移動(dòng)通信-第2章-調(diào)制與解調(diào)

1、1 移動(dòng)通信通信工程學(xué)院2第2章 調(diào)制與解調(diào)2.1 數(shù)字頻率調(diào)制 二進(jìn)制頻移鍵控BFSK 最小頻移鍵控MSK） 高斯最小頻移鍵控GMSK2.3 數(shù)字相位調(diào)制 二進(jìn)制移相鍵控調(diào)制2PSK 四相移鍵控調(diào)制QPSK 交錯(cuò)四相移鍵控調(diào)制OQPSK /4-DQPSK調(diào)制2.4 正交振幅調(diào)制QAM2.5 擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)2.6 多載波調(diào)制32.1.1 數(shù)字調(diào)制技術(shù)簡(jiǎn)介 調(diào)制的目的：使傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)與信道特性相匹配，便于有效的進(jìn)行信息傳輸。在接收端需將已調(diào)信號(hào)還原成要傳輸?shù)脑夹盘?hào)，該過程稱為解調(diào)。 分類 按照調(diào)制信號(hào)的形式：模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制 按照已調(diào)信號(hào)相位特性：相位不連續(xù)調(diào)制和相位連續(xù)調(diào)制 按照已調(diào)信號(hào)的

2、包絡(luò)特性：恒包絡(luò)調(diào)制和非恒包絡(luò)調(diào)制42.1.2 移動(dòng)通信調(diào)制解調(diào)技術(shù)特點(diǎn) 移動(dòng)通信面臨的無線信道問題 多徑衰落、干擾( (自然、人為、ISI)ISI)、頻率資源有限 移動(dòng)通信對(duì)調(diào)制解調(diào)技術(shù)的要求 頻譜資源有限高的帶寬效率 用戶終端小高的功率效率，抗非線性失真能力強(qiáng) 鄰道干擾低的帶外輻射 多徑信道傳播對(duì)多徑衰落不敏感，抗衰落能力強(qiáng) 干擾受限的信道抗干擾能力強(qiáng) 產(chǎn)業(yè)化問題成本低易于實(shí)現(xiàn) 解調(diào)一般采用非相干方式或插入導(dǎo)頻的相干解調(diào) 調(diào)制方案的性能評(píng)估：功率效率和帶寬效率52.1.3 調(diào)制解調(diào)的功能 頻譜搬移：基帶信號(hào)搬移到相應(yīng)頻段的信道，使信源信號(hào)與信道特性相匹配實(shí)現(xiàn)可以分為兩步：首先進(jìn)行基帶信號(hào)調(diào)

3、制，然后上變頻到所需的頻段。 抗干擾性主要體現(xiàn)通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)，即可靠性希望調(diào)制信號(hào)具有較小的功率譜占有率（圖示） 提高系統(tǒng)有效性，即頻譜有效性，主要體現(xiàn)通信系統(tǒng)的數(shù)量指標(biāo)，即有效性提高頻帶利用率：即單位頻帶內(nèi)傳送盡可能高的信息率(bit/s/Hz)62.1.4 調(diào)制信號(hào)的功率譜 要求功率譜主瓣占有盡可能多的信號(hào)能量，且波瓣窄，具有快速滾降特性； 帶外衰減大、旁瓣小，對(duì)其它通路干擾小72.1.5 數(shù)字調(diào)制分類的方法數(shù)字式調(diào)制數(shù)字式調(diào)制不恒定包絡(luò)不恒定包絡(luò)ASK（移幅鍵控）移幅鍵控）QAM（正交幅度調(diào)制）正交幅度調(diào)制）MQAM（星座調(diào)制）星座調(diào)制）恒定包絡(luò)恒定包絡(luò)BFSK（二進(jìn)制移頻鍵控）二進(jìn)

4、制移頻鍵控）MFSK（多進(jìn)制移頻鍵控）多進(jìn)制移頻鍵控）FSK(移頻鍵控移頻鍵控)BPSK（二進(jìn)制移相鍵控）二進(jìn)制移相鍵控）DPSK（差分二進(jìn)制移相鍵控）差分二進(jìn)制移相鍵控）QPSK (正交四相正交四相 移相鍵控移相鍵控)OQPSK（參差參差QPSK）DQPSK（差分差分QPSK）QPSK4 PSK(移相鍵控移相鍵控)CPM(連續(xù)相位調(diào)制連續(xù)相位調(diào)制)MSK（最小移頻鍵控）最小移頻鍵控）GMSK（高斯成型高斯成型MSK）TFM（平滑調(diào)頻）平滑調(diào)頻）82.1.6 數(shù)字移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 一類是以一類是以GSM為代表的，采用非線性連續(xù)相位調(diào)制為代表的，采用非線性連續(xù)相位調(diào)制CPM中的中的GMSK。

