第4章 調(diào)制技術(shù)

1、第第4章調(diào)制技術(shù)章調(diào)制技術(shù)華南理工大學(xué)廣州學(xué)院華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院電信學(xué)院主講：曹英烈主講：曹英烈12016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n4.1 概述概述n4.2 信號空間分析信號空間分析n4.3 數(shù)字相位調(diào)制技術(shù)數(shù)字相位調(diào)制技術(shù)n4.4 正交幅度調(diào)制正交幅度調(diào)制n4.5 頻率調(diào)制頻率調(diào)制n4.6 網(wǎng)格編碼調(diào)制網(wǎng)格編碼調(diào)制n4.7 正交頻分復(fù)用正交頻分復(fù)用第第4章調(diào)制技術(shù)章調(diào)制技術(shù)22016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院本章提示本章提示 n調(diào)制調(diào)制在通信系統(tǒng)中占有十分重要的地位。只在通信系統(tǒng)中占有十分重要的地位。只有經(jīng)過調(diào)制才能將基帶信號轉(zhuǎn)換成適合于信有經(jīng)過調(diào)制才能將

2、基帶信號轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號，而且它對系統(tǒng)的傳輸有道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號，而且它對系統(tǒng)的傳輸有效性和可靠性都有很大的影響。效性和可靠性都有很大的影響。32016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院本章提示本章提示 n數(shù)字?jǐn)?shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制本質(zhì)上并無什么不同，調(diào)制與模擬調(diào)制本質(zhì)上并無什么不同，它們同屬正弦載波調(diào)制。但是數(shù)字調(diào)制的調(diào)它們同屬正弦載波調(diào)制。但是數(shù)字調(diào)制的調(diào)制信號為數(shù)字型正弦調(diào)制，模擬調(diào)制的調(diào)制制信號為數(shù)字型正弦調(diào)制，模擬調(diào)制的調(diào)制信號為連續(xù)性正弦調(diào)制。模擬信號傳輸?shù)馁|(zhì)信號為連續(xù)性正弦調(diào)制。模擬信號傳輸?shù)馁|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是信噪比（量標(biāo)準(zhǔn)是信噪比（S/N），數(shù)字信號傳輸?shù)馁|(zhì)），數(shù)字信號傳輸

3、的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是誤碼率（量標(biāo)準(zhǔn)是誤碼率（Pe）。）。42016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院本章提示本章提示 n第第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)采用模擬調(diào)頻（一代蜂窩移動通信系統(tǒng)采用模擬調(diào)頻（FM）傳輸模擬語音，其信令系統(tǒng)采用傳輸模擬語音，其信令系統(tǒng)采用2FSK數(shù)字調(diào)數(shù)字調(diào)制。第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)傳送的語制。第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)傳送的語音都是經(jīng)過語音編碼和信道編碼后的數(shù)字信音都是經(jīng)過語音編碼和信道編碼后的數(shù)字信號。號。GSM系統(tǒng)采用系統(tǒng)采用GMSK調(diào)制；調(diào)制；IS-54系統(tǒng)和系統(tǒng)和PDC系統(tǒng)采用系統(tǒng)采用 /4 DQPSK調(diào)制；調(diào)制；IS-95 CDMA系統(tǒng)的下行信道采用系統(tǒng)的下行信道采

4、用QPSK調(diào)制，其上行信調(diào)制，其上行信道采用道采用OQPSK調(diào)制。第三代蜂窩移動通信系調(diào)制。第三代蜂窩移動通信系統(tǒng)將采用統(tǒng)將采用MQAM、QPSK或或8PSK調(diào)制。調(diào)制。52016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院本章提示本章提示 n由于由于帶寬資源受限，目前所有調(diào)制技術(shù)的主帶寬資源受限，目前所有調(diào)制技術(shù)的主要設(shè)計思路就是最小化傳輸帶寬。相反，擴(kuò)要設(shè)計思路就是最小化傳輸帶寬。相反，擴(kuò)頻技術(shù)使用的傳輸帶寬比要求的最小信號帶頻技術(shù)使用的傳輸帶寬比要求的最小信號帶寬大幾個數(shù)量級。在多用戶系統(tǒng)中，事實(shí)證寬大幾個數(shù)量級。在多用戶系統(tǒng)中，事實(shí)證明在多址干擾（明在多址干擾（MAI）環(huán)境，擴(kuò)頻系統(tǒng)能獲）環(huán)

5、境，擴(kuò)頻系統(tǒng)能獲得很高的頻譜利用率。得很高的頻譜利用率。62016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n調(diào)制：對消息源信息進(jìn)行處理，使其變成適調(diào)制：對消息源信息進(jìn)行處理，使其變成適合傳輸形式的過程。合傳輸形式的過程。n目的：使信息能更好地適應(yīng)信道，以達(dá)到最目的：使信息能更好地適應(yīng)信道，以達(dá)到最有效和最可靠的傳輸。有效和最可靠的傳輸。n移動信道的特征：移動信道的特征：帶寬有限帶寬有限干擾和噪聲影響大干擾和噪聲影響大存在著多徑干擾和碼間干擾存在著多徑干擾和碼間干擾n選擇標(biāo)準(zhǔn)：選擇標(biāo)準(zhǔn)：頻譜利用率、功率效率、抗碼間干擾、頻譜利用率、功率效率、抗碼間干擾、抗衰落能力和已調(diào)信號的恒包絡(luò)特性等。抗衰落能

6、力和已調(diào)信號的恒包絡(luò)特性等。4.1 概述概述72016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院4.1 概述概述n第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)。術(shù)。超大規(guī)模集成電路（超大規(guī)模集成電路（VLSI）和數(shù)字信號處理）和數(shù)字信號處理（DSP）技術(shù)的發(fā)展使數(shù)字調(diào)制比模擬調(diào)制的傳）技術(shù)的發(fā)展使數(shù)字調(diào)制比模擬調(diào)制的傳輸系統(tǒng)更有效。輸系統(tǒng)更有效。新的多用途可編程數(shù)字信號處理器使得數(shù)字調(diào)制新的多用途可編程數(shù)字信號處理器使得數(shù)字調(diào)制器和解調(diào)器完全用軟件來實(shí)現(xiàn)成為可能。器和解調(diào)器完全用軟件來實(shí)現(xiàn)成為可能。嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)方法可以在不重新設(shè)計和替換調(diào)嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)方法可以在

