第3章移動(dòng)通信中的編碼和調(diào)制技術(shù)

1/48第三章移動(dòng)通信的編碼

和調(diào)制技術(shù)2/37第2章問題：1、移動(dòng)通信傳播的根本特性？2、什么是多徑衰落？在時(shí)間上引起什么現(xiàn)象？3、自由空間傳播損耗的分貝公式？4、什么是多譜勒頻移？計(jì)算公式是什么？在頻率上會(huì)引起什么現(xiàn)象？3/37移動(dòng)通信編碼技術(shù)問題：1、信源編碼的原理是什么？GSM系統(tǒng)的信源編碼器是什么？編碼后的信息速率是多少？2、信道編碼的原理是什么？3、移動(dòng)通信的信號處理流程？4、信道編碼的分類？分別處理什么情況？4/37移動(dòng)通信編碼技術(shù)補(bǔ)充問題：1、GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)采用什么信道編碼方式？2、對于分組碼〔80,70〕,它的編碼效率是多少？3、請畫出對長度為128bit的信息進(jìn)行交織編碼的簡略圖？〔注：分成8個(gè)組〕5/37本章提示有效性：占用盡可能少的信道資源，傳送盡可能多的信源信息?？煽啃裕褐冈趥鬏?shù)倪^程中，抵抗各類客觀、自然干擾的能力。平安性：在傳輸中的平安保密性能，即收端防竊聽、發(fā)端防偽造和篡改的能力等。頻段、時(shí)隙和功率6/37本章提示——編碼技術(shù)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)由于頻率資源受限，一般信源編碼技術(shù)如PCM、ADPCM、

M等，因?yàn)榫幋a速率高而未被采用。蜂窩移動(dòng)通信均采用13kbit/s以下低速率語音編碼。信道編碼是以增加傳輸碼元冗余度，降低有效碼元傳輸速率為代價(jià)，以犧牲通信的有效性換取通信的可靠性。7/37本章提示——編碼技術(shù)突發(fā)性干擾是快衰落在衰落深度和持續(xù)時(shí)間較長的情況下，對信號造成成串的錯(cuò)誤，用一般信道編碼方法很難糾錯(cuò)；只能用交織技術(shù)將成串的錯(cuò)誤轉(zhuǎn)換成隨機(jī)過失后，再用信道編碼方法糾錯(cuò)。8/37本章提示——編碼技術(shù)Turbo碼是近年來倍受矚目的一項(xiàng)新技術(shù)。雖然它的復(fù)雜性、譯碼時(shí)延對有些應(yīng)用帶來困難〔例如對實(shí)時(shí)語音〕，但它是目前的可實(shí)現(xiàn)的好的編碼技術(shù)之一。9/37要掌握的名詞解釋FSK:

FrequencyShiftKeying,移頻鍵控GMSK：Gaussian-filteredMinimumShiftKeying,高斯濾波最小移位鍵控PSK：PhaseShiftKeying,移相鍵控QPSK：QuaternaryPhaseShiftKeying,四相相移鍵控PCM：PulseCodeModulation,脈碼調(diào)制OFDM：OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,正交頻分復(fù)用10/37第3章移動(dòng)通信中的編碼和調(diào)制技術(shù)3.1概述3.2編碼技術(shù)3.3調(diào)制技術(shù)3.4擴(kuò)頻技術(shù)11/373.1概述3.2編碼技術(shù)

3.2.1信源編碼

3.2.2信道編碼

3.2.3交織編碼3.3調(diào)制技術(shù)3.4擴(kuò)頻技術(shù)

第3章移動(dòng)通信的編碼和調(diào)制技術(shù)12/373.1概述3.2編碼技術(shù)3.3調(diào)制技術(shù)3.3.1調(diào)制與解調(diào)技術(shù)3.3.2FSK調(diào)制3.3.3高斯最小移頻鍵控〔GMSK〕3.3.4QPSK調(diào)制技術(shù)3.4擴(kuò)頻技術(shù)

