制景時(shí)，不會(huì)發(fā)生過(guò)調(diào)制景象，此時(shí)用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原象，此時(shí)用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始基帶信號(hào)始基帶信號(hào)mt。2 相關(guān)解調(diào)同步解調(diào)相關(guān)解調(diào)同步解調(diào) 雙邊帶信號(hào)不能用包絡(luò)檢波來(lái)解調(diào)，可采用以下方法，雙邊帶信號(hào)不能

9、用包絡(luò)檢波來(lái)解調(diào)，可采用以下方法，將已調(diào)信號(hào)將已調(diào)信號(hào)SDSBt乘上一個(gè)同頻同相的載波，得：乘上一個(gè)同頻同相的載波，得：由上式可知，用一個(gè)低通濾濾器就可以將第由上式可知，用一個(gè)低通濾濾器就可以將第1項(xiàng)與第項(xiàng)與第2項(xiàng)分別，項(xiàng)分別，無(wú)失真地恢復(fù)出原始基帶信號(hào)無(wú)失真地恢復(fù)出原始基帶信號(hào)mt。ttmtmttmttScccDSB22cos)(21)(21cos)(cos)( 下面以調(diào)頻為例闡明調(diào)制解調(diào)過(guò)程及其信號(hào)特征和性能。 設(shè)高頻載波信號(hào)為：)cos()(0tUtucc式中， Uc載波信號(hào)的振幅， c載波信號(hào)的角頻率， 0載波信號(hào)的初始相位。 t=c t +0載波的瞬時(shí)相位2.1.2 模擬調(diào)頻與調(diào)相模

10、擬調(diào)頻與調(diào)相當(dāng)用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的相位或頻率，載波的瞬時(shí)相位及瞬時(shí)頻率就會(huì)發(fā)生變化，那么被調(diào)制的高頻載波就會(huì)攜帶調(diào)制信號(hào)信息。 設(shè)調(diào)制信號(hào)為um(t), 那么調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)角頻率與輸入信號(hào)的關(guān)系為)()(tukdttdmf (2 - 3) dukttmf)()(0(2 - 4) 因此調(diào)頻信號(hào)的方式為 mmfffccFMmmtmfccFMUkmtmtUtutUtuduktUtusincos)(cos)()(cos)(0(2 - 5) (2 - 6) (2 - 7) (2 - 8) 為調(diào)制指數(shù)。 將式(2 - 7)展開(kāi)成級(jí)數(shù)得 )2(sin)()2(sin)()(sin)()(sin)(si

11、n)()(22110tmJtmJtmJtmJtmJUtucfcfcfcfcfcFM式中， Jk(mf)為k階第一類貝塞爾函數(shù)： (2 - 9) 02)!( !)2/()1()(jkjfjfkjkjmmJ (2 - 10) 圖 2 - 1 FM信號(hào)的頻譜(mf=2) oUcUc / 2cJ2(mf)J1(mf)J0(mf)J1(mf)J2(mf)振幅2B 2( mf1) 假設(shè)以90%能量所包括的譜線寬度(以載頻為中心)作為調(diào)頻信號(hào)的帶寬， 那么可以證明調(diào)頻信號(hào)的帶寬為 B = 2(mf+1)Fm = 2(fm+Fm) (2 - 11) 假設(shè)以99%能量計(jì)算， 那么調(diào)頻信號(hào)的帶寬為mffFmmB)

12、1(2(2 - 12)數(shù)字調(diào)制信號(hào)，在二進(jìn)制時(shí)有振幅鍵控2ASK、移頻鍵控2FSK和移相鍵控2PSK三種根本信號(hào)方式，如圖2-2所示。根據(jù)已調(diào)信號(hào)的頻譜構(gòu)造特點(diǎn)的不同，數(shù)字調(diào)制也可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制。這種把基帶數(shù)字信號(hào)變換為頻帶數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱為數(shù)字調(diào)制，反之，稱為數(shù)字解調(diào)。2.2 數(shù)字幅度調(diào)制數(shù)字幅度調(diào)制2ASK與數(shù)字頻率調(diào)制與數(shù)字頻率調(diào)制(2FSK)圖2-2 正弦載波的三種鍵控波形一、一、 二進(jìn)制振幅鍵控二進(jìn)制振幅鍵控2ASK二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控是數(shù)字調(diào)制中出現(xiàn)最早的，二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控是數(shù)字調(diào)制中出現(xiàn)最早的，也是最簡(jiǎn)單的，是研討其他各種數(shù)字調(diào)制的根底。也是最簡(jiǎn)單的，是研討其他各種數(shù)字

13、調(diào)制的根底。振幅鍵控，記作振幅鍵控，記作ASKAmplitude Shift Keying，或稱為開(kāi)關(guān)鍵控通斷鍵控，記作或稱為開(kāi)關(guān)鍵控通斷鍵控，記作OOKOn Off Keying。二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控通常記作。二進(jìn)制數(shù)字振幅鍵控通常記作2ASK。1 2ASK的調(diào)制方法的調(diào)制方法普通說(shuō)來(lái)，數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方法有兩種類型：普通說(shuō)來(lái)，數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方法有兩種類型：利用模擬方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，即把數(shù)字基帶信號(hào)當(dāng)利用模擬方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，即把數(shù)字基帶信號(hào)當(dāng)作模擬信號(hào)的特殊情況來(lái)處置；作模擬信號(hào)的特殊情況來(lái)處置；利用數(shù)字信號(hào)的離散值特點(diǎn)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字利用數(shù)字信號(hào)的離散值特點(diǎn)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)

14、制。調(diào)制。2 2ASK的解調(diào)方法的解調(diào)方法好像好像AM信號(hào)的解調(diào)方法一樣，信號(hào)的解調(diào)方法一樣，OOK信號(hào)也有兩種根本信號(hào)也有兩種根本的解調(diào)方法：非相關(guān)解調(diào)包絡(luò)檢波法和相關(guān)解調(diào)同步的解調(diào)方法：非相關(guān)解調(diào)包絡(luò)檢波法和相關(guān)解調(diào)同步檢測(cè)法。檢測(cè)法。包絡(luò)檢波法的原理方框圖如圖包絡(luò)檢波法的原理方框圖如圖2-3所示。帶通濾波器恰好所示。帶通濾波器恰好使使2ASK信號(hào)完好地經(jīng)過(guò)，經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)后，輸出其包絡(luò)。信號(hào)完好地經(jīng)過(guò)，經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)后，輸出其包絡(luò)。圖圖2-3 2ASK信號(hào)的包絡(luò)檢波信號(hào)的包絡(luò)檢波3 2ASK信號(hào)的功率譜及帶寬信號(hào)的功率譜及帶寬下面分析二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)的頻譜。由于二進(jìn)制振幅下面分析二進(jìn)制振幅鍵控