7、不重新設(shè)計和替換調(diào)制解調(diào)器的情況下改變和提高性能。制解調(diào)器的情況下改變和提高性能。82016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院4.1 概述概述n數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)通常通過功率有效性數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)通常通過功率有效性 p（Power Efficiency）和帶寬有效性）和帶寬有效性 B（Spectral Efficiency）來反映。）來反映。n功率有效性功率有效性 p是反映調(diào)制技術(shù)在低功率電平是反映調(diào)制技術(shù)在低功率電平情況下保證系統(tǒng)誤碼性能的能力，可表述成情況下保證系統(tǒng)誤碼性能的能力，可表述成每比特的信號能量與噪聲功率譜密度之比：每比特的信號能量與噪聲功率譜密度之比：P = b0EN （

8、6-1） 92016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院4.1 概述概述n帶寬有效性帶寬有效性 B是反映調(diào)制技術(shù)在一定的頻帶是反映調(diào)制技術(shù)在一定的頻帶內(nèi)數(shù)字有效性的能力，可表述成在給定帶寬內(nèi)數(shù)字有效性的能力，可表述成在給定帶寬條件下每赫茲的數(shù)據(jù)通過率：條件下每赫茲的數(shù)據(jù)通過率：n式中，式中，R為數(shù)據(jù)速率（為數(shù)據(jù)速率（bit/s），），B為調(diào)制射頻為調(diào)制射頻RF信號占用帶寬。信號占用帶寬。 B(bit/s)/Hz)RB= （6-2） 102016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院4.1 概述概述n由香農(nóng)（由香農(nóng)（Shannon）定理：）定理：n式中，式中，C為信道容量；為信道容量；B為為R

9、F帶寬；帶寬；S/N為信為信噪比噪比；11)1(log2NSBC2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院4.1 概述概述n因此，最大可能的因此，最大可能的 BMAX為為n對于對于GSM，B = 200kHz，SNR = 10dB，則有：，則有：12HzbpsBCkbpsNSBCBMAX/47.320026.69426.694)101(log200)1(log22BNSBCBMAX)/1(log22016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院4.1 概述概述n蜂窩移動通信系統(tǒng)對數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求蜂窩移動通信系統(tǒng)對數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求（1）數(shù)字調(diào)制的目的在于使傳輸?shù)臄?shù)字信號與信）數(shù)字調(diào)制的目的

10、在于使傳輸?shù)臄?shù)字信號與信道特性相匹配道特性相匹配（2）移動通信要求采用恒定包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)）移動通信要求采用恒定包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)（3）應(yīng)盡量避免幅）應(yīng)盡量避免幅-相轉(zhuǎn)換（相轉(zhuǎn)換（AM/PM）效應(yīng)）效應(yīng)（4）要求調(diào)制方式具有最小的功率譜占用率）要求調(diào)制方式具有最小的功率譜占用率132016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院4.1 概述概述n具體地講，數(shù)字調(diào)制技術(shù)應(yīng)滿足如下特性要具體地講，數(shù)字調(diào)制技術(shù)應(yīng)滿足如下特性要求。求。 為了在衰落條件下獲得所要求的誤碼率為了在衰落條件下獲得所要求的誤碼率（BER），需要好的載噪比（），需要好的載噪比（C/N）和載干比）和載干比 （C/I）性能。）性能。

11、所用的調(diào)制技術(shù)必須在規(guī)定頻帶約束內(nèi)提供高所用的調(diào)制技術(shù)必須在規(guī)定頻帶約束內(nèi)提供高的傳輸速率，以（的傳輸速率，以（bit/s）/Hz為單位。為單位。142016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院4.1 概述概述 應(yīng)使用高效率的功率放大器，而帶外輻射又必應(yīng)使用高效率的功率放大器，而帶外輻射又必須降低到所需要求（須降低到所需要求（60dB70dB）。）。 恒定包絡(luò)。恒定包絡(luò)。 低的載波與同道干擾（低的載波與同道干擾（CCI）的功率比。）的功率比。 必須滿足快速的比特再同步要求。必須滿足快速的比特再同步要求。 成本低，易于實(shí)現(xiàn)。成本低，易于實(shí)現(xiàn)。152016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院4

12、.1 概述概述n數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類幅度幅度/相位調(diào)制相位調(diào)制(非恒包絡(luò)、線性非恒包絡(luò)、線性) 更好的頻譜特性、更好的頻譜特性、 易受衰落和干擾的影響易受衰落和干擾的影響 器件昂貴器件昂貴頻率調(diào)制頻率調(diào)制(恒包絡(luò)、非線性恒包絡(luò)、非線性) 頻譜擴(kuò)展、頻譜擴(kuò)展、 功率效率高功率效率高 抗信道上影響能力強(qiáng)抗信道上影響能力強(qiáng)線性調(diào)制線性調(diào)制非線性調(diào)制非線性調(diào)制162016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院4.1 概述概述n理想的調(diào)制方式能夠使通信在低信噪比情況理想的調(diào)制方式能夠使通信在低信噪比情況下提供低的誤碼率，在多徑和衰落條件下很下提供低的誤碼率，在多徑和衰落條件下很好地工作，并且

13、容易實(shí)現(xiàn)好地工作，并且容易實(shí)現(xiàn)。172016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n4.2.1 信號與系統(tǒng)模型信號與系統(tǒng)模型n4.2.2 向量空間的概念向量空間的概念n4.2.3 信號空間的概念信號空間的概念n4.2.4 信號的正交展開信號的正交展開n4.2.5 信號的幾何表示信號的幾何表示4.2 信號空間分析信號空間分析182016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n每隔每隔T秒發(fā)送秒發(fā)送K=log2M個信息比特。數(shù)據(jù)速率個信息比特。數(shù)據(jù)速率為為R=K/Tbps。n發(fā)送每個消息的概率為發(fā)送每個消息的概率為Pi，則，則n接收目標(biāo)：使差錯概率最小接收目標(biāo)：使差錯概率最小4.2.1 信號與系統(tǒng)

14、模型信號與系統(tǒng)模型19發(fā)射機(jī)接收機(jī)高斯信道s(t)r(t)mi=b1,b2,bkmi=b1,b2,bkn(t)11Miip)()|(1sentmPsentmmmPpiiiMiie2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院4.2.2 向量空間的概念向量空間的概念202016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院4.2.2 向量空間的概念向量空間的概念212016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院4.2.2 向量空間的概念向量空間的概念222016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n三角不等式三角不等式nCaushy-Schwartz不等式不等式4.2.2 向量空間的概念向量空間的概念