第3章移動(dòng)通信的編碼和調(diào)制技術(shù)13/373.1概述第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)〔1G〕因其容量小，語音質(zhì)量不高，保密性差，不能提供非話業(yè)務(wù)，限制了模擬系統(tǒng)的進(jìn)一步開展。1991年，GSM900MHz數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)在歐洲問世，從此，移動(dòng)通信跨入了第二代〔2G〕。本文的主要研究對象為第二代移動(dòng)通信〔GSM〕，以下內(nèi)容中移動(dòng)通信即代表第二代移動(dòng)通信，即蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。14/37GSM系統(tǒng)傳輸與處理的信號主要是語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，涉及的主要信號流程如圖3-1所示。移動(dòng)通信信號處理流程15/37信道編碼信源編碼TDMA幀形成調(diào)制功率放大信道解碼信源解碼TDMA幀別離解調(diào)接收圖3-1移動(dòng)通信信號處理流程模擬

信號a)語音發(fā)送b)語音接收PCM編碼數(shù)字

信號移動(dòng)臺甲基站16/373.2.1信源編碼——?jiǎng)e廢話，揀主要的說使用信源編碼的目的在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，信源編碼主要指語音編碼。壓縮信源產(chǎn)生的冗余信息，降低開銷，提高傳輸?shù)挠行?。歷數(shù)移動(dòng)通信中的信源編碼技術(shù)17/37信源編碼信源編碼方式abc2.5G、3G和4G2G(GSM)18/371、GSM系統(tǒng)的語音編碼

由于GSM系統(tǒng)是一種全數(shù)字系統(tǒng)，語音或其它信號都要進(jìn)行數(shù)字化處理，因而第一步要把語音模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號〔即1和0的組合〕。語音信號有多種編碼方式，但最根本的是脈沖編碼調(diào)制PCM。典型的脈沖編碼調(diào)制電路組成如圖3-2所示。A/D轉(zhuǎn)換19/37圖3-2脈沖編碼調(diào)制〔PCM〕電路組成20/37PCM編碼是采用A律波形編碼，分為三步：

(1)采樣

(2)量化

(3)編碼21/37語音編碼技術(shù)通常分為三類：波形編碼、聲源編碼〔或參量編碼〕和混合編碼。波形編碼的目的在于盡可能精確地再現(xiàn)原來的語音波形。聲源編碼是將語音信息用特定的聲源模型表示?；旌暇幋a把波形編碼的高質(zhì)量和聲碼器的高效壓縮性融為一體，尤其在16bit/s～8kbit/s范圍內(nèi)到達(dá)了良好的語音質(zhì)量。22/37波形編碼器語音質(zhì)量較高，但要求的比特速率相應(yīng)的較高。聲碼器編碼可以是很低的速率〔可以低于5kb／s〕，雖然不影響語音的可懂性，但語音的失真很大，很難分辨是誰在講話。因此GSM系統(tǒng)語音編碼器是采用聲碼器和波形編碼器的混合物——混合編碼器，全稱為規(guī)那么脈沖長期預(yù)測編碼〔RPE-LTP編碼器〕，見圖3-3。GSM系統(tǒng)使用的編碼器23/37圖3-3GSM語音編碼器框圖聲碼器波形編碼器模擬語音的數(shù)字編碼24/37從GPRS開始，引入數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)常用的圖像編碼方案：JPEG、JPEG2000、H.261、H.263等常用的視頻編碼方案：MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.2642、圖像視頻編碼

25/37信道編碼與信源編碼的區(qū)別：圖

信源編碼與信道編碼3.2.2信道編碼26/373.2.2信道編碼使用信道編碼的目的可以降低信道隨機(jī)的過失。信道編碼的實(shí)現(xiàn)信道編碼是通過在發(fā)送信息時(shí)參加冗余的數(shù)據(jù)位來改善信道鏈路的性能的。分類分組編碼卷積編碼27/373.2.2信道編碼原理