15、信號(hào)的頻譜。由于二進(jìn)制振幅鍵控信號(hào)是隨機(jī)的、功率型的信號(hào)，故研討頻譜特性時(shí)，應(yīng)鍵控信號(hào)是隨機(jī)的、功率型的信號(hào)，故研討頻譜特性時(shí)，應(yīng)該討論它的功率譜密度。該討論它的功率譜密度。 由于由于2ASK信號(hào)的功率譜密度信號(hào)的功率譜密度PEf是相應(yīng)的單極性是相應(yīng)的單極性數(shù)字基帶信號(hào)功率譜密度數(shù)字基帶信號(hào)功率譜密度Psf外形不變地平移至外形不變地平移至fc處構(gòu)處構(gòu)成的，所以成的，所以2ASK信號(hào)的功率譜密度由延續(xù)譜和離散譜兩部信號(hào)的功率譜密度由延續(xù)譜和離散譜兩部分組成。分組成。 2ASK信號(hào)的帶寬B2ASK是單極性數(shù)字基帶信號(hào)帶寬fs的兩倍。當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)的根本脈沖是矩形不歸零脈沖時(shí)，fs=1/Ts。于是2

16、ASK信號(hào)的帶寬為B2ASK=2fs=2/Ts2ASK信號(hào)的主要優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)，其缺陷是抗干擾才干不強(qiáng)，主要運(yùn)用在低速數(shù)據(jù)傳輸中。二、二、 二進(jìn)制移頻鍵控二進(jìn)制移頻鍵控2FSK數(shù)字頻率調(diào)制又稱移頻鍵控，記作數(shù)字頻率調(diào)制又稱移頻鍵控，記作FSKFrequency Shift Keying，二進(jìn)制移頻鍵控記作，二進(jìn)制移頻鍵控記作2FSK。1 2FSK信號(hào)的調(diào)制方法信號(hào)的調(diào)制方法前面已提到，前面已提到，2FSK信號(hào)可以采用模擬調(diào)頻法和數(shù)字鍵信號(hào)可以采用模擬調(diào)頻法和數(shù)字鍵控法來(lái)產(chǎn)生。控法來(lái)產(chǎn)生。 模擬調(diào)頻法：用數(shù)字基帶矩形脈沖控制一個(gè)振蕩器的某模擬調(diào)頻法：用數(shù)字基帶矩形脈沖控制一個(gè)振蕩器的某些參數(shù)例如

17、電容些參數(shù)例如電容C，可直接改動(dòng)振蕩頻率，使輸出得到，可直接改動(dòng)振蕩頻率，使輸出得到不同頻率的已調(diào)信號(hào)。不同頻率的已調(diào)信號(hào)。 數(shù)字鍵控法：它是用數(shù)字矩形脈沖控制電子開(kāi)關(guān)，使電數(shù)字鍵控法：它是用數(shù)字矩形脈沖控制電子開(kāi)關(guān)，使電子開(kāi)關(guān)在兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器之間進(jìn)展轉(zhuǎn)換，從而在輸出端得子開(kāi)關(guān)在兩個(gè)獨(dú)立的振蕩器之間進(jìn)展轉(zhuǎn)換，從而在輸出端得到不同頻率的已調(diào)信號(hào)。到不同頻率的已調(diào)信號(hào)。2 2FSK信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào)二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的解調(diào)方法很多，常采用非相關(guān)檢二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的解調(diào)方法很多，常采用非相關(guān)檢測(cè)法包絡(luò)檢測(cè)法和相關(guān)檢測(cè)法同步檢波法，還有過(guò)測(cè)法包絡(luò)檢測(cè)法和相關(guān)檢測(cè)法同步檢波法，還有過(guò)零檢測(cè)法、差分

18、檢波法等。零檢測(cè)法、差分檢波法等。 包絡(luò)檢測(cè)法包絡(luò)檢測(cè)法2FSK信號(hào)的包絡(luò)檢測(cè)方框圖及波形圖如圖信號(hào)的包絡(luò)檢測(cè)方框圖及波形圖如圖2-4所示。用所示。用兩個(gè)窄帶的分路濾波器分別濾出頻率為兩個(gè)窄帶的分路濾波器分別濾出頻率為f1及及f2的高頻脈沖，的高頻脈沖，經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)后分別取出它們的包絡(luò)。經(jīng)包絡(luò)檢測(cè)后分別取出它們的包絡(luò)。圖圖2-4 2FSK信號(hào)包絡(luò)檢波方框圖及波形圖信號(hào)包絡(luò)檢波方框圖及波形圖 同步檢波法相關(guān)解調(diào)同步檢波法相關(guān)解調(diào)2FSK信號(hào)的同步檢波原理方框圖如圖信號(hào)的同步檢波原理方框圖如圖2-5所示。所示。 過(guò)零檢測(cè)法過(guò)零檢測(cè)法過(guò)零檢測(cè)法是一種常用而簡(jiǎn)便的解調(diào)方法。過(guò)零檢測(cè)法是一種常用而簡(jiǎn)便的解

19、調(diào)方法。圖圖2-5 2FSK信號(hào)同步檢波方框圖信號(hào)同步檢波方框圖3 2FSK信號(hào)的功率譜及帶寬信號(hào)的功率譜及帶寬圖 2 3 FSK信號(hào)的功率譜 Ps(f )f0f2 f1f1 fsf1f0f2f2 fsof221ff B2FSK=2fs+|f2-f1|fs= fb，輸入數(shù)據(jù)速率輸入數(shù)據(jù)流的比特寬度數(shù)據(jù)速率，bTbTbfbfffh1,12h=0.5h=0.7h=1.5定義調(diào)制指數(shù)定義調(diào)制指數(shù)h：B2FSK=2fb+|f2-f1|f1 fsf1f0f2f2 fsfs= fb三、最小移頻鍵控三、最小移頻鍵控MSK最小移頻鍵控是移頻鍵控最小移頻鍵控是移頻鍵控FSK的一種改良的一種改良型，是使型，是使F

20、SK信號(hào)相位一直堅(jiān)持延續(xù)變化的一種調(diào)信號(hào)相位一直堅(jiān)持延續(xù)變化的一種調(diào)制。制。MSK又稱快速頻移鍵控FFSK，“快速二字指的是這種調(diào)制方式對(duì)于給定的頻帶，它能比2FSK傳輸更高速的數(shù)據(jù)；而最小頻移鍵控中的“最小二字指的是這種調(diào)制方式能以最小的調(diào)制指數(shù)h=0.5獲得正交的調(diào)制信號(hào)。1 MSK的原理由以上討論可知，MSK信號(hào)具有如下特點(diǎn)： 已調(diào)信號(hào)的振幅是恒定的； 信號(hào)的頻率偏移嚴(yán)厲地等于1/4Ts，相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)h=1/2； 以載波相位為基準(zhǔn)的信號(hào)相位在一個(gè)碼元期間內(nèi)準(zhǔn)確地線性變化/2； 在一個(gè)碼元期間內(nèi)，信號(hào)應(yīng)包括四分之一載波周期的整數(shù)倍； 在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)辰信號(hào)的相位是延續(xù)的，或者說(shuō)，信號(hào)的波形沒(méi)