15、2321212121VVVVVVVV2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n正如向量的情況，也可用類似的方法處理定正如向量的情況，也可用類似的方法處理定義在某區(qū)間義在某區(qū)間a,b上的一組信號。上的一組信號。兩個一般的復(fù)信號兩個一般的復(fù)信號x1(t)和和x2(t)的內(nèi)積定義為：的內(nèi)積定義為： 如果它們的內(nèi)積為零，則兩個信號是正交的。如果它們的內(nèi)積為零，則兩個信號是正交的。信號的范數(shù)定義為：信號的范數(shù)定義為： 一信號集中的一信號集中的M個信號，如果它們是相互正交的且其范個信號，如果它們是相互正交的且其范數(shù)均為數(shù)均為1，則該信號集是標(biāo)準(zhǔn)正交的。，則該信號集是標(biāo)準(zhǔn)正交的。 如果沒有一個信號能表

16、示成其它信號的線性組合，則該如果沒有一個信號能表示成其它信號的線性組合，則該信號集是線性獨(dú)立的。信號集是線性獨(dú)立的。4.2.3 信號空間的概念信號空間的概念24dttxtxtxtxba)()()(),(2121212)()(dttxtxba2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n兩個信號的三角不等式：兩個信號的三角不等式：nCauchy-Schwartz不等式：不等式：4.2.3 信號空間的概念信號空間的概念25)()()(),(2121txtxtxtx21221221)()()()(dttxdttxdttxtxbababa2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n矢量的正交分解

17、矢量的正交分解 n正交函數(shù)正交函數(shù)n正交函數(shù)集正交函數(shù)集n復(fù)變函數(shù)的正交特性復(fù)變函數(shù)的正交特性4.2.4 信號的正交展開信號的正交展開262016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院2VVe eVVcV 2121誤差矢量誤差矢量 )cos(211212VVVVc 2221222121221112)cos()cos(VVVVVVVVVVVVVVc 系數(shù)系數(shù)021 VV兩矢量正交兩矢量正交怎樣分解，能得到最小的誤差分量？怎樣分解，能得到最小的誤差分量？0 12 c即即方式不是惟一的：方式不是惟一的：表示，表示，用用21VV1211eVVcV eVVc 212一矢一矢量的正交分解量的正交分解222

18、eVVc272016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n平面中任一矢量可分解為平面中任一矢量可分解為x,y二方向矢量。二方向矢量。n空間中任一矢量可分解為空間中任一矢量可分解為x,y,z三方向矢量。三方向矢量。 n一個三維空間矢量一個三維空間矢量 ，必須用，必須用三個正交的矢量來表示，如果用二維矢量表三個正交的矢量來表示，如果用二維矢量表示就會出現(xiàn)誤差示就會出現(xiàn)誤差正交分解正交分解hzj yi xV 0 , hzVj yi xVe282016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院二正交函數(shù)二正交函數(shù) 表示，即表示，即用用內(nèi)，信號內(nèi)，信號在區(qū)間在區(qū)間tftfttt2121 )()(2121t

19、fctf 誤差誤差 21d)(1)(22121222ttettfctftttf求得求得必需使必需使最小的最小的為求使為求使, 0dd , 122122 cc tftftftfttfttftfctttt(),(),(d)(d)()(22212221122121 稱稱為為正正交交函函數(shù)數(shù)，滿滿足足則則，若若)(),(02112tftfc 0d)()(2121 ttftftt系數(shù)系數(shù)292016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院 正交函數(shù)集正交函數(shù)集tgtgtgr21,三正交函數(shù)集三正交函數(shù)集任意信號任意信號f(t)可表示為可表示為n維正交函數(shù)之和：維正交函數(shù)之和： nrrrnnrrtgctgc

20、tgctgctgctf12211)()()()()()(LL?原函數(shù)原函數(shù)近似函數(shù)近似函數(shù) )(),()(),( d)()(d)(d)()(2121212 tgtgtgtfKttgtfttgttgtfcrrrrttrttrttrr 相相互互正正交交：tgtgtgr21, jiKjittgtgittji, 0d)()(21r =0,1,2,.n基底函數(shù)基底函數(shù)302016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n分解原則是誤差函數(shù)方均值最小分解原則是誤差函數(shù)方均值最小 三正交函數(shù)集三正交函數(shù)集 d)()(1)(21122122誤差信號功率誤差信號功率誤差信號能量誤差信號能量ettnrrrefttg

21、ctftttf 表達(dá)式表達(dá)式可得可得令令rnrcCCCC0, 0, 0, 0 222212 312016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院三正交函數(shù)集三正交函數(shù)集rttrttrttrrKttgtfttgttgtfc 212121d)()(d)(d)()(2正交函數(shù)集規(guī)定：正交函數(shù)集規(guī)定： 所有函數(shù)應(yīng)所有函數(shù)應(yīng)兩兩正交兩兩正交。 不能因一個函數(shù)集中某幾個函數(shù)相互正交就說該函不能因一個函數(shù)集中某幾個函數(shù)相互正交就說該函數(shù)集是正交函數(shù)。數(shù)集是正交函數(shù)。 是是相互獨(dú)立相互獨(dú)立的，互不影響，計算時先抽取的，互不影響，計算時先抽取哪一個都可以，非正交函數(shù)就無此特性。哪一個都可以，非正交函數(shù)就無此特性。

22、 nccc,21此公式是個通式，適合于此公式是個通式，適合于任何正交任何正交函數(shù)集。函數(shù)集。322016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n兩周期信號在同一周期內(nèi)兩周期信號在同一周期內(nèi)(同區(qū)間內(nèi)同區(qū)間內(nèi))正交的條正交的條件是件是c12=0，即：，即：n對一般信號在給定區(qū)間正交，而在其他區(qū)間對一般信號在給定區(qū)間正交，而在其他區(qū)間不一定滿足正交。不一定滿足正交。n兩個信號不正交，就有相關(guān)關(guān)系，必能分解兩個信號不正交，就有相關(guān)關(guān)系，必能分解出另一信號。出另一信號。n 三正交函數(shù)集三正交函數(shù)集0d)()(t2t121ttftf332016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院四四. .復(fù)變函數(shù)的正