對于加性高斯白噪聲信道，額定帶寬為B(Hz)、接收信號功率為P(W)及噪聲譜密度為P(W/Hz)，其信道容量可由下面的香農(nóng)公式給出：帶寬信噪比28/373.2.2信道編碼原理信道編碼是通過增加相關(guān)的冗余數(shù)據(jù)來提高系統(tǒng)性能，也就是以增加傳輸帶寬為代價(jià)來取得編碼增益的。29/37在發(fā)射機(jī)的基帶局部，信道編碼器按照某種確定的約束規(guī)那么，把一段數(shù)字信息映射成另一段包含更多數(shù)字比特的碼序列，然后把已被編碼的碼序列進(jìn)行調(diào)制以便在無線信道中傳送。接收機(jī)可以用信道編碼的約束規(guī)那么來檢測或糾正由于在無線信道中傳輸而引入的一局部或全部的誤碼。這是因?yàn)閰⒓右恍┤哂啾忍?，把幾個(gè)比特上攜帶的信息擴(kuò)散到更多的比特上。為此付出的代價(jià)是必須傳送比該信息所需要的更多的比特，但這種方法可以有效地減少數(shù)據(jù)過失。提高可靠性犧牲有效性30/37為了便于理解，我們舉一個(gè)簡單的例子加以說明。假定要傳輸?shù)男畔⑹且粋€(gè)“0〞或是一個(gè)“1〞，為了提高保護(hù)能力，各添加3個(gè)比特：信息添加比特發(fā)送比特例子：0111100000001111+＝31/37對于每一比特(0或1)，只有一個(gè)有效的編碼組(0000或1111)。如果收到的不是0000或1111，就說明傳輸期間出現(xiàn)了過失。比例關(guān)系是1∶4，必須發(fā)送的是該信息所需要的4倍的比特。保護(hù)作用如何?

接收編碼組可能為：

判決結(jié)果：0000001001100111111100X1132/37圖3-4表示了數(shù)字信號傳輸?shù)倪^程，其中信源可以是語音、數(shù)據(jù)或圖像的電信號“s〞，經(jīng)信源編碼構(gòu)成一個(gè)具有確定長度的數(shù)字信號序列“m〞，人為地再按一定規(guī)那么加進(jìn)非信息數(shù)字序列，以構(gòu)成一個(gè)一個(gè)碼字“c〞(信道編碼)，然后再經(jīng)調(diào)制器變換為適合信道傳輸?shù)男盘枴?3/37圖3-4數(shù)字信息傳輸方框圖34/37信道編碼的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)是利用傳輸數(shù)據(jù)的冗余量來實(shí)現(xiàn)的。用于檢測錯(cuò)誤的信道編碼稱做檢錯(cuò)編碼；可糾錯(cuò)的信道編碼被稱做糾錯(cuò)編碼信道編碼通常有兩類：分組編碼和卷積編碼。信道譯碼：35/37分組編碼要使信道編碼具有一定的檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力，必須參加一定的多余碼元。信息碼元先按組進(jìn)行劃分，然后對各信息組按一定規(guī)那么參加多余碼元，這些附加監(jiān)督碼元僅與本組的信息碼元有關(guān)，而與其他碼組的信息無關(guān)，這種編碼方法稱為分組編碼。實(shí)現(xiàn)框圖如圖3-5所示：36/37圖3-5分組編碼原理框圖分組編碼器信息信息1檢驗(yàn)1消息組編碼組信息2檢驗(yàn)2…不相關(guān)相關(guān)37/37分組碼的根本描述二進(jìn)制分組碼編碼器的輸入是一個(gè)長度為k的信息矢量a=(a1,a2,….ak),它通過一個(gè)線性變換，輸出一個(gè)長度等于n的碼字C。式中G為k×n的矩陣，稱作生成矩陣。Rc=k/n稱作編碼率。長度等于k的輸入矢量有2k個(gè)，因此編碼得到的碼字也是2k個(gè)。這個(gè)碼字的集合稱作線性分組碼，即(n,k)分組碼。對一個(gè)分組碼的生成矩陣G，也存在一個(gè)(n-k)×n矩陣H滿足