21、有突跳。2 MSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)方法信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)方法由于由于cosct+t=costcosctsintsinct. 故故MSK信號(hào)也可以看作是由兩個(gè)彼此正交的載波信號(hào)也可以看作是由兩個(gè)彼此正交的載波cosct與與sinct分別被函數(shù)分別被函數(shù)cost與與sint進(jìn)展振幅調(diào)進(jìn)展振幅調(diào)制而合成的。制而合成的。圖 2 - 8 MSK調(diào)制器框圖串/ 并差分編碼TbcosctsinctyMSK(t)TbakdktTb2costTb2sin3 MSK信號(hào)的功率譜信號(hào)的功率譜圖 2 - 9 MSK信號(hào)的功率譜 1.02.03.04.0(f fc)TbMSKQPSK功率譜密度 / dB010203040

22、50600.5 0.75圖 2 - 11 GMSK信號(hào)的產(chǎn)生原理 預(yù)調(diào)制濾波器輸入數(shù)據(jù)不歸零(NRZ)FM調(diào)制器調(diào)制指數(shù)為0.5 MSK信號(hào)可由FM調(diào)制器來(lái)產(chǎn)生， 由于輸入二進(jìn)制非歸零脈沖序列具有較寬的頻譜， 從而導(dǎo)致已調(diào)信號(hào)的帶外衰減較慢。 假設(shè)將輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波以后再送入FM調(diào)制， 必然會(huì)改善已調(diào)信號(hào)的帶外特性。 GMSK信號(hào)就是經(jīng)過(guò)在FM調(diào)制器前參與高斯低通濾波器(稱為預(yù)調(diào)制濾波器)而產(chǎn)生的， 如圖 2 - 11 所示。2. 高斯最小移頻鍵控高斯最小移頻鍵控GMSK方式方式圖 2 - 12 高斯濾波器的矩形脈沖呼應(yīng) o0.20.40.60.81.00.70.40.30.250.2Tb2T

23、b Tb2TbtBbTbg(t)圖 2 - 13 GMSK的相位軌跡 0 / 2 / 2(t)MSKGMSKt / Tb12345678圖 2 - 15 GMSK的功率譜密度 02040608010012000.51.01.52.02.5歸一化頻率：( f fc)Tb0.40.30.20.250.161.00.70.5BbTb(MSK)功率譜密度 / dB2.3 數(shù)字相位調(diào)制數(shù)字相位調(diào)制 2.3.1、二進(jìn)制移相鍵控及二進(jìn)制差分相位鍵控、二進(jìn)制移相鍵控及二進(jìn)制差分相位鍵控 2PSK及及2DPSK一、一、 絕對(duì)移相和相對(duì)移相的概念絕對(duì)移相和相對(duì)移相的概念 絕對(duì)移相絕對(duì)移相2PSK二進(jìn)制移相鍵控中，

24、載波的相位隨數(shù)字基帶信號(hào)二進(jìn)制移相鍵控中，載波的相位隨數(shù)字基帶信號(hào)1或或0而改動(dòng)。通常用相位而改動(dòng)。通常用相位0的載波表示數(shù)字信號(hào)的載波表示數(shù)字信號(hào)“0，用相位，用相位的載波表示數(shù)字信號(hào)的載波表示數(shù)字信號(hào)“1。 相對(duì)移相相對(duì)移相2DPSK差分相位鍵控差分相位鍵控2DPSK方式是利用前后相鄰碼元的相對(duì)載波相位值去表示數(shù)字信息方式是利用前后相鄰碼元的相對(duì)載波相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。的一種方式。由圖由圖2-6可以看出，可以看出，2DPSK的波形與的波形與2PSK的不同，的不同，2DPSK波形的同波形的同一相位并不對(duì)應(yīng)一樣的數(shù)字信息符號(hào)，而前后碼元相對(duì)相位的差才獨(dú)一相位并不對(duì)應(yīng)一樣的數(shù)字信息符

25、號(hào)，而前后碼元相對(duì)相位的差才獨(dú)一決議信息符號(hào)。一決議信息符號(hào)。絕對(duì)移相鍵控與相對(duì)絕對(duì)移相鍵控與相對(duì)(2PSK與與2DPSK)調(diào)制波形調(diào)制波形圖2.6 2PSK與2DPSK)調(diào)制波形如：上如：上2DPSK信號(hào)，遇數(shù)字信號(hào)信號(hào)，遇數(shù)字信號(hào)0，載波信號(hào)相位不變；遇數(shù)字信號(hào)，載波信號(hào)相位不變；遇數(shù)字信號(hào)1， 載波相位改動(dòng)。載波相位改動(dòng)。圖圖2-7 2PSK和和2DPSK調(diào)制方框圖調(diào)制方框圖2.3.2 2PSK和和2DPSK調(diào)制方框圖調(diào)制方框圖1直接調(diào)相法。直接調(diào)相法。環(huán)形調(diào)制器環(huán)形調(diào)制器載波cos(ct)調(diào)制信號(hào)an2PSK圖2.2-2 2PSK與2DPSK)調(diào)制原理圖2 相位選擇法相位選擇法振蕩器倒

26、相器倒相器門(mén)電路門(mén)電路(1)門(mén)電路門(mén)電路2倒相器倒相器+基帶信號(hào)2PSK信號(hào)輸出0圖2.2-3 2PSK與2DPSK)調(diào)制波形 圖 2.2 - 4 2PSK的解調(diào)框圖 (a) 相關(guān)解調(diào)； (b) 差分相關(guān)解調(diào)帶通濾波器輸入抽樣時(shí)鐘低通濾波器抽樣判決器輸出(a)cosct帶通濾波器輸入抽樣時(shí)鐘低通濾波器抽樣判決器輸出(b)遲延器Tb2.3.3、2PSK信號(hào)的解調(diào)信號(hào)的解調(diào)2.3.4 四相移相鍵控四相移相鍵控(QPSK)調(diào)制和調(diào)制和 正交四相移相鍵控正交四相移相鍵控(OQPSK)調(diào)制調(diào)制 由于4種不同的相位可以代表4種不同的數(shù)字信息，因此，對(duì)于輸入的二進(jìn)制數(shù)字序列應(yīng)該先進(jìn)展分組，將每?jī)蓚€(gè)比特編為一

27、組00、01、10、11。 輸入二進(jìn)制單極性碼變?yōu)殡p極性碼：0用-1替代；1用+1替代。 那么：輸入數(shù)字信號(hào)變?yōu)樗姆N雙極性信號(hào)碼組-1 ，-1；-1，1；1，-1；1，1。 可以分別以0相位，/2，3/2代表不同的碼組?；?4， 3/4， -/4， -3/4. 可以構(gòu)成不同的四相移相鍵控調(diào)制。 QPSK和和OQPSK的產(chǎn)生原理如圖的產(chǎn)生原理如圖 2 .2- 6所示。所示。an串并變換串并變換cos(ct)sin(ct)+-S(t)I支路Q支路串并變換串并變換cos(ct)sin(ct)+-anS(t)TbI支路Q支路圖2.2-6 4PSK與4DPSK)調(diào)制原理 假定輸入二進(jìn)制序列為an, an