23、交特性復(fù)變函數(shù)的正交特性jitgtgttgtgjittji 0)(),(d)()(21*iiittiiKtgtgttgtg )(),(d)()(21*求系數(shù)),(表示),2 ,1 ,0(,)(用tfnrtgr的共軛的共軛為為)()(,d)()(d)()(2121tgtgttgtgttgtfcrrttrrttrr 則此復(fù)變函數(shù)集為則此復(fù)變函數(shù)集為正交函數(shù)集正交函數(shù)集。 0d)()(d)()(21211221 ttttttftfttftf 滿足關(guān)系滿足關(guān)系內(nèi)，復(fù)變函數(shù)集內(nèi)，復(fù)變函數(shù)集若在區(qū)間若在區(qū)間nrtgttr, 2 , 1,21 內(nèi)內(nèi)相相互互正正交交的的條條件件是是兩兩復(fù)復(fù)變變函函數(shù)數(shù)在在區(qū)區(qū)

24、間間21,tt342016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n將信號進(jìn)行幾何表示的基礎(chǔ)是基的概念。將信號進(jìn)行幾何表示的基礎(chǔ)是基的概念。n如何找到基？如何找到基？施密特正交施密特正交n任意任意M個定義在個定義在0,T上的有限能量實(shí)信號上的有限能量實(shí)信號nS=s1(t),sM(t)表示為表示為N1時，上式中第二項(xiàng)可以忽略。時，上式中第二項(xiàng)可以忽略。n同樣有同樣有4.2.5 信號的幾何表示信號的幾何表示40tftfdttfTdttcccTTi4)4sin(1)2(cos15.02)(00204)4cos()4(sin5.02)()(0021tftfdttfTdtttcccTT2016/4/16華

25、南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n對于這兩個基，對應(yīng)于帶通信號的等效基帶對于這兩個基，對應(yīng)于帶通信號的等效基帶表示，表示，si1si2兩個系數(shù)分別對應(yīng)于同相分量和兩個系數(shù)分別對應(yīng)于同相分量和正交分量。正交分量。n將表示將表示Si(t)的系數(shù)的系數(shù)sij寫成向量寫成向量si=si1,siNT稱稱其為其為Si(t)的信號星座。所有星座點(diǎn)的信號星座。所有星座點(diǎn)s1,sM構(gòu)成的圖構(gòu)成信號的星座圖。對于給定的基構(gòu)成的圖構(gòu)成信號的星座圖。對于給定的基函數(shù)，信號函數(shù)，信號Si(t)與其星座點(diǎn)與其星座點(diǎn)si是是一一對應(yīng)的。一一對應(yīng)的。4.2.5 信號的幾何表示信號的幾何表示41)2sin(2)2cos(2)(21t

26、fTstfTstScicii)(),.,(1ttN2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n例：雙極性例：雙極性NRZ二元數(shù)字基帶系統(tǒng)：二元數(shù)字基帶系統(tǒng)：nS0(t)=-gT(t)， S1(t)=+gT(t)， gT(t)是高度為是高度為A，寬度為寬度為Tb的矩形非歸零脈沖。的矩形非歸零脈沖。4.2.5 信號的幾何表示信號的幾何表示422016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院4.2.5 信號的幾何表示信號的幾何表示432016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n例：例：4PSK系統(tǒng)：信號集為系統(tǒng)：信號集為4.2.5 信號的幾何表示信號的幾何表示442016/4/16華南理工大學(xué)

27、廣州學(xué)院電信學(xué)院4.2.5 信號的幾何表示信號的幾何表示452016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n例：例：2FSK系統(tǒng)：信號集為系統(tǒng)：信號集為4.2.5 信號的幾何表示信號的幾何表示462016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n信號星座圖信號星座圖4.2.5 信號的幾何表示信號的幾何表示472016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n信號星座圖信號星座圖4.2.5 信號的幾何表示信號的幾何表示482016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n4.3.1 二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制n4.3.2 QPSKn4.3.3 OQPSKn4.3.4 /4-QPSK4.3 數(shù)

28、字相位調(diào)制技術(shù)數(shù)字相位調(diào)制技術(shù)492016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院504.3.1 二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制nBPSK即二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制，變稱絕對相移即二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制，變稱絕對相移鍵控調(diào)制。鍵控調(diào)制。DPSK則是差分相移鍵控調(diào)制，亦則是差分相移鍵控調(diào)制，亦稱相對相移鍵控調(diào)制。稱相對相移鍵控調(diào)制。n幅度幅度恒定的載波信號根據(jù)信號兩種可能恒定的載波信號根據(jù)信號兩種可能m1和和m2（即二進(jìn)制數(shù)（即二進(jìn)制數(shù)1和和0）的改變而在兩個不同）的改變而在兩個不同的相位間切換。通常這兩個相位相差的相位間切換。通常這兩個相位相差180 。n傳輸?shù)膫鬏數(shù)腂PSK信號為信號為 0tTb，

29、信號為，信號為1 0tTb，信號為，信號為0 bc0bBPSKbbc0c0bb2cos(2)( )22cos(2)cos(2)Ef tTstEEf tf tTT 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院514.3.1 二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制n二進(jìn)制相移鍵控也可表示為二進(jìn)制相移鍵控也可表示為 n其復(fù)數(shù)形式為其復(fù)數(shù)形式為n其中其中 為信號的復(fù)包絡(luò)。為信號的復(fù)包絡(luò)。nBPSK信號的功率譜密度信號的功率譜密度bBPSKc0b2( )( )cos(2)Estm tf tTBPSKBPSKcRe( )exp(j2)sgtf tjbBPSKb2( )( )eEgtm tT22bcbcbB

30、PSKcbcbsin ()sin ()2()()Eff Tff TPff Tff T 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院 設(shè)設(shè)二進(jìn)制的基帶信號二進(jìn)制的基帶信號b(t)的波形為雙極性的波形為雙極性NRZ碼碼,BPSK信號的波形如圖所示。信號的波形如圖所示。 4.3.1 二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制522016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院534.3.1 二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制n矩形和升余弦滾降脈沖成型的矩形和升余弦滾降脈沖成型的BPSK信號的信號的PSD，如圖所示，如圖所示。n 這種波形的頻譜這種波形的頻譜n 頻譜效率為頻譜效率為2bb2)fT()fT(