5、它避開了線性要求,可使用高效率的C類功率放大器，大大降低了放大器的成本，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 另一類屬于移相鍵控另一類屬于移相鍵控PSK，包括包括IS-95以及以及IMT-2000中采中采用的用的BPSKQPSKOQPSK平衡四相擴(kuò)頻調(diào)制平衡四相擴(kuò)頻調(diào)制BQM復(fù)數(shù)復(fù)數(shù)四相擴(kuò)頻調(diào)制四相擴(kuò)頻調(diào)制CQM等。等。這類調(diào)制在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻會(huì)產(chǎn)生相位跳變，帶來頻譜擴(kuò)展，當(dāng)頻帶受限后又會(huì)出現(xiàn)幅度上的波動(dòng)。這類調(diào)制對(duì)線性度要求較高，功放只能使用線性度高而價(jià)格高昂的A類放大器，但實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單 1986年前線性高功率放大器成本較高，因此采用恒包絡(luò)的年前線性高功率放大器成本較高，因此采用恒包絡(luò)的CPM調(diào)制實(shí)現(xiàn)高功率效率，特別是調(diào)制

6、實(shí)現(xiàn)高功率效率，特別是MSK和和GMSK很受歡很受歡迎。迎。1987年以后線性功率放大器已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，人們年以后線性功率放大器已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，人們開始將眼光轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)單的開始將眼光轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)單的 QPSK系列系列 多電平多電平QAM調(diào)制和多載波技術(shù)將成為未來移動(dòng)通信主要調(diào)制和多載波技術(shù)將成為未來移動(dòng)通信主要的調(diào)制技術(shù)的調(diào)制技術(shù)92.1.7 各類二進(jìn)制調(diào)制原理圖102.1.8 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)類型調(diào)制技術(shù)GSM蜂窩GMSKCD900蜂窩GMSKIS54蜂窩 /4 DQPSKIS-95蜂窩上行OQPSK下行BPSKPDC蜂窩 /4 DQPSKCT2無繩GFSKDECT無繩

7、GFSKPHS無繩 /4 DQPSKPACS個(gè)人通信 /4 DQPSK11第2章 調(diào)制與解調(diào)2.1 概述2.2 數(shù)字頻率調(diào)制 二進(jìn)制頻移鍵控BFSK 最小頻移鍵控MSK） 高斯最小頻移鍵控GMSK2.3 數(shù)字相位調(diào)制 二進(jìn)制移相鍵控調(diào)制2PSK 四相移鍵控調(diào)制QPSK 交錯(cuò)四相移鍵控調(diào)制OQPSK /4- DQPSK調(diào)制2.4 正交振幅調(diào)制QAM2.5 擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)2.6 多載波調(diào)制12 調(diào)頻：載波的頻率隨調(diào)制信號(hào)而變化 FM信號(hào)的產(chǎn)生可以用壓控振蕩器(VCO)直接調(diào)頻，也可以將調(diào)制信號(hào)積分后送入調(diào)相器進(jìn)行“間接調(diào)頻” FM信號(hào)解調(diào)可采用鑒頻器或鎖相環(huán)鑒頻 與AM相比，F(xiàn)M具有： FM比AM有

8、更好的抗干擾性能：不容易受大氣和脈沖噪聲的干擾；幅度不承載信息；可用帶寬換取信噪比的好處 FM具有截獲效應(yīng)（強(qiáng)信號(hào)壓制弱信號(hào)），可抗同信道干擾 非相關(guān)解調(diào)時(shí)都有門限效應(yīng)，但弱信號(hào)時(shí)AM可用相關(guān)解調(diào)故性能好 調(diào)頻屬于恒定包絡(luò)的模擬調(diào)制，在模擬蜂窩系統(tǒng)中獲得廣泛使用2.2.1 模擬調(diào)制方式-調(diào)頻（FM）系統(tǒng)系統(tǒng)頻道間隔頻道間隔最大頻偏最大頻偏TACS（英）25 kHz9.5 kHzAMPS（美）30 kHz12.0 kHz132.2.2 恒包絡(luò)調(diào)制-FSK/MSK/GFSK/GMSK 恒包絡(luò)調(diào)制的特點(diǎn)： 恒包絡(luò)調(diào)制（包絡(luò)幅度不變）對(duì)線性要求低，即使工作于非線性狀態(tài)也不會(huì)引起頻譜的擴(kuò)散，可使用C類放

9、大器，功率效率高； 帶外輻射低，可達(dá) -60 -70dB； 可使用限幅器-鑒頻器檢測(cè)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易； 限幅器可克服隨機(jī)噪聲和瑞利衰落導(dǎo)致的信號(hào)幅度的變化，抗干擾和衰落能力強(qiáng)； 帶寬較寬(比線性調(diào)制大）142.2.3 FSK和CPFSK 定義調(diào)制指數(shù)： 當(dāng)h=0.5時(shí)，S0與S1為正交信號(hào)（波形相關(guān)系數(shù)為0） CPFSK (連續(xù)相位移頻鍵控) 在時(shí)間Tb內(nèi)相位是線性變化的，每經(jīng)過時(shí)間Tb相位變化/2，且在t = kTb時(shí)(頻率轉(zhuǎn)換時(shí)刻)相位是連續(xù)的 1 )2/(2cos)(0)2/(2cos)(10fortffAtSfortffAtSccbbfTRfhbT21fff12 2FSK信號(hào)當(dāng)