28、=1， 那么在kTst(k+1)Ts(Ts=2Tb)的區(qū)間內(nèi)， /4QPSK的產(chǎn)生器的輸出為(令n=2k+1)。如00用-3/4；01用+3/4；11用+/4；10用-/4表示)43cos()43cos()4cos()4cos()(tAtAtAtAtScccc)1)(1()1)(1()1)(1()1)(1(1111nnnnnnnnaaaaaaaa圖 2 .2- 7 QPSK和OQPSK的星座圖和相位轉(zhuǎn)移圖 (a) QPSK; (b) OQPSK11101Q11011QII(a)(b) 由圖2.2-6(b)可知， OQPSK調(diào)制與QPSK調(diào)制類似， 不同之處是在正交支路引入了一個(gè)比特(半個(gè)碼元)

29、的時(shí)延， 這使得兩個(gè)支路的數(shù)據(jù)不會(huì)同時(shí)發(fā)生變化， 因此不能夠像QPSK那樣產(chǎn)生的相位跳變， 而僅能產(chǎn)生/2的相位跳變， 如圖 2.2- 7(b)所示。 因此， OQPSK頻譜旁瓣要低于QPSK信號(hào)的旁瓣。2.4 正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制(QAM) 正交振幅調(diào)制是二進(jìn)制的PSK、 四進(jìn)制的QPSK調(diào)制的進(jìn)一步推行， 經(jīng)過(guò)相位和振幅的結(jié)合控制， 可以得到更高頻譜效率的調(diào)制方式， 從而可在限定的頻帶內(nèi)傳輸更高速率的數(shù)據(jù)。 正交振幅調(diào)制的普通表達(dá)式為 y(t) = Am cosct+Bm sinct 0tTs QAM中的振幅Am和Bm可以表示成： AeBAdAmmmm (2 - 90)式中， A是固定

30、的振幅， (dm, em)由輸入數(shù)據(jù)確定。 (dm, em)決議了已調(diào)QAM信號(hào)在信號(hào)空間中的坐標(biāo)位置點(diǎn)。 QAM的調(diào)制和相關(guān)解調(diào)框圖如圖 2 - 41 所示。 在調(diào)制端， 輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)串/并變換后分為兩路， 分別經(jīng)過(guò)2電平到L電平的變換， 構(gòu)成Am和Bm。 為了抑制已調(diào)信號(hào)的帶外輻射， Am和Bm還要經(jīng)過(guò)預(yù)調(diào)制低通濾波器， 才分別與相互正交的各路載波相乘。 最后將兩路信號(hào)相加就可以得到已調(diào)輸出信號(hào)y(t)。 圖 2 - 41 QAM調(diào)制解調(diào)原理框圖 (a) QAM調(diào)制框圖； (b) QAM解調(diào)框圖 2到 L電平變換預(yù)調(diào)制LPFcosctAm2到 L電平變換預(yù)調(diào)制LPFBmsinct已調(diào)信號(hào)輸

31、出y(t)串 / 并變換(a)(b)L到 2電平變換多電平判決LPF定時(shí)恢復(fù)L到 2電平變換多電平判決LPF載波恢復(fù)并 / 串變換 在接納端， 輸入信號(hào)與本地恢復(fù)的兩個(gè)正交載波信號(hào)相乘以后， 經(jīng)過(guò)低通濾波器、 多電平判決、 L電平到2電平變換， 再經(jīng)過(guò)并/串變換就得到輸出數(shù)據(jù)。 對(duì)QAM調(diào)制而言， 如何設(shè)計(jì)QAM信號(hào)的構(gòu)造不僅影響到已調(diào)信號(hào)的功率譜特性， 而且影響已調(diào)信號(hào)的解調(diào)及其性能。 常用的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么是在信號(hào)功率一樣的條件下， 選擇信號(hào)空間中信號(hào)點(diǎn)之間間隔最大的信號(hào)構(gòu)造， 當(dāng)然還要思索解調(diào)的復(fù)雜性。 作為例子， 圖 2 - 42 是在限定信號(hào)點(diǎn)數(shù)目M=8, 要求這些信號(hào)點(diǎn)僅取兩種振幅值，

32、且信號(hào)點(diǎn)之間的最小間隔為2A的條件下， 得到的幾種信號(hào)空間構(gòu)造。 在一切信號(hào)點(diǎn)等概出現(xiàn)的情況下， 平均發(fā)射信號(hào)功率為)(2122mMmmavedMAP (2 - 91) 圖 2 - 42 8QAM的信號(hào)空間 (1, 1)(1, 1)(1, 1)(1, 1)(3, 1)(3, 1)(3, 1)(3, 1)(a)22av6)10424(8AAP2A(1, 1)(C, C)22av83. 6)66.11424(8AAP223C(c)(2, 0)(2, 2)(0, 2)(2, 2)(2, 0)(2, 2)(0, 2)(2, 2)(b)22av6)8444(8AAP22(1, 1)0 ,31 ( 22a

33、v73. 4)464. 7424(8AAP(d) 圖 2 - 43 方型QAM星座 (a) 4QAM； (b) 16QAM; (c) 64QAM(c)(b)dmem(a)dmememdm圖 2 - 44 M進(jìn)制方型QAM的誤碼率曲線 6 4 20246810121416182022(S / N) / bit) / dB1062510525104251032510225101PMPSKM32QAMM16QAMM64PSKM16QAMPSKM4 為了改善方型QAM的接納性能， 還可以采用星型的QAM星座， 如圖 2 - 45 所示。 將十六進(jìn)制方型QAM和十六進(jìn)制星型QAM進(jìn)展比較， 可以發(fā)現(xiàn)，

34、星型QAM的振幅環(huán)由方型的3個(gè)減少為2個(gè)， 相位由12種減少為8種， 這將有利于接納端的自動(dòng)增益控制和載波相位跟蹤。 圖 2 - 45 M進(jìn)制星型QAM的星座圖 (a) 4QAM; (b) 16QAM; (c) 64QAM(a)4QAM(b)16QAM64 星型QAM(c)2.5 擴(kuò)展頻譜調(diào)制擴(kuò)展頻譜調(diào)制 2.5.1 擴(kuò)展頻譜通訊的根本概念 擴(kuò)展頻譜(SS， Spread Spectrum)通訊簡(jiǎn)稱為擴(kuò)頻通訊。 擴(kuò)頻通訊的定義可簡(jiǎn)單表述如下： 擴(kuò)頻通訊技術(shù)是一種信息傳輸和處置技術(shù)。 在發(fā)端先采用擴(kuò)頻碼調(diào)制，將需求傳輸?shù)恼瓗盘?hào)，變成頻帶寬度遠(yuǎn)大于所傳信息必需的寬帶信號(hào)，以提高信號(hào)的抗干擾才干。

