第05講-載波傳輸

1、無線通信工程無線通信工程姚彥教授姚彥教授清華大學(xué)微波與數(shù)字通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室清華大學(xué)微波與數(shù)字通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室20012001年年1111月月2424日日第五講第五講載波傳輸載波傳輸n引言引言n復(fù)包絡(luò)分析法復(fù)包絡(luò)分析法n多相移相鍵控多相移相鍵控n正交移幅鍵控正交移幅鍵控n連續(xù)相位移頻鍵控連續(xù)相位移頻鍵控n載波同步載波同步n時(shí)鐘同步時(shí)鐘同步引引 言言引言引言（1）n模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制n以正弦波為載波的調(diào)制（無論是模擬調(diào)制還是數(shù)字調(diào)制）總是可以分成：調(diào)幅、調(diào)相、調(diào)頻三大類n數(shù)字信號的調(diào)幅、調(diào)相、調(diào)頻一般稱為：移幅鍵控、移相鍵控、移頻鍵控n數(shù)字信號的解調(diào)可以分成：相干解調(diào)和非相干解調(diào)二大類引言引言

2、（2）n數(shù)字信號調(diào)制數(shù)字信號調(diào)制 要關(guān)心的：l頻譜性能l包絡(luò)性能n數(shù)字信號解調(diào)數(shù)字信號解調(diào) 要關(guān)心的：l誤碼性能復(fù)包絡(luò)分析法復(fù)包絡(luò)分析法表示法表示法n載波鍵控信號可以表示為：n其中：稱為載波鍵控信號的復(fù)包絡(luò)。n多相移相鍵控n正交移幅鍵控n連續(xù)相位移頻鍵控tjetuts0)(Re)()()()()()(tjytxetatutjkjMjIStjeekTtgetatuk02)()()()(iyikxkTiTtgytykTtgxtxtjytxtu)()()()()()()(0其中：kkSkdtjkTtqIftAetu)(2)()()(其中：調(diào)制與解調(diào)過程調(diào)制與解調(diào)過程n調(diào)制過程調(diào)制過程 復(fù)數(shù)調(diào)制器n解

3、調(diào)過程解調(diào)過程 復(fù)數(shù)解調(diào)器相乘相乘合路coswtsinwtx(t)y(t)s (t)分路相乘相乘s (t)coswt-sinwtx(t)y(t)求功率譜密度求功率譜密度n載波鍵控信號的功率譜密度n載波鍵控信號的功率等于它的等效基帶信號功率的一半。 n窄帶噪聲信號的功率譜密度n若N0代表窄帶噪聲的單邊功率譜密度，則它也代表等效基帶噪聲中同相或者正交分量的雙邊功率譜密度。 )()(41)(00ffSffSfSuus)()()(0,0,ffSffSfSQnInn單邊通過帶通信道通過帶通信道n帶通信道H(f)的等效低通信道HB(f)：n時(shí)域響應(yīng)：n載波鍵控信號通過一個(gè)帶通系統(tǒng)，等效為它的等效基帶信號通

4、過等效基帶系統(tǒng)。 )()()(0*0ffHffHfHBBtjBethth0)(Re2)(多相移相鍵控多相移相鍵控n絕對移相絕對移相n相對移相相對移相n相干解調(diào)相干解調(diào)n延時(shí)相干解調(diào)延時(shí)相干解調(diào)n非相干解調(diào)非相干解調(diào)n正交展開正交展開n其中：其中：n二相移相鍵控二相移相鍵控 M2，0=/2, Ik0,1 xk=(0,0) yk=(1,-1)n四相移相鍵控四相移相鍵控 M4，0=/4, Ik0,1,2,3 xk=(0.7,-0.7,-0.7,0.7) yk=(0.7,0.7,-0.7,-0.7)n八相移相鍵控八相移相鍵控 M8，0=/8, Ik0,1,2,3,4,5,6,7 xk=(0.9,0.4

5、,-0.4,-0.9,-0.9,-0.4,0.4,0.9) yk=(0.4,0.9,0.9,0.4,-0.4,-0.9,-0.9,-0.4)()()()2(sin)()2cos()()(002skkskkskkkskkjMjISkTtgyjkTtgxkTtgMIjkTtgMIeekTtgtuok)2sin()2cos(00MIyMIxkkkkn多相鍵控信號的矢量表示多相鍵控信號的矢量表示n功率譜密度功率譜密度20)(21)(ffGTfSss2002)()(sin2)(ssssTffTffTAfSn相位邏輯：自然碼相位邏輯：自然碼n相位邏輯：格雷碼相位邏輯：格雷碼n相位邏輯的矢量表示相位邏輯的矢