31、sinG(f)0.5bps/HzT2T1CRbb?2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院544.3.1 二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制n如果沒有信道引入的多徑損耗，接收的如果沒有信道引入的多徑損耗，接收的BPSK信號可表示為信號可表示為nBPSK使用相干，或者叫同步的解調(diào)方法，這使用相干，或者叫同步的解調(diào)方法，這要求在接收機(jī)端知道載波的相位和頻率信息。要求在接收機(jī)端知道載波的相位和頻率信息。 n如果接收端的參考相位發(fā)生變化，則恢復(fù)的如果接收端的參考相位發(fā)生變化，則恢復(fù)的數(shù)字信號就會發(fā)生數(shù)字信號就會發(fā)生“0”和和“1”的互換，從的互換，從而造成錯誤恢復(fù)。這種現(xiàn)象稱作而造成錯誤恢復(fù)。

32、這種現(xiàn)象稱作BPSK的倒的倒現(xiàn)象或反向工作現(xiàn)象?，F(xiàn)象或反向工作現(xiàn)象。 n實(shí)際工作很少采用這種絕對相移方式。實(shí)際工作很少采用這種絕對相移方式。bbBPSKc0chcbb22( )( )cos(2)( )cos(2)EEstm tf tm tf tTT2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院554.3.1 二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制n利用載波相位絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息稱為絕利用載波相位絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息稱為絕對調(diào)相。對調(diào)相。 n利用前后碼元之間相位的相對變化傳送數(shù)字利用前后碼元之間相位的相對變化傳送數(shù)字信息稱為相對調(diào)相。信息稱為相對調(diào)相。 n差分相移鍵控（差分相移鍵控（DPSK）是

33、一種常用的相對調(diào)）是一種常用的相對調(diào)相方式，采用非相干的相移鍵控形式。相方式，采用非相干的相移鍵控形式。nDPSK不需要在接收機(jī)端有相干參考信號，而不需要在接收機(jī)端有相干參考信號，而且非相干接收機(jī)容易實(shí)現(xiàn)。且非相干接收機(jī)容易實(shí)現(xiàn)。 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院564.3.1 二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制n在在DPSK系統(tǒng)中，輸入的二進(jìn)制序列系統(tǒng)中，輸入的二進(jìn)制序列bk（常稱為絕對碼）先進(jìn)行差分編碼，然后（常稱為絕對碼）先進(jìn)行差分編碼，然后再用再用BPSK調(diào)制器調(diào)制。差分編碼后的序列調(diào)制器調(diào)制。差分編碼后的序列dk是通過是通過對對bk與與dk-1進(jìn)行模進(jìn)行模2加運(yùn)算產(chǎn)生

34、的。加運(yùn)算產(chǎn)生的。如果輸入的二進(jìn)制如果輸入的二進(jìn)制碼元碼元bk為為1，則碼元，則碼元dk與與其前一個碼元保持不變，而其前一個碼元保持不變，而如果如果bk為為0，則，則dk就改變一次。就改變一次。n表中給出按照關(guān)系式表中給出按照關(guān)系式 產(chǎn)生的產(chǎn)生的DPSK信號。信號。1 -kkkdbd2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院574.3.1 二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制nDPSK發(fā)發(fā)射機(jī)調(diào)制射機(jī)調(diào)制器的結(jié)構(gòu)器的結(jié)構(gòu)方框圖及方框圖及相關(guān)波形相關(guān)波形如圖所示如圖所示 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院584.3.1 二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制n在接收機(jī)在接收機(jī)端，通

35、過端，通過相應(yīng)的處相應(yīng)的處理過程，理過程，從解調(diào)的從解調(diào)的差分編碼差分編碼信號中恢信號中恢復(fù)出原始復(fù)出原始信號，如信號，如圖所示圖所示 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院594.3.1 二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制nDPSK發(fā)射機(jī)調(diào)制器包括一個比特延遲單元和發(fā)射機(jī)調(diào)制器包括一個比特延遲單元和一個為了從輸入二進(jìn)制序列產(chǎn)生差分編碼序一個為了從輸入二進(jìn)制序列產(chǎn)生差分編碼序列的邏輯電路。其輸出通過一個乘法調(diào)制器列的邏輯電路。其輸出通過一個乘法調(diào)制器得到得到DPSK信號。信號。nDPSK信號的差分相干解調(diào)器不需要恢復(fù)本地信號的差分相干解調(diào)器不需要恢復(fù)本地載波，只需將載波，只需將DPS

36、K信號延時一個碼元間隔，信號延時一個碼元間隔，然后與然后與DPSK信號本身相乘。相乘的結(jié)果反映信號本身相乘。相乘的結(jié)果反映前后碼之間的相對相位關(guān)系，經(jīng)低通濾波后前后碼之間的相對相位關(guān)系，經(jīng)低通濾波后可直接判斷，恢復(fù)出原發(fā)射的數(shù)字信息，而可直接判斷，恢復(fù)出原發(fā)射的數(shù)字信息，而不需要差分譯碼。不需要差分譯碼。 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院604.3.1 二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制n只有只有DPSK信號才能采用這種方法對絕對碼進(jìn)信號才能采用這種方法對絕對碼進(jìn)行解調(diào)，因?yàn)樗南辔蛔兓鶞?zhǔn)是前一個碼行解調(diào)，因?yàn)樗南辔蛔兓鶞?zhǔn)是前一個碼元的載波相位，而不是未調(diào)制波的相位。元的

37、載波相位，而不是未調(diào)制波的相位。 n雖然雖然DPSK信號在不需要相干參考信號（即載信號在不需要相干參考信號（即載波）外，在抗頻率漂移能力、抗多徑效應(yīng)以波）外，在抗頻率漂移能力、抗多徑效應(yīng)以及抗相位慢抖動能力方面均優(yōu)于采用相干解及抗相位慢抖動能力方面均優(yōu)于采用相干解調(diào)的絕對調(diào)相方法，可它的能量效率比相干調(diào)的絕對調(diào)相方法，可它的能量效率比相干DPSK低低3dB。 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院614.3.1 二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制n對于對于AWGN信道中，信道中，BPSK和和DPSK調(diào)制經(jīng)相調(diào)制經(jīng)相干解調(diào)后，它們的誤碼率這干解調(diào)后，它們的誤碼率這Pe和信噪比有關(guān)，和信