1×n1×k?k×n38/37分組碼的根本描述H稱作校驗(yàn)矩陣，它也滿足性質(zhì)：1、漢明距離：兩個(gè)等字符串對應(yīng)位置的不同字符的個(gè)數(shù)。2、碼的最小距離：任意兩個(gè)碼字之間漢明距離的最小值，表示為dmin。dmin是衡量碼的抗干擾能力〔檢、糾錯(cuò)能力〕的重要參數(shù)，dmin越大，碼的抗干擾能力就越強(qiáng)?；蝌?yàn)證碼字是否有錯(cuò)39/37分組碼的根本描述理論分析說明：①〔n,k〕線性分組碼能糾正t個(gè)錯(cuò)誤的充分必要條件是②〔n,k〕線性分組碼能發(fā)現(xiàn)接收碼字中l(wèi)個(gè)錯(cuò)誤的充分必要條件是③〔n,k〕線性分組碼能糾正t個(gè)錯(cuò)誤并能發(fā)現(xiàn)l〔l>t〕個(gè)錯(cuò)誤的充分必要條件是40/371．編碼效率、冗余度、碼重與碼距在分組碼中，數(shù)據(jù)每k個(gè)信息比特分為一組，k個(gè)信息位與增加的〔n?k〕個(gè)比特組成一個(gè)n比特的碼組〔或碼字〕，這種碼叫做(n，k)分組碼。分組中(n-k)/k比值稱為碼的冗余度，k/n比值稱為編碼效率。編碼效率可表示分組中信息比特所占的比例。41/371．編碼效率、冗余度、碼重與碼距

除編碼效率k/n外，碼字的另一個(gè)重要參數(shù)是碼重，即碼字中非零的碼元數(shù)目。不同類型的分組碼具有不同的特性。線性分組碼系統(tǒng)碼循環(huán)碼碼字中1的個(gè)數(shù)42/372．BCH碼BCH碼是循環(huán)碼的一個(gè)重要子類，具有多種碼率，可獲得很大的編碼增益，BCH碼有嚴(yán)密的代數(shù)理論，是目前研究最透徹的一類碼?！?〕戈雷碼〔Golay〕〔2〕擴(kuò)展BCH碼〔3〕截短BCH碼43/373．RS碼RS碼是Reed-Solomon〔里德—索洛蒙〕碼的簡稱，它是一種多進(jìn)制BCH碼。它能夠糾突發(fā)錯(cuò)誤，通常在連續(xù)編碼系統(tǒng)中采用。44/37圖3-6卷積編碼原理框圖45/37在GSM系統(tǒng)中，上述兩種編碼方法均在使用。首先對一些信息比特進(jìn)行分組編碼，構(gòu)成一個(gè)“信息分組+奇偶(檢驗(yàn))比特〞的形式，然后對全部比特做卷積編碼，從而形成編碼比特。這兩次編碼適用于語音和數(shù)據(jù)二者，但它們的編碼方案略有差異。采用“兩次〞編碼的好處是：在有過失時(shí)，能校正的校正(利用卷積編碼特性)，能檢測的檢測(利用分組編碼特性)。二次編碼46/37例子：二次編碼：分組編碼和卷積編碼假設(shè)：發(fā)送端：有效信息為：10110010

分組編碼后：接收端：檢錯(cuò)糾錯(cuò)：卷積編碼奇校驗(yàn)10110010147/37GSM系統(tǒng)首先是把語音分成20ms的音段，這20ms的音段通過語音編碼器被數(shù)字化和語音編碼，產(chǎn)生260個(gè)比特流，并被分成：(1)50個(gè)最重要比特。〔2)132個(gè)重要比特?！?)78個(gè)不重要比特。如圖3-7所示，對上述50個(gè)最重要比特添加3個(gè)檢驗(yàn)比特(分組編碼)，這53個(gè)比特同132個(gè)重要比特與4個(gè)尾比特一起卷積編碼，比率1∶2，因而得378個(gè)比特，另外78個(gè)比特不予保護(hù)。信源編碼后的碼速率為13Kb/s二次編碼例子：48/37圖3-7GSM數(shù)字話音的糾錯(cuò)編碼〔53+136〕*2＝37813Kb/s*20ms=260bit1:2最重要重要不重要分組編碼分組編碼分組編碼中〔n,k〕分別是？分組編碼的編碼效率是？卷積編碼49/373.2.3交織技術(shù)信道編碼的作用對信源編碼的數(shù)據(jù)增加一些冗余數(shù)據(jù)，對信源編碼的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督，以使在接收時(shí)能從接收的數(shù)據(jù)中檢出由于傳送過程中引起的隨機(jī)過失從而進(jìn)行糾錯(cuò)。交織技術(shù)的作用通過將糾錯(cuò)編碼后分散，對付在傳輸過程中產(chǎn)生的連續(xù)突發(fā)的干擾。50/37交織技術(shù)原理假定由一些4比特組成的消息分組，把4個(gè)相繼分組中的第1個(gè)比特取出來，并讓這4個(gè)第1比特組成一個(gè)新的4比特分組，稱作第一幀，4個(gè)消息分組中的比特2～4，也作同樣處理，如圖3-8所示。