10、兩載頻間隔1/(2Tb)時(shí)：152.2.4 最小移頻鍵控(MSK) MSK(Minimum Frequency Shift Keying) 稱為最小移頻鍵控，有時(shí)也稱為快速移頻鍵控(FFSK) “最小”：以最小的調(diào)制指數(shù)(0.5)獲得正交信號(hào)； MSK 是一種特殊的CPFSK，調(diào)制指數(shù)為0.5 h=0.5時(shí)，滿足在碼元交替點(diǎn)相位連續(xù)的條件 h=0.5時(shí)，移頻鍵控為保證良好誤碼性能所允許的最小調(diào)制指數(shù) h=0.5時(shí)，波形相關(guān)系數(shù)為0，信號(hào)是正交的162.2.5 MSK信號(hào)的數(shù)學(xué)表示 c為載波角頻率； ak/(2Tb) 為頻偏； Tb為碼元寬度；ak為第 k 個(gè)輸入碼元，取值為1； xk為第k個(gè)碼

11、元的相位常數(shù)，在時(shí)間kTb t (k+1)Tb中保持不變，其作用是保證在t=kTb時(shí)刻信號(hào)相位連續(xù))2cos()(kbkcMSKxtTattskTbt(k+1)Tb, k=0, 1, kkbkxtaT2附加相位：1aforT21f1aforT21fkbc1kbc2,2,2 可用模擬調(diào)頻器來產(chǎn)生MSK信號(hào) MSK信號(hào)的表示式為（式2-38）)()(bTkkkTtgatb雙極性不歸零矩形脈沖序列MSK信號(hào)172.2.6 MSK信號(hào)的特點(diǎn) MSK信號(hào)是恒定包絡(luò)信號(hào) 在一個(gè)碼元期間內(nèi)，信號(hào)應(yīng)包括1/4載波周期的整數(shù)倍 在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻，信號(hào)的相位是連續(xù)的，信號(hào)波形無突變 以載波相位為基準(zhǔn)的信號(hào)相位在一個(gè)

12、碼元期間內(nèi)線性地變化 /2 信號(hào)的頻率偏移等于1/(4Tb)，相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)h=0.5MSK信號(hào)的附加相位路徑信號(hào)的附加相位路徑kkbkxtaT2182.2.7 MSK的可能相位軌跡 對(duì)各種可能的輸入序列ak所有可能的相位軌跡/20-/2-3/2-2Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb (t)t223/2kkbkxtaT2192.2.8 MSK信號(hào)的產(chǎn)生 將MSK信號(hào)表達(dá)式展開可得：tTtQtTtItScbKcbKMSKsin)2sin(cos)2cos()(IKQK也可由FM調(diào)制器產(chǎn)生，要求調(diào)制指數(shù)為0.5 調(diào)制器原理：kbkkbkkbkbkkkxTtxxtTaxTtxtTa

13、2xacos)2sin()2sin(cos)2cos()2cos(0, 1，）?；?2cos()(kbkcMSKxtTatts202.2.9 MSK的解調(diào)器 MSK信號(hào)的解調(diào)可用相干、非相干兩種方式212.2.10 MSK信號(hào)的功率譜密度 單邊功率譜密度： 特點(diǎn)：MSK的第一個(gè)零點(diǎn)是在0.75/Tb處，而2PSK是在1 /Tb處，故MSK信號(hào)的主瓣較窄功率旁瓣下降趨勢(shì)比2PSK更為迅速，說明MSK的功率主要集中在主瓣之內(nèi)，因此MSK比較適合在窄帶中傳輸)(2cos)(161 8)(2222bcbcbMSKTffTffTfPMSK信號(hào)的歸一化功率譜222.2.11 MSK信號(hào)的問題 MSK信號(hào)相

14、位變化是折線，在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻會(huì)產(chǎn)生尖角，從而使其頻譜特性的旁瓣滾降緩慢，帶外輻射較大 當(dāng)采用較高傳輸速率時(shí)，要求更為緊湊的功率譜才能滿足對(duì)鄰道輻射功率低于-60dB-80dB的要求232.2.12 GMSK GMSK是GSM的優(yōu)選方案 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，在原MSK調(diào)制器增加前置濾波器，得到平滑后的某種新的波形后再進(jìn)行調(diào)頻，就可以得到良好的頻譜特性 對(duì)前置濾波器的要求 帶寬窄且為銳截止型，以濾除基帶信號(hào)中的高頻成分 有較低的過脈沖響應(yīng)，防止已調(diào)波瞬時(shí)頻偏過大 保持輸出脈沖響應(yīng)的面積不變，使調(diào)制指數(shù)為1/2 目的：抑制高頻分量，防止過量的瞬時(shí)頻率偏移以及滿足相干檢測(cè)的需要 高斯濾波器滿足以上要求242.2