35、 在收端采用一樣的擴(kuò)頻碼進(jìn)展相關(guān)解擴(kuò)以恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。 擴(kuò)頻調(diào)制，是利用兩個(gè)信號(hào)之間的正交特性 ，在發(fā)送端先對(duì)低速率的輸入信息碼元與高速率的偽隨機(jī)序列，進(jìn)展“異或操作，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻調(diào)制；在接納端，利用一樣的偽隨機(jī)序列對(duì)接納的信息碼元進(jìn)展“異或操作，實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)調(diào)制。 擴(kuò)頻通訊系統(tǒng)由于在發(fā)端擴(kuò)展了信號(hào)頻譜， 在收端解擴(kuò)后恢復(fù)了所傳信息， 這一處置過(guò)程帶來(lái)了信噪比上的益處， 即接納機(jī)輸出的信噪比相對(duì)于輸入的信噪比大有改善， 從而提高了系統(tǒng)的抗干擾才干。 因此， 可以用系統(tǒng)輸出信噪比與輸入信噪比二者之比來(lái)表征擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾才干。 實(shí)際分析闡明， 各種擴(kuò)頻系統(tǒng)的抗干擾才干大體上都與擴(kuò)頻信號(hào)帶寬B與信息帶寬

36、Bm之比稱為擴(kuò)頻增益Gp成正比。 工程上常以分貝(dB)表示， 即：mpBBGlg10 2.5.2 擴(kuò)頻調(diào)制 1. 擴(kuò)頻通訊系統(tǒng)類型 擴(kuò)頻通訊的普通原理如圖 2.3-1 所示。 在發(fā)端輸入的信息經(jīng)信息調(diào)制構(gòu)成數(shù)字信號(hào)， 然后由擴(kuò)頻碼發(fā)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼序列去調(diào)制數(shù)字信號(hào)以展寬信號(hào)的頻譜。 展寬以后的信號(hào)再對(duì)載頻進(jìn)展調(diào)制(如PSK或QPSK、 OQPSK等)， 經(jīng)過(guò)射頻功率放大送到天線上發(fā)射出去。 在收端， 從接納天線上收到的寬帶射頻信號(hào)， 經(jīng)過(guò)輸入電路、 高頻放大器后送入變頻器， 下變頻至中頻， 然后由本地產(chǎn)生的與發(fā)端完全一樣的擴(kuò)頻碼序列去解擴(kuò)， 最后經(jīng)信息解調(diào)， 恢復(fù)成原始信息輸出。圖 2.3

37、-1 擴(kuò)頻通訊原理框圖 信息調(diào)制信息擴(kuò)頻調(diào)制擴(kuò)頻碼發(fā)生器射頻調(diào)制射頻發(fā)生器信息解調(diào)信息擴(kuò)頻解調(diào)本地?cái)U(kuò)頻碼發(fā)生器變頻本地射頻發(fā)生器 由圖 2.3-1 可見(jiàn)， 擴(kuò)頻通訊系統(tǒng)與普通數(shù)字通訊系統(tǒng)相比較， 就是多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分。 按照擴(kuò)展頻譜的方式不同， 目前的擴(kuò)頻通訊系統(tǒng)可分為： 直接序列(DS)擴(kuò)頻、 跳頻(FH)、 跳時(shí)(TH)、 線性調(diào)頻(Chirp)以及上述幾種方式的組合。 下面分別作一些簡(jiǎn)要的闡明。 1) 直接序列(DS)擴(kuò)頻 所謂直接序列(DS， Direct Sequency)擴(kuò)頻， 就是直接器具有高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。 而在收端， 用一樣的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)展解擴(kuò)

38、， 把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)復(fù)原成原始的信息。 直接序列擴(kuò)頻的原理如圖 2.3-2 所示。 圖 2.3-2 直接序列擴(kuò)展頻譜表示圖 平衡調(diào)制器擴(kuò)頻碼序列輸入fcfcG (f ) 2) 跳頻(FH) 另外一種擴(kuò)展信號(hào)頻譜的方式稱為跳頻(FH， Frequency Hopping)。 所謂跳頻， 比較確切的意思是： 用一定碼序列進(jìn)展選擇的多頻率頻移鍵控。 也就是說(shuō)， 用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)展頻移鍵控調(diào)制， 使載波頻率不斷地跳變， 因此稱為跳頻。 簡(jiǎn)單的頻移鍵控如2FSK， 只需兩個(gè)頻率， 分別代表傳號(hào)和空號(hào)。 而跳頻系統(tǒng)那么有幾個(gè)、 幾十個(gè)甚至上千個(gè)頻率， 由所傳信息與擴(kuò)頻碼的組合去進(jìn)展選擇控制， 不斷跳變。

39、圖 2.3-3(a)為跳頻的原理表示圖。 圖 2.3-3 跳頻(FS)系統(tǒng) (a) 原理表示圖； (b) 頻率跳變圖案信息調(diào)制器信息頻率合成器擴(kuò)頻碼發(fā)生器射頻調(diào)制器射頻發(fā)生器信息解調(diào)器信息中頻帶通擴(kuò)頻碼發(fā)生器變頻器頻率合成器(a)(b)ff1f2fnfn1 發(fā)端信息碼序列與擴(kuò)頻碼序列組合以后按照不同的碼字去控制頻率合成器。 其輸出頻率根據(jù)碼字的改動(dòng)而改動(dòng)， 構(gòu)成了頻率的跳變， 故稱跳頻。 從圖 2.3-3(b)中可以看出， 在頻域上輸出頻譜在一寬頻帶內(nèi)所選擇的某些頻率隨機(jī)地跳變。 在收端， 為了解調(diào)跳頻信號(hào)， 需求有與發(fā)端完全一樣的本地?cái)U(kuò)頻碼發(fā)生器去控制本地頻率合成器， 使其輸出的跳頻信號(hào)能在

40、混頻器中與接納信號(hào)差頻出固定的中頻信號(hào)， 然后經(jīng)中頻帶通濾波器及信息解調(diào)器輸出恢復(fù)的信息。 從上述作用原理可以看出， 跳頻系統(tǒng)也占用了比信息帶寬要寬得多的頻帶。 3) 跳時(shí)(TH) 與跳頻類似， 跳時(shí)(TH， Time Hopping)是指使發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變。 我們先把時(shí)間軸分成許多時(shí)片。 在一幀內(nèi)哪個(gè)時(shí)片發(fā)射信號(hào)由擴(kuò)頻碼序列進(jìn)展控制。 因此， 可以把跳時(shí)了解為用一定碼序列進(jìn)展選擇的多時(shí)片的時(shí)移鍵控。 由于采用了窄很多的時(shí)片去發(fā)送信號(hào)， 相對(duì)來(lái)說(shuō)， 信號(hào)的頻譜也就展寬了。 圖 2.3-4是跳時(shí)系統(tǒng)的原理圖。 圖 2.3-4 跳時(shí)系統(tǒng) (a) 組成框圖； (b) 跳時(shí)圖例信息存儲(chǔ)器(a)通