6、量表示n差分編碼差分編碼n為什么需要差分編碼？克服在接收端進(jìn)行相干解調(diào)時(shí)存在的參考載波相位含糊度。n接收端的參考載波：n發(fā)送碼為 ，接收碼為n讓發(fā)送碼和輸入的信息碼存在關(guān)系：n接收端恢復(fù)信息碼：n就有：02MDDIIMkkkI1kMkkJIJ1kMkkJJIkkMkMkMMkkIJJDJDJI11n差分編碼差分編碼n二進(jìn)制差分編碼：相對碼、絕對碼n四進(jìn)制差分編碼：自然碼差分編譯碼、格雷碼差分編譯碼n差分運(yùn)算會(huì)引入誤碼擴(kuò)散正交移幅鍵控正交移幅鍵控矢量表示矢量表示n常用的正交移幅鍵控：常用的正交移幅鍵控：QPSK、16QAM、64QAM，.復(fù)包絡(luò)表示復(fù)包絡(luò)表示n復(fù)包絡(luò)表示法 u(t) = x(t)

7、 + j y(t)n其中x(t)和y(t)是多電平的基帶信號 QPSK：1 16QAM：1, 3 64QAM： 1, 3, 5, 7n二進(jìn)制和多進(jìn)制的轉(zhuǎn)換：電平邏輯n自然碼電平邏輯n格雷碼電平邏輯n功率譜密度QPSK：16QAM:64QAM:200)()(sin)(sssmsTffTffEfS200)()(sin95)(sssmsTffTffEfS200)()(sin73)(sssmsTffTffEfSn頻譜利用率 QPSK: 1b/s/Hz， 16QAM: 2b/s/Hz 64QAM: 3b/s/Hz接收判決過程接收判決過程n在解調(diào)判決過程中，分別對I，Q二路進(jìn)行多電平判決，得到一系列判決變

8、量，然后對判決變量進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得到原始信息。n比特差錯(cuò)率計(jì)算公式QPSK16QAM64QAM021NEerfcPbe05283NEerfcPbe071247NEerfcPbe連續(xù)相位移頻鍵控連續(xù)相位移頻鍵控說說 明明n希望尋找一類調(diào)制方法，具有較好的頻譜利用率、功率利用率，同時(shí)又具有恒定包絡(luò)。n連續(xù)相位移頻鍵控能較好地滿足這些要求。n前二種調(diào)制方法存在的問題：l頻譜利用率和功率利用率的矛盾l頻譜利用率和恒定包絡(luò)的矛盾最小移頻鍵控（最小移頻鍵控（MSK）n滿足二個(gè)條件： 調(diào)制指數(shù) h=0.5 在碼元交替點(diǎn)相位連續(xù)nMSK的相位變換軌跡的相位變換軌跡nMSK的的調(diào)制調(diào)制nMSK的的解調(diào)解調(diào)nMS

9、K的頻譜特性的頻譜特性 MSK的誤碼特性的誤碼特性和差分編碼的四相移相鍵控（DCQPSK）一樣。0NEerfcPbe 原理：有人證明，連續(xù)相位調(diào)制的頻譜旁瓣隨頻率的變化以 的規(guī)律下降，其中c為相位函數(shù)的導(dǎo)數(shù)保持連續(xù)的階數(shù)。對于MSK，c0，所以旁瓣隨頻率按 f-4 的規(guī)律下降。 相位函數(shù)的導(dǎo)數(shù)是頻率函數(shù)，令頻率函數(shù)為高斯函數(shù)，其無窮多階的導(dǎo)數(shù)都連續(xù)，因而具有十分良好的頻譜特性。)2(2cf高斯預(yù)濾波最小移頻鍵控（高斯預(yù)濾波最小移頻鍵控（GMSK）高斯預(yù)濾波最小移頻鍵控（高斯預(yù)濾波最小移頻鍵控（GMSK）（續(xù)）（續(xù)）n頻譜特性如左圖n誤碼特性比QPSK約惡化1dB。 載波同步載波同步載波同步的原理載波同步的原理n從插入載波的信號中實(shí)現(xiàn)載波同步n從抑制載波的信號中實(shí)現(xiàn)載波同步從抑制載波的信號中實(shí)現(xiàn)載波同步從抑制載波的信號中實(shí)現(xiàn)載波同步非線性處理線性過濾鍵控信號參考載波QPSK信號的載波同步：四次方環(huán)信號的載波同步：四次方環(huán)QPSK信號的載波同步：逆調(diào)制環(huán)信號的載波同步：逆調(diào)制環(huán)QPSK信號的載波同步：判決反饋環(huán)信號