38、噪比有關(guān)，分別如下：分別如下：nDPSK的誤碼性能比的誤碼性能比BPSK略差，但因其電路略差，但因其電路簡單又無相位模糊，故更適合實(shí)際應(yīng)用。簡單又無相位模糊，故更適合實(shí)際應(yīng)用。 2 1( )exp(/2)d2xQ xxxbe,BPSK02EPQN其中0be0benEerfcP:DPSKnEerfc21P:BPSK2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院624.3.2 QPSKn四進(jìn)制四進(jìn)制PSK，也稱為正交相移鍵控，也稱為正交相移鍵控由于在一個調(diào)制碼元中傳輸兩個比特，四相相移由于在一個調(diào)制碼元中傳輸兩個比特，四相相移鍵控（鍵控（QPSK）比）比BPSK的帶寬效率的帶寬效率高一倍高一倍。

39、載波的相位為四個間隔相等的值，每個相位值都載波的相位為四個間隔相等的值，每個相位值都與惟一的信息比特組相對應(yīng)，因此這種調(diào)制也稱與惟一的信息比特組相對應(yīng)，因此這種調(diào)制也稱四相相移鍵控。四相相移鍵控。這個碼元狀態(tài)集的這個碼元狀態(tài)集的QPSK信號可定義為信號可定義為 )2sin(2) 1isin(2)2cos(2) 1icos(2)(tfTEtfTEtScSScSSQPSK2) 1i ()2coscos(2)(tfTEtScSSQPSK2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院634.3.2 QPSKn QPSK是兩個相互正交的是兩個相互正交的BPSK之和。它的碼元經(jīng)之和。它的碼元經(jīng)串并轉(zhuǎn)換后分

40、為兩個支路，每個支路的碼元寬度串并轉(zhuǎn)換后分為兩個支路，每個支路的碼元寬度為原碼元寬度為原碼元寬度Tb的兩倍。的兩倍。QPSK發(fā)射機(jī)的框圖 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n四相調(diào)制也分絕對調(diào)相和相對調(diào)相。四相調(diào)制也分絕對調(diào)相和相對調(diào)相。絕對調(diào)相：絕對調(diào)相：載波起始載波起始相位與雙比特碼之間有相位與雙比特碼之間有一種固定的對應(yīng)關(guān)系。一種固定的對應(yīng)關(guān)系。相對調(diào)相：相對調(diào)相：載波的起載波的起始相位與雙比特碼之間始相位與雙比特碼之間沒有固定的對應(yīng)關(guān)系，沒有固定的對應(yīng)關(guān)系，它是以前一時刻雙比特它是以前一時刻雙比特碼對應(yīng)的相對調(diào)相的載碼對應(yīng)的相對調(diào)相的載波相位為參考而確定的。波相位為參考而確

41、定的。( (a) )基帶信號；(b)絕對調(diào)相信號；( (c) )相對調(diào)相信號4.3.2 QPSK642016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院654.3.2 QPSKnQPSK信號可以用有四個點(diǎn)的二維星座圖信號可以用有四個點(diǎn)的二維星座圖所示。對這個星座進(jìn)行簡單的旋轉(zhuǎn)之后的所示。對這個星座進(jìn)行簡單的旋轉(zhuǎn)之后的星座仍然可以表示星座仍然可以表示QPSK信號的集合。信號的集合。 (a) /2調(diào)制方式相位圖0，/2，3/2的QPSK星座(b) /4調(diào)制方式相位圖/4，3/4，5/4和7/4的QPSK星座 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院664.3.2 QPSKn在加性高斯白噪聲（在加性

42、高斯白噪聲（AWGN）信道中）信道中QPSK信號的平均比特差錯概率為信號的平均比特差錯概率為 nQPSK的比特差錯概率與的比特差錯概率與BPSK相等，但在同相等，但在同樣的帶寬內(nèi)傳輸了兩倍的數(shù)據(jù)。這樣與樣的帶寬內(nèi)傳輸了兩倍的數(shù)據(jù)。這樣與BPSK相比，相比，QPSK在同樣的能量效率情況下，提在同樣的能量效率情況下，提供了兩倍的頻譜效率。供了兩倍的頻譜效率。 be,QPSK02EPQN2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院674.3.2 QPSKn當(dāng)用矩形脈沖時，當(dāng)用矩形脈沖時，QPSK信號可表示為信號可表示為 nQPSK信號的功率譜密度可用與信號的功率譜密度可用與BPSK類似的類似的方法

43、得到方法得到22cscsQPSKcscs22cbcbbcbcbsin ()sin ()( )2()()sin ()sin () ()()sEff Tff TPfff Tff Tff Tff TEff Tff T 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院684.3.2 QPSKn QPSK信號在當(dāng)用矩形和升余弦濾波脈沖時的信號在當(dāng)用矩形和升余弦濾波脈沖時的功率功率譜密度。譜密度。 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院694.3.3 OQPSK nQPSK調(diào)制信號具有恒包絡(luò)特性調(diào)制信號具有恒包絡(luò)特性。n相位突變：相位突變：QPSK在其碼元交替處的載波相在其碼元交替處的載波相位往往發(fā)

44、生突變，當(dāng)相鄰的兩個碼元現(xiàn)時轉(zhuǎn)位往往發(fā)生突變，當(dāng)相鄰的兩個碼元現(xiàn)時轉(zhuǎn)換時會產(chǎn)生換時會產(chǎn)生180。的相位躍變。的相位躍變。n影響：使調(diào)相波的包絡(luò)上出現(xiàn)零點(diǎn)，引起較影響：使調(diào)相波的包絡(luò)上出現(xiàn)零點(diǎn)，引起較大的包絡(luò)起伏，其信號功率將產(chǎn)生很強(qiáng)的旁大的包絡(luò)起伏，其信號功率將產(chǎn)生很強(qiáng)的旁瓣分量。瓣分量。n解決辦法：抑制已調(diào)相波相位變化路徑特性，解決辦法：抑制已調(diào)相波相位變化路徑特性，使碼元轉(zhuǎn)換時刻已調(diào)相波相位變化連續(xù)勻滑。使碼元轉(zhuǎn)換時刻已調(diào)相波相位變化連續(xù)勻滑。n交錯交錯QPSK（OQPSK）。）。 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院704.3.3 OQPSK n在在QPSK信號中，奇比特流和偶