41、斷開(kāi)關(guān)擴(kuò)頻碼發(fā)生器二相或四相調(diào)制信息存儲(chǔ)器再定時(shí)通斷開(kāi)關(guān)擴(kuò)頻碼發(fā)生器二相或四相解調(diào)(b)1 2 3456784746第一幀第二幀第三幀第四幀 4) 各種混合方式 在上述幾種根本擴(kuò)頻方式的根底上， 可以將其組合起來(lái)， 構(gòu)成各種混合方式。 例如FH/DS、 DS/TH、 DS/FH/TH等等。 普通來(lái)說(shuō)， 采用混合方式看起來(lái)在技術(shù)上要復(fù)雜一些， 實(shí)現(xiàn)起來(lái)也要困難一些。 但是， 不同方式結(jié)合起來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是有時(shí)能得到只用其中一種方式得不到的特性。 例如DS/FH系統(tǒng)， 就是一種中心頻率在某一頻帶內(nèi)跳變的直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)。 其信號(hào)的頻譜如圖 2.3-5 所示。 圖 2.3-5 DS/FH混合擴(kuò)頻表示圖 f

42、DSFH2. 直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻(DS)原理原理 由于由于CDMA挪動(dòng)通訊采用直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)挪動(dòng)通訊采用直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)(可簡(jiǎn)稱直擴(kuò)系統(tǒng)可簡(jiǎn)稱直擴(kuò)系統(tǒng))， 因此有必要進(jìn)一步闡明直擴(kuò)因此有必要進(jìn)一步闡明直擴(kuò)通訊系統(tǒng)的組成、通訊系統(tǒng)的組成、 任務(wù)原理及其主要特點(diǎn)。任務(wù)原理及其主要特點(diǎn)。 所謂直接序列擴(kuò)頻所謂直接序列擴(kuò)頻(DS)， 就是直接器具有高就是直接器具有高速率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。速率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。 而而接納端，接納端， 用一樣的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)展解擴(kuò)，用一樣的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)展解擴(kuò)， 把展把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)復(fù)原成原始信息。寬的擴(kuò)頻信號(hào)復(fù)原成原始信息。 圖圖

43、 2.3-6 示出了直擴(kuò)通訊系統(tǒng)的組成框圖。示出了直擴(kuò)通訊系統(tǒng)的組成框圖。 圖 2.3-6 直擴(kuò)通訊組成框圖調(diào)相信碼(1)m (t)c (t)(3)功放(5)(6)PN(2)p (t)載波(4)時(shí)鐘前端相關(guān)調(diào)相(7)s1(t)s2(t)本振PN時(shí)鐘中頻濾波(8)解調(diào)(9)輸出信碼s (t)(a)s1(t) 圖 2.3-7 直擴(kuò)通訊系統(tǒng)主要波形或相位00000 0 0 0 000000 0 0 0 0 0 00 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00110 0 0 0110 01111010 01110101TpTb01(b)(1) 信碼m (t)(2) 偽碼p (t)(3) c(t

44、) m (t) p (t)(4) 載波(5) PSK已調(diào)波s1(t)(6) s1(t)相位(7) s2(t)相位(8) 中頻相位(9) 解調(diào)輸出 在發(fā)送端輸入信息碼元m(t)， 它是二進(jìn)制數(shù)據(jù)， 圖中為 0、 1 兩個(gè)碼元， 其碼元寬度為T(mén)b。 參與擴(kuò)頻調(diào)制器， 圖中為一個(gè)模 2 加法器， 擴(kuò)頻碼為一個(gè)偽隨機(jī)碼(PN碼)， 記作p(t)。 偽碼的波形如圖 2.3-7中第(2)個(gè)波形， 其碼元寬度為T(mén)p， 且取Tb=16 Tp。 通常在DS系統(tǒng)中， 偽碼的速率Rp遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信碼速率Rm， 即RpRm， 也就是說(shuō)， 偽碼的寬度Tp遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于信碼的寬度， 即TpTb， 這樣才干展寬頻譜。 模 2 加法器

45、運(yùn)算規(guī)那么可用下式表示： )()()(tptmtc(2 - 5) 當(dāng)m(t)與p(t)符號(hào)一樣時(shí)， c(t)為 0； 當(dāng)m(t)與p(t)符號(hào)不同時(shí)， 那么為 1。 c(t)的波形如圖 2.3-7中的第(3)個(gè)波形。 由圖可見(jiàn)， 當(dāng)信碼m(t)為 0 時(shí)， c(t)與p(t)一樣； 而當(dāng)信碼m(t)為 1 時(shí)， 那么c(t)為p(t)取反即是。 顯然， 包含信碼的c(t)其碼元寬度已變成了Tp， 亦即已進(jìn)展了頻譜擴(kuò)展。 其擴(kuò)頻處置增益也可用下式表示pbpTTGlg10(2 - 8) 通常載波頻率較高， 或者說(shuō)載頻周期Tc較小， 它遠(yuǎn)小于偽碼的周期Tp, 即滿足TcTp。 但圖 2.3-7中(4

46、)示出的載頻波形是Tc=Tp， 這是為了便于看得清楚一些， 否那么要在一個(gè)Tp期間內(nèi)畫(huà)幾十個(gè)甚至幾百個(gè)正弦波。 對(duì)于PSK來(lái)說(shuō)， 主要是看清楚已調(diào)波與調(diào)制信號(hào)之間的相位關(guān)系。 圖 2.3-7中(5)為已調(diào)波s1(t)的波形。 這里， 當(dāng)c(t)為 1 碼時(shí)， 已調(diào)波與載波取反相； 而當(dāng)c(t)為 0 碼時(shí)， 取同相。 已調(diào)波與載波的相位關(guān)系如圖 2.3-7中(6)所示。1. 碼序列的相關(guān)性碼序列的相關(guān)性 1) 相關(guān)性概念相關(guān)性概念 前面討論中，前面討論中， 偽隨機(jī)碼在擴(kuò)頻系統(tǒng)或碼分多址偽隨機(jī)碼在擴(kuò)頻系統(tǒng)或碼分多址系統(tǒng)中起著非常重要的作用。系統(tǒng)中起著非常重要的作用。 這是由于這類碼序列這是由于這