15、.13 GMSK信號(hào)的產(chǎn)生原理252.2.14 高斯低通濾波器 高斯濾波器的沖擊響應(yīng)為： Bb為高斯濾波器的3dB帶寬 對(duì)寬度為Tb的矩形脈沖的響應(yīng)為 式中：bBntath212)exp()(222，22122212)(bbbbTtnBQTtnBQtgdtQt)2/exp(21)(2262.2.15GMSK信號(hào)的相位路徑 GMSK信號(hào)在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻其信號(hào)和相位不僅是連續(xù)的而且是平滑的 GMSK信號(hào)在一個(gè)碼元周期內(nèi)的增量，不象MSK那樣固為/2，而是隨輸入序列的不同而不同272.2.16 GMSK信號(hào)的功率譜密度 當(dāng)BbTb值越小，即LPF帶寬越窄，則GMSK信號(hào)的高頻滾降就越快，主瓣也越窄 在

16、GSM系統(tǒng)中,要求在 (f-fc)Tb=1.5 時(shí)，功率譜密度低于60dB，圖中，BbTb =0.3時(shí)功率譜可滿足GSM的要求 GMSK頻譜改善特性是以誤比特率(BER)性能下降為代價(jià)的1200.160.20.30.5BbTb: TFMQPSKBbTb(MSK)11010090807060504030201001000.51.01.52.02.5 歸一化頻差(f-fc)Tb 歸一化功率譜密度/dB 282.2.17 GMSK信號(hào)對(duì)鄰道的干擾功率 在BbTb一定時(shí)，f Tb越大則鄰道干擾越小。在頻道間隔fTb一定時(shí)，BbTb越小則鄰道干擾越小數(shù)據(jù)速率1/Tb=16kb/s，頻道間隔f=25kHz

17、，則歸一化頻道間隔f Tb=25/16=1.56。從圖可查得： BbTb=0.3時(shí)，鄰道干擾為-60dB BbTb=0.25 時(shí)為-70dB BbTb=0.2 時(shí)為-80dB 鄰道干擾：GMSK信號(hào)在相鄰信道的帶外輻射功率與本信道內(nèi)的總功率之比292.2.18 MSK和GMSK的BER性能 GMSK頻譜改善特性是以誤比特率(BER)性能下降為代價(jià)的 誤碼率與信噪比、多普勒頻移有關(guān)30第2章 調(diào)制與解調(diào)2.1 概述2.2 數(shù)字頻率調(diào)制 二進(jìn)制頻移鍵控BFSK 最小頻移鍵控MSK） 高斯最小頻移鍵控GMSK2.3 數(shù)字相位調(diào)制 二進(jìn)制移相鍵控調(diào)制2PSK 四相移鍵控調(diào)制QPSK 交錯(cuò)四相移鍵控調(diào)制

18、OQPSK /4- DQPSK調(diào)制2.4 正交振幅調(diào)制QAM2.5 擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)2.6 多載波調(diào)制312.3.1 移相鍵控（PSK） 1986年前線性高功率放大器成本較高，因此采用恒包絡(luò)的CPM調(diào)制實(shí)現(xiàn)高功率效率，特別是MSK和GMSK很受歡迎。1987年以后線性功率放大器已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，人們開始將眼光轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)單的 QPSK系列 PSK是一種線性調(diào)制技術(shù)，具有帶寬效率高，頻譜利用率高等特點(diǎn)。但它必須使用線性RF放大器發(fā)射，因而功率有效性差。但功率有效性高的非線性放大器會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的鄰道干擾 移動(dòng)通信中一般采用性能優(yōu)良的絕對(duì)移相體制，而不采用相對(duì)移相體制，雖然相對(duì)移相體制可以解決相位模糊度

19、問題。而CDMA中，常采用導(dǎo)頻信道傳送載波進(jìn)行相干解調(diào)322.3.2 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的概念 信息傳輸速率Rb、碼元傳輸速率RB和進(jìn)制數(shù)M之間的關(guān)系為： 在信息傳輸速率Rb不變的情況下， 通過增加進(jìn)制數(shù)M，可以降低碼元傳輸速率，從而減小信號(hào)帶寬，節(jié)約頻帶資源，提高系統(tǒng)頻帶利用率； 在碼元傳輸速率RB不變的情況下， 通過增加進(jìn)制數(shù)M，可以增大信息傳輸速率，從而在相同的帶寬中傳輸更多的信息量。)(log2BMRRbB)/(log2sbitMRRBb奈奎斯特第一準(zhǔn)則:332.3.3 2PSK基本原理1001若用n表示第n個(gè)符號(hào)的 0, 發(fā)送發(fā)送 1 符號(hào)符號(hào)180, 發(fā)送發(fā)送 0 符號(hào)符號(hào)n= 當(dāng)發(fā)送