51/37圖3-8交織原理進(jìn)行分組1幀結(jié)論：打亂正常順序進(jìn)行傳輸52/37GSM系統(tǒng)中交織方式例子：

話音編碼器和信道編碼器將每一20ms語音數(shù)字化并編碼，提供456個(gè)比特。首先對它進(jìn)行內(nèi)部交織，即將456個(gè)比特分成8幀，每幀57比特，見圖3-9。53/37圖3-9GSM20ms話音編碼交織123456789101112131415161718192021222324…45620ms信息糾錯(cuò)編碼后數(shù)據(jù)456bit進(jìn)行分組，分為N＝57組，每組M＝8位第1幀54/37交織編碼特點(diǎn)①任何長度l≤M的突發(fā)過失，經(jīng)交織后成為至少被N?1位隔開后的一些單個(gè)獨(dú)立過失。②完成交織與去交織變換在不計(jì)信道時(shí)延條件下，將產(chǎn)生2MN個(gè)符號的時(shí)延，其中發(fā)、收端各占一半。55/37什么是調(diào)制？將低頻信號的頻譜搬移到較高的載波頻率上為什么要調(diào)制？低頻語音信號無法傳播很遠(yuǎn)距離天線尺寸要與信號波長匹配移動(dòng)通信的頻譜資源在高頻上3.3.1調(diào)制與解調(diào)56/37模擬調(diào)制：用模擬調(diào)制信號去控制高頻載波的頻率、相位以及幅度等。FM、PM、AM數(shù)字調(diào)制：用數(shù)字信號來調(diào)制某一高頻率的正弦或脈沖載波，使已調(diào)信號能通過帶限信道傳輸。ASK、FSK、PSK、QPSK等3.3.1調(diào)制與解調(diào)57/373.3.1調(diào)制與解調(diào)語音調(diào)制信號人的耳朵能夠聽到語音的頻率在20～20000Hz的范圍內(nèi)。一般認(rèn)為只要有300～3400Hz，就足以表達(dá)說話的內(nèi)容了。如果考慮到語音的原始聲音和真實(shí)度問題，那么需要50～15000Hz的頻率范圍。聲音范圍的頻率被稱作低頻或音頻。58/37常見的調(diào)制—解調(diào)調(diào)制時(shí)必須具備調(diào)制信號和載波。調(diào)制信號可以分為模擬信號和數(shù)字信號?？晒┦褂玫妮d波有正弦波和方波。調(diào)制方式可以按照調(diào)制信號的形式和載波形式的組合來分類。表3-1示出了調(diào)制方式的分類情況，可以依照信息的形式、傳送線路的特性和對傳送質(zhì)量的要求來選擇調(diào)制方式。59/37表3-1調(diào)制方式60/37調(diào)制在通信系統(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。常用的數(shù)字調(diào)制方式：頻移鍵控，F(xiàn)SK相移鍵控，BPSK四相鍵控，QPSK高斯最小頻移鍵控，GMSK 61/373.3.2FSK調(diào)制——調(diào)制的類型經(jīng)語音編碼后的信號是數(shù)字信號，此信號向外發(fā)送還需要經(jīng)過調(diào)制。應(yīng)用于移動(dòng)通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)，按信號相位是否連續(xù)可分為相位連續(xù)型調(diào)制和相位不連續(xù)型調(diào)制；按信號包絡(luò)是否恒定可分為恒包絡(luò)調(diào)制和非恒包絡(luò)調(diào)制。頻移鍵控FSK是數(shù)字信號的頻率調(diào)制，其根本原理如圖3-10所示。62/37圖3-10FSK根本原理示意圖調(diào)制信號