47、類碼序列最重要的特性是它具有近似于隨機(jī)信號(hào)的性能，最重要的特性是它具有近似于隨機(jī)信號(hào)的性能， 也也可以說(shuō)具有近似于白噪聲的性能?？梢哉f(shuō)具有近似于白噪聲的性能。 但是，但是， 真正的隨真正的隨機(jī)信號(hào)或白噪聲是不能反復(fù)再現(xiàn)和產(chǎn)生的。機(jī)信號(hào)或白噪聲是不能反復(fù)再現(xiàn)和產(chǎn)生的。 我們只我們只能產(chǎn)生一種周期性的脈沖信號(hào)能產(chǎn)生一種周期性的脈沖信號(hào)(即碼序列即碼序列)來(lái)逼近它的來(lái)逼近它的性能，性能， 故稱為偽隨機(jī)碼或故稱為偽隨機(jī)碼或PN碼。碼。 2.5.3 偽隨機(jī)偽隨機(jī)(PN)序列序列 理想的傳輸信息的信號(hào)方式應(yīng)是類似白噪聲的隨機(jī)信號(hào)， 由于取任何時(shí)間上不同的兩段噪聲來(lái)比較都不會(huì)完全類似， 假設(shè)能用它們代表兩種

48、信號(hào)， 其差別性就最大。 換句話說(shuō)， 為了實(shí)現(xiàn)選址通訊， 信號(hào)間必需正交或準(zhǔn)正交(相互關(guān)性為零或很小)。 所謂正交， 比如兩條直線垂直稱為正交， 又好像一個(gè)載頻相位差為 90 的兩個(gè)波形也為正交， 用數(shù)學(xué)公式可表示為200cossinttdt(2 - 10) 普通情況下， 在數(shù)學(xué)上是用自相關(guān)函數(shù)來(lái)表示信號(hào)與其本身時(shí)延以后的信號(hào)之間的類似性的。 隨機(jī)信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)的定義為2/2/)()(lim)(TTTadttftfR (2 -11) 圖 2.3-8 隨機(jī)噪聲的自相關(guān)函數(shù) (a) 波形； (b) 自相關(guān)函數(shù)oR)ttf (t)f (t)(a )(b ) 自相關(guān)函數(shù)只用于表征一個(gè)信號(hào)與延遲后本身

49、信號(hào)的類似性， 而兩個(gè)不同信號(hào)的類似性那么需用相互關(guān)函數(shù)來(lái)表征。 相互關(guān)性的概念在碼分多址通訊中尤為重要。 在碼分多址系統(tǒng)中， 不同的用戶應(yīng)選用相互關(guān)性小的信號(hào)作為地址碼。 兩個(gè)不同信號(hào)波形f(t)與g(t)之間的類似性用相互關(guān)函數(shù)表示為：dttgtfTRTTTc)()(1lim)(2/2/(2 15)2) 碼序列的自相關(guān)碼序列的自相關(guān) 采用二進(jìn)制的碼序列， 長(zhǎng)度(周期)為P的碼序列x的自相關(guān)函數(shù)Rx()為1( )PxiiiRxx (2 - 99) 歸一化的自相關(guān)函數(shù)那么自相關(guān)系數(shù)x()為：iPiixxxPx11)( (2 - 100) 自相關(guān)系數(shù)值最大不超越 1。 下面經(jīng)過(guò)實(shí)例來(lái)分析自相關(guān)特

50、性。 圖 2.3-9 所示為四級(jí)移位存放器組成的碼序列產(chǎn)生器， 先求出它的碼序列， 然后求出它的相關(guān)系數(shù)。 假設(shè)起始形狀為 1111， 在時(shí)鐘脈沖(CP)作用下， 逐級(jí)移位， D3 D4作為D1輸入， 那么n=4碼序列產(chǎn)生過(guò)程如表 2 - 3 所示。 圖 2.3-9 n=4 碼序列產(chǎn)生器電路 D4D3D2D1CP輸出表 2 - 3 n=4碼序列產(chǎn)生過(guò)程 可見(jiàn)， 該碼序列產(chǎn)生器產(chǎn)生的序列為： 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 其碼序列的周期P=24-1=15。 下面分析該碼序列的自相關(guān)系數(shù)。 假定原碼序列111100010011010為A， 碼元寬度為T(mén)c， 其波形如圖

51、 2.3-10 所示。 該碼序列右循環(huán)位移 4 比特(即=4Tc)的碼序列101011110001001為B， 那么AB如圖中所示， 即可求得自相關(guān)系數(shù)為-1/15。圖 2.3-10 15 位碼序列0時(shí)的自相關(guān)系數(shù) (a) =4Tc; (b) =Tc 10A115Tc10A115Tc10B110A B1Tc(a)(b)10B110A B1Tctttttt 圖 2.3-10b示出的是該碼序列與右移 1 比特的碼序列， 其自相關(guān)系數(shù)也為 -1/15。 同理， 其他的值，=nTc(n=1, n=2, , n=14)， 自相關(guān)系數(shù)均為 -1/15。 只需=0 時(shí)， 即碼序列A與碼序列B完全一樣， 此時(shí)

52、自相關(guān)系數(shù)到達(dá)最大， 即為 1， 如圖 2.3-11 所示。圖 2.3-11 15 位碼序列=0 時(shí)的自相關(guān)系數(shù) 10A115Tc10B110A Bttt 由圖 2.3-10 和圖 2.3-11 可見(jiàn)， 對(duì)于二進(jìn)制序列， 其自相關(guān)系數(shù)也可由下式求得：P為序列長(zhǎng)度(周期)PDADADA)( (2 - 20) 其中其中A表示兩個(gè)碼序列之間對(duì)應(yīng)位一樣位或碼元表示兩個(gè)碼序列之間對(duì)應(yīng)位一樣位或碼元0的數(shù)目；的數(shù)目； 經(jīng)過(guò)右移經(jīng)過(guò)右移1位、位、2位位.后的各個(gè)序列與基準(zhǔn)序列各對(duì)應(yīng)位后的各個(gè)序列與基準(zhǔn)序列各對(duì)應(yīng)位碼元一樣的數(shù)目。碼元一樣的數(shù)目。 D表示兩個(gè)碼序列之間不一樣位或碼元表示兩個(gè)碼序列之間不一樣位或

53、碼元1的數(shù)目經(jīng)過(guò)的數(shù)目經(jīng)過(guò)右移右移1位、位、2位位.后的各個(gè)序列與基準(zhǔn)序列各對(duì)應(yīng)位碼元不一樣后的各個(gè)序列與基準(zhǔn)序列各對(duì)應(yīng)位碼元不一樣的數(shù)目。的數(shù)目。 上例基準(zhǔn)序列為上例基準(zhǔn)序列為111100010011010。圖 2.3-12 n=4, P=15碼序列的自相關(guān)系數(shù)曲線 10A115 Tct015105051015位移比特1 / 151a() 兩個(gè)不同碼序列之間的相關(guān)性， 用相互關(guān)函數(shù)(或相互關(guān)系數(shù))來(lái)表征。 對(duì)于二進(jìn)制碼序列， 周期均為P的兩個(gè)碼序列x和y， 其相關(guān)函數(shù)稱為相互關(guān)函數(shù)， 記作R(x,y)， 即PiiiyxyxR1),(2 - 102) 其相互關(guān)系數(shù)為： Piiiyxyx1),(