20、二進(jìn)制符號(hào)1時(shí)，已調(diào)信號(hào)e2PSK(t)取0相位，發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)0時(shí)，e2PSK(t)取180相位。 解調(diào)過程中存在著180的相位模糊，“倒”現(xiàn)象。 342.3.4 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制 二進(jìn)制： 載波相位只有0和或/2兩種取值，它們分別代表信號(hào)1和0 四進(jìn)制： 載波相位有0,/2 , 和3/2 (或 /4 ,3/4 ,5/4 和7/4 )，它們分別代表信息11,01,00和10 八進(jìn)制： 8種載波相位分別為/8 ,3/8 ,5/8,7/8,9/8,11/8,13/8和15/8分別表示信息111,110，010,011,001,000,100和10101參 考 相 位01參 考 相 位0011參

21、考相位1001參考相位10110100參考相位010110111101100000001011352.3.5 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制信號(hào)功率譜08PSK4PSK2PSK功功率率譜譜密密度度/ /d dB B604020ffc12Ts1Ts32Ts2Ts362.3.6 QPSK 表達(dá)式（兩路正交的2PSK信號(hào)之和）： 調(diào)相法（正交調(diào)制法）框圖將(a,b)變?yōu)殡p極性電平I(t),Q(t)ttQttItsccQPSKsin)(cos)()(n相比輸入序列，I(t),Q(t)速率減半Ts=2Tb，且相互是對(duì)齊的;n相位跳變僅在碼元跳變處發(fā)生，最大相移= 180QPSK星座圖和相位轉(zhuǎn)意圖372.3.7 OQ

22、PSK（偏移四相相移鍵控） 與QPSK的比較 相同點(diǎn)：都是經(jīng)串并變換后對(duì)兩支路作正交調(diào)制速率減半，Ts=2Tb 不同點(diǎn)：I、Q支路碼元在時(shí)間上不再是對(duì)齊的，而是偏移了一個(gè)比特間隔（半個(gè)碼元寬度），即TbOQPSK星座圖和相位轉(zhuǎn)意圖n任意時(shí)刻只有兩路比特流中的一個(gè)改變它的值，故載波的最大相移= 90382.3.8 OQPSK與QPSK的區(qū)別 OQPSK調(diào)制器輸入的信號(hào)其正交支路比特流比同相支路比特流延遲了1個(gè)比特 OQOSK信號(hào)的相位僅能產(chǎn)生/2的跳變，而無的變化，信號(hào)包絡(luò)變化小，經(jīng)硬限幅后或非線性放大后，不會(huì)再生旁瓣，頻譜特性優(yōu)于QPSK，非常適合移動(dòng)通信使用QPSK由于包絡(luò)過零點(diǎn)，經(jīng)硬限幅后

23、或非線性放大后，會(huì)帶來旁瓣再生和頻譜擴(kuò)散（由功率放大器“調(diào)幅-調(diào)相效應(yīng)”引起）移動(dòng)通信要求：高的帶寬效率和功率效率 QPSK信號(hào)不能采用非相干解調(diào) ，只能采用相干解調(diào) 應(yīng)用：IS-95CDMA下行：OQPSK；上行：BPSK392.3.9 /4 DQPSK /4DQPSK （ /4-Shift Differentially Encoded Quadrature Phase Shift Keying）改進(jìn)之一是將QPSK的最大相位跳變，降為3/4，從而改善了/4-DQPSK的頻譜特性。有比QPSK更小的包絡(luò)波動(dòng)和比GMSK更高的頻譜利用率。在多徑擴(kuò)展和衰落的情況下，/4DQPSK比OQPSK的性

24、能更好。改進(jìn)之二是解調(diào)方式。QPSK只能用相干解調(diào)，而/4-DQPSK既可以用相干解調(diào)也可以采用非相干解調(diào)，采用非相干解調(diào)，使得接收機(jī)實(shí)現(xiàn)大大簡(jiǎn)化應(yīng)用：IS-54、PDC，PHS等都采用/4DQPSK。402.3.10 /4DQPSK調(diào)制原理（1）輸入的二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列經(jīng)過串/ /并變換和差分相位編碼輸出同相支路信號(hào)I Ik k和正交支路信號(hào)QQk k，I Ik k和QQk k的符號(hào)速率是輸入數(shù)據(jù)速率的一半在第k k個(gè)碼元區(qū)間內(nèi)，差分相位編碼器的輸出和輸入有如下關(guān)系: :LPFLPF輸出cosctsinct差分相位編碼串 / 并變換輸入QkIkIk=Ik-1cos k-Qk-1sin k Qk=