45、比特流的比信號中，奇比特流和偶比特流的比特同時跳變特同時跳變n在在OQPSK信號中，偶比特流和奇比特流，將信號中，偶比特流和奇比特流，將它們的跳變時序錯開一比特（即半個碼元周它們的跳變時序錯開一比特（即半個碼元周期）。期）。nOQPSK先對輸入數(shù)據(jù)作串并變換，再使其錯先對輸入數(shù)據(jù)作串并變換，再使其錯開半個輸入碼元間隔，然后分別對兩個正交開半個輸入碼元間隔，然后分別對兩個正交的載波進(jìn)行的載波進(jìn)行BPSK調(diào)制，最后疊加成為調(diào)制，最后疊加成為OQPSK信號。信號。 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院nOQPSK和和QPSK在時間關(guān)系上的不同在時間關(guān)系上的不同輸入數(shù)據(jù)流TbTs 2TbQ通

46、道OQPSKI通道4.3.3 OQPSK 71Ts 2TbQ通道 QPSKI通道2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院nOQPSK和和QPSK在相位轉(zhuǎn)換上的不同在相位轉(zhuǎn)換上的不同Qk1Qk1Ik110Ik1101QPSK1OQPSK4.3.3 OQPSK 722016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院734.3.3 OQPSK nOQPSK調(diào)制器中同相和正交支路時間交錯調(diào)制器中同相和正交支路時間交錯的波形圖的波形圖 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院744.3.3 OQPSK nOQPSK信號一般可以寫為信號一般可以寫為 n使用矩形脈沖的使用矩形脈沖的QPSK信號的功率

47、譜密度可信號的功率譜密度可以表示為以表示為 sOQPSKc0c011( )cos(2)cos(2)222IQTsm tf tmtf t22scscbOQPSKbcscbsin ()sin ()( )2()()Eff Tff TPfEff Tff T2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n調(diào)制解調(diào)原理框圖調(diào)制解調(diào)原理框圖4.3.3 OQPSK 752016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院764.3.3 OQPSK n在在OQPSK信號中，比特跳變（從而相位跳變）信號中，比特跳變（從而相位跳變）每每TB秒發(fā)生一次。秒發(fā)生一次。mI(t)和和mQ(t)的跳變被錯開的跳變被錯開了，在任意

48、給定時刻只有兩個比特流中的一了，在任意給定時刻只有兩個比特流中的一個改變值，發(fā)送信號的最大相移都限制在個改變值，發(fā)送信號的最大相移都限制在90 。nOQPSK信號消除了信號消除了180 相位跳變。信號帶限相位跳變。信號帶限不會導(dǎo)致信號包絡(luò)經(jīng)過零點(diǎn)。占用的頻譜就不會導(dǎo)致信號包絡(luò)經(jīng)過零點(diǎn)。占用的頻譜就顯著減少，同時允許使用效率更高的顯著減少，同時允許使用效率更高的RF放大放大器。器。 nOQPSK信號的頻譜和信號的頻譜和QPSK信號完全相同信號完全相同2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院774.3.4 /4-QPSKn /4-QPSK相移調(diào)制是一種正交相移鍵控技術(shù)，相移調(diào)制是一種正交相移

49、鍵控技術(shù)，從最大相位跳變來看，它是從最大相位跳變來看，它是OQPSK和和QPSK的折中。的折中。 /4 QPSK的相位變化限于的相位變化限于45 和和135 ，而，而QPSK是是180 ，OQPSK是是90 。因。因此，帶限此，帶限 /4 QPSK信號保持恒包絡(luò)的性能比信號保持恒包絡(luò)的性能比帶限后的帶限后的QPSK好，但比好，但比OQPSK更容易受包更容易受包絡(luò)變化的影響。絡(luò)變化的影響。 n它可以相干解調(diào)，也可以非相干解調(diào)。它可以相干解調(diào)，也可以非相干解調(diào)。n /4 QPSK采用差分編碼，以便在恢復(fù)載波中采用差分編碼，以便在恢復(fù)載波中存在相位模糊時，實(shí)現(xiàn)差分檢測或相干解調(diào)。存在相位模糊時，實(shí)現(xiàn)

50、差分檢測或相干解調(diào)。 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院784.3.4 /4-QPSKn /4 QPSK調(diào)制是限制碼元轉(zhuǎn)換時刻相位跳變調(diào)制是限制碼元轉(zhuǎn)換時刻相位跳變量的另一種調(diào)制方式。量的另一種調(diào)制方式。n /4 QPSK中已調(diào)制信號的相位被均勻分配為中已調(diào)制信號的相位被均勻分配為相距相距 /4的八個相位點(diǎn)。八個相位點(diǎn)被分成兩的八個相位點(diǎn)。八個相位點(diǎn)被分成兩組，已調(diào)信號的信號點(diǎn)從相互偏移組，已調(diào)信號的信號點(diǎn)從相互偏移 /4的兩組的兩組QPSK星座中選取。星座中選取。 n每個連續(xù)比特保證其碼元間至少有一個每個連續(xù)比特保證其碼元間至少有一個 /4整整數(shù)倍的相位變化，這使接收機(jī)能進(jìn)行時鐘

51、恢?jǐn)?shù)倍的相位變化，這使接收機(jī)能進(jìn)行時鐘恢復(fù)和同步。復(fù)和同步。 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院794.3.4 /4-QPSKn /4 QPSK信號的星座圖信號的星座圖 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院804.3.4 /4-QPSKn一、信號產(chǎn)生一、信號產(chǎn)生一般/4 QPSK的發(fā)射機(jī)（調(diào)制器）框圖 2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院814.3.4 /4-QPSKn輸入的比特流通過一個串并轉(zhuǎn)換器被分為兩輸入的比特流通過一個串并轉(zhuǎn)換器被分為兩個并行個并行數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流mI和和mQ，每一個的碼元速率等，每一個的碼元速率等于輸入比特率的一半。于輸入比特率的一半。n第

52、第k個同相和正交脈沖個同相和正交脈沖Ik和和Qk在時間在時間kTt(k+1)T內(nèi)，在輸出端產(chǎn)生，并取決于它內(nèi)，在輸出端產(chǎn)生，并取決于它們前一個的值們前一個的值Ik-1和和Qk-1，以及，以及 k。nIk和和Qk表示一個碼元持續(xù)時間內(nèi)的矩形脈沖，表示一個碼元持續(xù)時間內(nèi)的矩形脈沖，其幅度如下其幅度如下 11coscossinkkkkkkIIQ11sinsincoskkkkkkQIQ1kkk2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n /4-DQPSK對對QPSK的改進(jìn)的改進(jìn)：最大相位最大相位跳變從跳變從降為降為3/4, ,改善了改善了頻譜特性頻譜特性可可采用相干和非相干解調(diào)采用相干和非相干解調(diào)