54、2 - 103) 3) 碼序列的相互關(guān)碼序列的相互關(guān) 在碼分多址中， 希望采用相互關(guān)小的碼序列， 理想情況是希望x,y()=0， 即兩個(gè)碼序列完全正交。 圖 2.3-13 示出的是碼長(zhǎng)為 4 的 4 組正交碼的波形， 它們之中任兩個(gè)碼都是正交的。 由于在一個(gè)周期中， 兩個(gè)碼之間一樣位的與不同位的數(shù)目均相等， 即A=D， 故=0。 圖 2.3 -13 碼長(zhǎng)為 4 的 4 組正交碼的波形 1010111111001001 二進(jìn)制的m序列是一種重要的偽隨機(jī)序列， 有優(yōu)良的自相關(guān)特性， 有時(shí)稱為偽噪聲(PN)序列。 “偽的意思是說(shuō)這種碼是周期性的序列， 易于產(chǎn)生和復(fù)制， 但其隨機(jī)性接近于噪聲或隨機(jī)序列

55、。 m序列在擴(kuò)展頻譜及碼分多址技術(shù)中有著廣泛的運(yùn)用， 并且在m序列根底上還能構(gòu)成其它的碼序列， 因此無(wú)論從m序列直接運(yùn)用還是從掌握偽隨機(jī)序列根本實(shí)際而言， 必需熟習(xí)m序列的產(chǎn)生及其主要特性。2. m序列序列 1) m序列的產(chǎn)生序列的產(chǎn)生 (1) m序列的含義。序列的含義。 m序列是最長(zhǎng)線性移位存放器序列的簡(jiǎn)稱。序列是最長(zhǎng)線性移位存放器序列的簡(jiǎn)稱。 顧顧名思義，名思義， m序列是由多級(jí)移位存放器或其延遲元件序列是由多級(jí)移位存放器或其延遲元件經(jīng)過(guò)線性反響產(chǎn)生的最長(zhǎng)的碼序列。經(jīng)過(guò)線性反響產(chǎn)生的最長(zhǎng)的碼序列。 在二進(jìn)制移位存放器中，在二進(jìn)制移位存放器中， 假設(shè)假設(shè)n為移位存放器為移位存放器的級(jí)數(shù)，的級(jí)

56、數(shù)， n級(jí)移位存放器共有級(jí)移位存放器共有 2n個(gè)形狀，個(gè)形狀， 除去全除去全 0 形狀外還剩下形狀外還剩下 2n-1 種形狀，種形狀， 因此它能產(chǎn)生的最大因此它能產(chǎn)生的最大長(zhǎng)度的碼序列為長(zhǎng)度的碼序列為 2n-1 位。因此，序列的反復(fù)周期為位。因此，序列的反復(fù)周期為P=2n-1. 產(chǎn)生產(chǎn)生m序列的線性反響移位存放器稱作最長(zhǎng)序列的線性反響移位存放器稱作最長(zhǎng)線性移位存放器。線性移位存放器。 產(chǎn)生m序列的移位存放器的電路構(gòu)造， 其反響線銜接不是隨意的， m序列的周期P也不能取恣意值， 而必需滿足 P=2n-1 (2 - 104) 式中， n是移位存放器的級(jí)數(shù)。 (2) m序列產(chǎn)生原理。 圖 2.3-1

57、4 示出的是由n級(jí)移位存放器構(gòu)成的碼序列發(fā)生器。 存放器的形狀決議于時(shí)鐘控制下輸入的信息(“0或“1)， 例如第i級(jí)移位存放器形狀決議于前一時(shí)鐘脈沖后的第i-1 級(jí)移位存放器的形狀。圖 2.3-14 n級(jí)循環(huán)序列發(fā)生器的模型DnD3D2D1時(shí)鐘輸出Cn1C2C1Cn1C01 圖中C0， C1， ， Cn均為反響線， 其中C0=Cn=1， 表示反響銜接。 由于m序列是由循環(huán)序列發(fā)生器產(chǎn)生的， 因此C0和Cn一定為 1， 即參與反響。 而反響系數(shù)C1， C2， ， Cn-1 假設(shè)為 1， 參與反響； 假設(shè)為 0， 那么表示斷開(kāi)反響線， 即開(kāi)路， 無(wú)反響連線。 一個(gè)線性反響移位存放器能否產(chǎn)生m序列，

58、 決議于它的反響系數(shù)Ci(C0， C1， ， Cn 的總稱)。 表 2 - 4 示出了部分m序列的反響系數(shù)Ci。表 2 - 4 部分m序列反響系數(shù)表 反響系數(shù)Ci是以八進(jìn)制表示的。 運(yùn)用該表時(shí)， 首先將每位八進(jìn)制數(shù)寫(xiě)成二進(jìn)制方式。最左邊的 1 就是C0(C0恒為 1)， 從此向右， 依次用二進(jìn)制數(shù)表示C1， C2， ， Cn。 有了 C1， C2， 值后， 就可構(gòu)成m序列發(fā)生器。 例如， 表中 n=5， 反響系數(shù)Ci=(45)8， 將它化成二進(jìn)制數(shù)為 100101， 即相應(yīng)的反響系數(shù)依次為 C0=1， C1=0， C2=0， C3=1， C4=0， C5=1。根據(jù)上面的反響系數(shù)， 畫(huà)出n=5

59、的m序列發(fā)生器的電路原理圖如圖 2.3-15所示。圖 2.3-15 n=5, Ci=(45)8的m序列發(fā)生器原理圖 D4D3D2D1輸出D5C51C40C31C20C10C01 根據(jù)圖 2.3-15所示電路， 假設(shè)一種移位存放器的形狀， 即可產(chǎn)生相應(yīng)的碼序列， 其周期P=2n-1=25-1=31。 表 2 - 5 略為n=5, Ci=(45)8的m序列發(fā)生器各級(jí)變化形狀， 初始形狀為 00001。 可見(jiàn)， 碼序列周期長(zhǎng)度P=25-1=31。 上面假設(shè)一種初始形狀， 假設(shè)反響邏輯關(guān)系不變， 換另一種初始形狀， 那么產(chǎn)生的序列仍為m序列， 只是起始位置不同而已。 表 2 - 6 示出了幾種不同初始

60、形狀下輸出的序列。 表 2 - 6 Ci=45 不同初始形狀下的輸出序列 由表 2 - 6 可知， 初始形狀不同， 輸出序列初始位置就不同。 例如初始形狀“10000的輸出序列是初始形狀 “00001輸出序列循環(huán)右移一位而已。 值得指出的是， 移位存放器級(jí)數(shù)(n)一樣， 反響邏輯不同， 產(chǎn)生的m序列就不同。 例如， 5 級(jí)移位存放器(n=5)、 周期為P=25-1=31 的m序列， 其反響系數(shù)Ci可分別為(45)8、 (67)8和(75)8， 其產(chǎn)生的不同m序列如表 2 - 7 所示。 表 2 - 7 5 級(jí)移位存放器的不同反響系數(shù)的m序列 2) m序列的特性序列的特性 m序列是一種隨機(jī)序列，