25、 Ik- 1sin k +Qk-1cos kk是當(dāng)前碼元的相位跳變xkykk00 /4013 /411-3 /410- /4采用Gray編碼的雙比特（xk,yk）與相移k的關(guān)系 xkyk412.3.11 /4DQPSK調(diào)制原理（2） 差分相位編碼器的輸出I Ik k和QQk k共有五種取值 , ,分別對(duì)應(yīng)于8 8個(gè)相位點(diǎn)的坐標(biāo)值1,21, 0 相位跳變必定在“ ”組和“ ”組之間跳變。即在相鄰碼元，僅會(huì)出現(xiàn)從“ ”組到“ ”組相位點(diǎn)（或“ ”組到“ ”組）的跳變，而不會(huì)在同組內(nèi)跳變 42第2章 調(diào)制與解調(diào)2.1 概述2.2 數(shù)字頻率調(diào)制 二進(jìn)制頻移鍵控BFSK 最小頻移鍵控MSK） 高斯最小頻

26、移鍵控GMSK2.3 數(shù)字相位調(diào)制 二進(jìn)制移相鍵控調(diào)制2PSK 四相移鍵控調(diào)制QPSK 交錯(cuò)四相移鍵控調(diào)制OQPSK /4- DQPSK調(diào)制2.4 正交振幅調(diào)制QAM2.5 擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)2.6 多載波調(diào)制432.4.1 QAM QAM正交振幅調(diào)制(Quadrature Amplitude Modulation)是2PSK、QPSK調(diào)制的進(jìn)一步推廣，通過相位和振幅的聯(lián)合控制，可以得到更高頻譜效率的調(diào)制方式。 對(duì)QAM而言，如何設(shè)計(jì)QAM信號(hào)的結(jié)構(gòu)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)則是在的條件下，選擇信號(hào)空間中信號(hào)點(diǎn)之間的信號(hào)結(jié)構(gòu)，當(dāng)然還要考慮解調(diào)的復(fù)雜性

27、 自適應(yīng)QAM調(diào)制：根據(jù)信道情況自適應(yīng)改變調(diào)制的電平數(shù)量442.4.2 QAM的表達(dá)式 QAM的一般表達(dá)式： 有兩個(gè)相互正交的載波構(gòu)成，每個(gè)載波被一組離散的振幅Am、 Bm所調(diào)制，故稱正交振幅調(diào)整 A為固定振幅， (dm,em)由輸入數(shù)據(jù)確定，它決定了QAM信號(hào)在信號(hào)空間中的坐標(biāo)點(diǎn)scmcmTt0tBtAtysincos)(AeBAdAmmmm452.4.3 QAM星座圖 方型星座 星型星座4QAM16QAM64QAM 信號(hào)矢量端點(diǎn)的分布圖稱為星座圖。通常，可以用星座圖來描述QAM信號(hào)的信號(hào)空間分布狀態(tài)462.4.4 兩種星座圖的比較（16QAM） 平均功率不同： 方型： 星型：)(2122m

28、MmmavedMAP222203.14)61. 4861. 2(16A8APav 星座結(jié)構(gòu)不同: 星型：2種振幅；8種相位 方型：3種振幅； 12種相位 在衰落信道中，星型16QAM比方型16QAM有利于接收端的自動(dòng)增益控制和載波相位跟蹤2210)18410824(16AAPav47第2章 調(diào)制與解調(diào)2.1 概述2.2 數(shù)字頻率調(diào)制 二進(jìn)制頻移鍵控BFSK 最小頻移鍵控MSK） 高斯最小頻移鍵控GMSK2.3 數(shù)字相位調(diào)制 二進(jìn)制移相鍵控調(diào)制2PSK 四相移鍵控調(diào)制QPSK 交錯(cuò)四相移鍵控調(diào)制OQPSK /4- DQPSK調(diào)制2.4 正交振幅調(diào)制QAM2.5 擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)2.6 多載波調(diào)制48

29、2.5.1 擴(kuò)頻通信 擴(kuò)頻通信是將待傳送的信息數(shù)據(jù)用偽隨機(jī)編碼(擴(kuò)頻序列：Spread Sequence)調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸；接收端采用相同的編碼進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù) 原理 傳輸任何信息都需要一定的頻帶如人類語音信息帶寬0.33.4kHz，電視圖像信息帶寬為6.5MHz 時(shí)間上有限的信號(hào)，其頻譜是無限的。脈沖寬度越窄，其頻譜就越寬。1s的脈沖其頻譜寬度約為1MHz. 擴(kuò)頻通信以100倍以上的信號(hào)帶寬來傳輸信息，目的是為了提高通信的抗干擾能力492.5.2 擴(kuò)展頻譜技術(shù)的理論基礎(chǔ) 信息論中的香農(nóng)定理 其中C-信道容量（比特/秒） N-噪聲功率 W-帶寬（赫茲） S-信號(hào)功