53、(QPSK只能采用相干解調(diào)只能采用相干解調(diào)）n(1) /4-DQPSK調(diào)制調(diào)制(I) /4-DQPSK的相干調(diào)制的相干調(diào)制4.3.4 /4-QPSK82/4-DQPSK 信號串串/并并變換變換差分差分相位相位編碼編碼LPFLPF放大cos(ct)sin(ct)+-UkVkSISq輸入數(shù)據(jù)2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n (II) 數(shù)字式選擇相位法數(shù)字式選擇相位法 /4-DQPSK調(diào)制調(diào)制4.3.4 /4-QPSK83輸出信號/4-DQPSK串串/并并轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換編碼編碼電路電路延遲電路延遲電路（Tb)相位選擇器相位選擇器8選選1電路電路8相載波相載波發(fā)生器發(fā)生器BPF0 /4 7

54、/4SISQ Ak BkCk地址碼發(fā)生器地址碼發(fā)生器平方根升余平方根升余弦?guī)V波弦?guī)V波2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院 k：當(dāng)前碼元附加相位。：當(dāng)前碼元附加相位。 k-1：前一碼元附加相位。：前一碼元附加相位。k：當(dāng)前碼元相位跳變量。：當(dāng)前碼元相位跳變量。 k = k-1+ k 4.3.4 /4-QPSK84kckckcttttSsinsincoscos)cos()(2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院nUk=cos k = cos ( k-1+ k) =cos k-1cos k -sin k-1sin k nVk=sin k = sin ( k-1+ k) =s

55、in k-1cos k +cos k-1sin k 其中其中Uk-1 =cos k-1， Vk-1 =sin k-1，則，則 Uk= Uk-1 cos k - Vk-1 sin k Vk= Vk-1 cos k - Uk-1 sin k 4.3.4 /4-QPSK852016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院k4.3.4 /4-QPSK2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院86 /4-DQPSK相位跳變規(guī)則相位跳變規(guī)則 相位差相位差分編碼就是輸入的雙比特分編碼就是輸入的雙比特SI和和SQ的的4個狀態(tài)用個狀態(tài)用 4個值來表示。其相位邏輯如個值來表示。其相位邏輯如表所示。所傳輸?shù)男畔?/p>

56、含在兩個相鄰的載波相位差之中。表所示。所傳輸?shù)男畔趦蓚€相鄰的載波相位差之中。 /4-DQPSK的相位跳變的相位跳變 可能的取值有四個可能的取值有四個Uk和和Vk可能的取值有五個可能的取值有五個由兩個彼此偏移由兩個彼此偏移 /4的的QPSK星座圖構(gòu)成星座圖構(gòu)成,相位的跳變總相位的跳變總是是在這兩個星座圖之間交替進(jìn)行，跳變的路徑如在這兩個星座圖之間交替進(jìn)行，跳變的路徑如圖虛圖虛線線所示。所示。 4.3.4 /4-QPSK2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院870,12,14 34，u為為使已調(diào)信號功率譜更加平坦，要求調(diào)制器中的使已調(diào)信號功率譜更加平坦，要求調(diào)制器中的LPF具有相位線

57、性特性、平方根升余弦頻率響應(yīng)，具有相位線性特性、平方根升余弦頻率響應(yīng)，即即 為滾降因子。為滾降因子。 設(shè)該濾波器的矩形脈沖響應(yīng)函數(shù)為設(shè)該濾波器的矩形脈沖響應(yīng)函數(shù)為g(t)，則，則 /4-DQPSK信號為線性調(diào)制信號為線性調(diào)制4.3.4 /4-QPSK88sssssTfTfTfTTffG21021212) 12(sin1212101| )(|tkTtgtkTtgtSckksckkssinsin)(coscos)()(2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院u升余弦滾降傳輸特性升余弦滾降傳輸特性 H( )=H0( )+H1( ) H( )是對截止頻率是對截止頻率 b 的理想低通的理想低通H0

58、( )按按H1( )的滾降特性進(jìn)行的滾降特性進(jìn)行“圓滑圓滑”得到的，得到的， H1( 對于對于 b 具有對稱的幅度特性，其上、下截止角頻率分具有對稱的幅度特性，其上、下截止角頻率分別為別為 b + 1 、 b - 1 。升余弦滾降傳輸特性。升余弦滾降傳輸特性H1( )采用余弦函數(shù)，則采用余弦函數(shù)，則4.3.4 /4-QPSK89111111|,|01|2cos12)(bbbbbbbTTH2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院相干檢測相干檢測差分檢測差分檢測鑒頻檢測鑒頻檢測 4.3.4 /4-QPSK902016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院n/4-QPSK的中頻差分解調(diào)的中頻差

59、分解調(diào)4.3.4 /4-QPSK91抽樣得到111cos()cos22kkkkX111sin()sin22kkkkY2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院924.3.4 /4-QPSKn相移與輸入碼元有關(guān)，表中給出輸入不同相移與輸入碼元有關(guān)，表中給出輸入不同比特對時的載波相移比特對時的載波相移n同相和正交比特流同相和正交比特流Ik和和Qk被兩個相互正交被兩個相互正交的載波分別調(diào)制，產(chǎn)生如下所示的載波分別調(diào)制，產(chǎn)生如下所示 /4 QPSK波形波形 4 QPSKcc( )( )cos( )sinstI ttQ tt11ssss00( )(2)cos(2)NNkkkkI tI p tkTTp

60、 tkTT11ssss00( )(2)sin(2)NNkkkkQ tQ p tkTTp tkTT2016/4/16華南理工大學(xué)廣州學(xué)院電信學(xué)院934.3.4 /4-QPSKn解調(diào)解調(diào) /4 QPSK信號經(jīng)常使用差分檢測技術(shù)。信號經(jīng)常使用差分檢測技術(shù)。 n在在AWGN信道中，差分檢測信道中，差分檢測 /4 QPSK的的BER性能比性能比QPSK低低3dB，而相干解調(diào)的，而相干解調(diào)的 /4 QPSK與與QPSK有同樣的誤碼性能。有同樣的誤碼性能。 n各種不同種類的檢測技術(shù)用于各種不同種類的檢測技術(shù)用于 /4 QPSK信號信號的解調(diào)。包括基帶差分檢測、的解調(diào)。包括基帶差分檢測、IF差分檢測和差分檢測