30、率 當(dāng)S/N很小時(shí)（0.1）得到： 在無差錯(cuò)傳輸?shù)男畔⑺俾蔆不變時(shí)，使用大的帶寬W，只需小的S/N就可以了?？梢杂脦挀Q取信噪比的好處。)1(log2NSWC NSWC44. 1 502.5.3 擴(kuò)頻通信可行性的另一理論基礎(chǔ) 柯捷爾尼可夫關(guān)于信息傳輸差錯(cuò)概率的公式：Pe f(E/N0) Pe- 差錯(cuò)概率 E - 信號(hào)能量 N0- 噪聲功率譜密度 信號(hào)功率：PET (T為信息持續(xù)時(shí)間，信息帶寬B=1/T，S=E/T) 噪聲功率：NWN0 (W為信號(hào)的帶寬） 由此可得： 信噪比與帶寬是可以互換的，可以用增加帶寬的方法換取信噪比上的好處)()(BWNSfWNSTfPe512.5.4 擴(kuò)頻通信的一般工

31、作原理 與一般通信系統(tǒng)比較，擴(kuò)頻通信就是多了擴(kuò)頻調(diào)制和解擴(kuò)部分 一是信息的頻譜擴(kuò)展后形成寬帶傳輸 二是相關(guān)處理后恢復(fù)成窄帶信息數(shù)據(jù)522.5.5 擴(kuò)頻通信的分類 直接序列擴(kuò)頻DS 直接用高碼率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，在收端用相同的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)，把擴(kuò)展的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始信息 跳頻FH 用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行移頻鍵控，使載波頻率不斷地跳變 跳時(shí)TH 使發(fā)射信號(hào)在時(shí)間軸上跳變，在一幀內(nèi)哪個(gè)時(shí)片發(fā)送信號(hào)由擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行控制。 混合擴(kuò)頻 DS/FH DS/TH DS/FH/TH53跳頻FH跳時(shí)TH2.5.6 跳頻和跳時(shí)542.5.7 直接序列擴(kuò)頻 直接序列擴(kuò)頻：用比信息速率高很多倍的P

32、N碼與信號(hào)相乘來擴(kuò)展信號(hào)的帶寬(沒有信號(hào)頻譜搬移的功能) 擴(kuò)頻增益（處理增益）：Gp=10logBW/BSBwBs552.5.8 直接序列擴(kuò)頻主要波形信息比特信息比特?cái)U(kuò)頻比特?cái)U(kuò)頻比特已擴(kuò)比特已擴(kuò)比特用擴(kuò)頻比特與信息比特用擴(kuò)頻比特與信息比特模模2 2加加來擴(kuò)展信號(hào)的帶寬來擴(kuò)展信號(hào)的帶寬（參考教材P60P60）擴(kuò)頻增益：擴(kuò)頻增益：Gp = 10log7/1= 8.4 dB解擴(kuò)比特解擴(kuò)比特信息比特信息比特562.5.9 頻譜寬度與功率譜密度572.5.10 擴(kuò)頻通信的主要性能指標(biāo) 擴(kuò)頻增益G (Spreading Gain) 頻帶擴(kuò)展后的信號(hào)帶寬BW與頻譜擴(kuò)展前的信息帶寬BS之比 Gp=10logB

33、W/BS G反映了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中，接收機(jī)作擴(kuò)頻解調(diào)后，只提取偽隨機(jī)編碼相關(guān)處理后的帶寬為BS 的信息，而排除掉寬帶BW 中的外部干擾、噪音和其地用戶的通信影響 抗干擾容限 指擴(kuò)頻通信系統(tǒng)能在多大干擾環(huán)境下正常工作的能力，定義為：Mj = Gp - (S/N)out + Ls Mj - 抗干擾容限 Gp - 擴(kuò)頻增益 (S/N)out -信息數(shù)據(jù)被正確解調(diào)而要求的最小輸出信噪比 Ls - 接收系統(tǒng)的工作損耗582.5.11 IS-95系統(tǒng)的擴(kuò)頻增益如：IS-95，擴(kuò)展帶寬為1.2288MHz，數(shù)據(jù)帶寬為9.6kHz， 則擴(kuò)頻增益為：Gp=10log1228.8/9.

34、6=21.07dB. 若信息解調(diào)器要求輸入信噪比為7 dB，接收系統(tǒng)損耗為3dB，則抗干擾容限為：Mj = 21.07-(7+3)=11dB這表明：干擾信號(hào)功率超過有用信號(hào)功率11dB時(shí)，系統(tǒng)不能正常工作；反之，二者之差不大于11dB時(shí)，系統(tǒng)仍能正常工作；信號(hào)在一定的噪聲（或干擾）湮沒下也能正常工作！592.5.12 偽隨機(jī)序列 偽隨機(jī)序列稱為偽碼，序列的碼元稱為碼片(CHIP)，碼片的長度決定擴(kuò)展頻譜的寬度 直擴(kuò)系統(tǒng)中對(duì)偽碼的要求偽碼的比特率應(yīng)能滿足擴(kuò)展帶寬的需要偽碼的自相關(guān)要大，互相關(guān)要小偽碼應(yīng)具有近似噪聲的頻譜性質(zhì)，即近似連續(xù)譜，且均勻分布 常用的偽碼m序列、Gold序列602.5.13

35、 擴(kuò)頻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)：可抗白噪聲、單頻干擾、人為干擾、跟蹤干擾、寬帶等效白噪聲干擾和多徑干擾等保密性好：擴(kuò)頻信號(hào)頻譜近似白噪聲，難于獲得原始信息(如果不知PN序列生成方法)。隱秘性好：擴(kuò)頻信號(hào)近似噪聲，難于檢測(cè)，而且寬度擴(kuò)頻信號(hào)功率譜密度非常低，很難偵聽到易于實(shí)現(xiàn)大容量多址通信：不同用戶可用不同的擴(kuò)頻碼來區(qū)別易于精確定時(shí)和測(cè)距：利用電磁波的傳播特性和PN碼的相關(guān)性，可以比較正確地測(cè)出兩個(gè)物體之間的距離，如GPS易于采用各種分集系統(tǒng)。RAKE、智能天線等612.5.15 擴(kuò)頻技術(shù)抗頻率選擇性衰落 擴(kuò)頻/解擴(kuò)過程實(shí)現(xiàn)頻率分集622.5.16 擴(kuò)頻技術(shù)抗多徑-RAKE接收 相關(guān)時(shí)延大于碼片寬

36、度的多徑分量可以被分解1.2288Mcps的PN碼片允許以0.8138s的時(shí)間間隔分解多徑成分 RAKE接收實(shí)現(xiàn)多徑分離與合并-時(shí)間分集632.5.17 擴(kuò)頻通信的歷史及應(yīng)用 自50年代中期美國軍方便開始研究，一直為軍事通信所獨(dú)占，廣泛應(yīng)用于軍事通信、電子對(duì)抗以及導(dǎo)航、測(cè)量等各個(gè)領(lǐng)域。直到80年代初才被應(yīng)用于民用通信領(lǐng)域。為了滿足日益增長的民用通信容量的需求和有效地利用頻譜資源，各國都紛紛提出在數(shù)字峰窩移動(dòng)通信、衛(wèi)星移動(dòng)通信和未來的個(gè)人通信中采用擴(kuò)頻技術(shù)，擴(kuò)頻技術(shù)已廣泛應(yīng)用于蜂窩電話、無繩電話、微波通信、無線數(shù)據(jù)通信、遙測(cè)、監(jiān)控、報(bào)警等系統(tǒng)中。64第2章 調(diào)制與解調(diào)2.1 概述2.2 數(shù)字頻率

37、調(diào)制 二進(jìn)制頻移鍵控BFSK 最小頻移鍵控MSK） 高斯最小頻移鍵控GMSK2.3 數(shù)字相位調(diào)制 二進(jìn)制移相鍵控調(diào)制2PSK 四相移鍵控調(diào)制QPSK 交錯(cuò)四相移鍵控調(diào)制OQPSK /4- DQPSK調(diào)制2.4 正交振幅調(diào)制QAM2.5 擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)2.6 多載波調(diào)制652.6.1 多載波傳輸技術(shù) 多載波傳輸?shù)母拍畛霈F(xiàn)于1960s 概念：高速串行數(shù)據(jù)流經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換后分割成若干低速數(shù)據(jù)流，每路數(shù)據(jù)采用獨(dú)立載波調(diào)制并疊加發(fā)送。在接收端用同樣數(shù)量的載波對(duì)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行相干接收，獲得低速率的信息數(shù)據(jù)后再通過并/串變換得到原來的高速信號(hào) 多載波傳輸技術(shù)的幾種等效提法 多載波傳輸技術(shù) 正交頻分復(fù)用技術(shù)(OFD

38、M) 離散多音頻調(diào)制(DMT) 多載波調(diào)制(MCM) 正交頻分調(diào)制 (OFM)662.6.2 為什么要引入多載波調(diào)制技術(shù) 對(duì)抗多徑信道的方法：并行傳輸，降低數(shù)據(jù)率，增大信息碼元周期，減小多徑時(shí)延擴(kuò)展的影響，消弱多徑干擾對(duì)系統(tǒng)傳輸性能的影響 對(duì)于高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，單載波TDMA和窄帶CDMA都存在缺陷 GSM：均衡器抽頭數(shù)量要足夠大，復(fù)雜度大大增加 窄帶CDMA：擴(kuò)頻增益與帶寬的矛盾67 發(fā)送端 f為子載波間隔， 接收端2.6.3 多載波傳輸系統(tǒng)基本原理框圖tf2j1N0nnnedts)(fnffcn，T1f dtetsN1dT0ttf2jnn)(歸一化的OFDM頻譜682.6.4 子載波的設(shè)置方案 傳統(tǒng)頻分復(fù)用，頻帶劃分為N個(gè)互不重疊的子信道 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但頻譜利用率低 偏置QAM(SQAM)技術(shù)，在3dB處載波重疊 正