0和1載波信號FSK的輸入信號是從哪里出來的？即通信信道63/37

傳送編碼為10001101，其工作波形示意如圖3-11所示。從圖中可以看出，F(xiàn)SK調(diào)制相當(dāng)于D/A變換，經(jīng)過調(diào)制后的數(shù)字信號變成了f1、f2二值頻率變化，顯然，這個(gè)信號具有模擬信號的特點(diǎn)。完成頻移鍵控后，接收端如何解調(diào)出這個(gè)二進(jìn)制碼呢？FSK解調(diào)如圖3-12所示。例子：64/37圖3-11FSK波形示意圖f1f2調(diào)制信號已調(diào)信號65/37圖3-12FSK解調(diào)中心頻率為f1中心頻率為f266/37帶通濾波器f1f1f2判決：1接收：11110001101信源信息：帶通濾波器f2判決：0000合并：1000110167/373.3.3高斯最小移頻鍵控〔GMSK〕在數(shù)字調(diào)制技術(shù)中，其中應(yīng)用最多的是最小頻移鍵控MSK、平滑調(diào)頻TFM、高斯最小頻移鍵控GMSK。GSM系統(tǒng)采用高斯最小頻移鍵控GMSK。GMSK與FSK不同之處是：〔1〕在調(diào)制時(shí)，使高、低電平所調(diào)制的兩個(gè)頻率f1、f2盡可能接近，即頻移最小，這樣可節(jié)省頻帶。68/37〔2〕GMSK調(diào)制可以控制相位的連續(xù)性，在每個(gè)碼元持續(xù)期Ts內(nèi)，頻移恰好引起π/2的相位變化?！?〕在MSK之前參加了高斯濾波器，因其濾波特性與高斯曲線相似，故以此相稱。GMSK信號產(chǎn)生原理如圖3-13所示，電路框圖如圖3-14所示。69/37圖3-13GMSK信號產(chǎn)生原理單極性碼70/373.3.4QPSK調(diào)制技術(shù)一、二相調(diào)制BPSK二、四相調(diào)制QPSK三、偏移QPSK—OQPSK71/37一、二相調(diào)制BPSK1.二相調(diào)制信號SBPSK(t)

在二進(jìn)制相位調(diào)制中，二進(jìn)制的數(shù)據(jù)bk=±1可以用相位不同取值表示，例如其中由于，所以BPSK信號一般也可以表示為

72/37一、二相調(diào)制BPSK

設(shè)二進(jìn)制的基帶信號b(t)的波形為雙極性NRZ碼,BPSK信號的波形如圖3.22所示。

調(diào)制信號載波信號已調(diào)信號73/37一、二相調(diào)制BPSK功率譜

BPSK信號是一種線性調(diào)制，當(dāng)基帶波形為NRZ碼時(shí)，其功率譜如圖3.23所示。

如圖，基帶波形為NRZ碼時(shí)BPSK信號有較大的副瓣，副瓣的總功率約占信號的總功率10%，帶外輻射嚴(yán)重。為了減小帶外輻射，可考慮用M進(jìn)制代替二進(jìn)制。74/371、QPSK調(diào)制原理

QPSK又叫四相絕對相移調(diào)制，它是一種正交相移鍵控。QPSK利用載波的四種不同相位來表征數(shù)字信息。由于每一種載波相位代表兩個(gè)比特信息，因此，對于輸入的二進(jìn)制數(shù)字序列應(yīng)該先進(jìn)行分組，將每兩個(gè)比特編為一組，然后用四種不同的載波相位來表征，原理框圖如圖3-15所示：二、四相調(diào)制QPSK75/37圖3-15QPSK調(diào)制器原理框圖同相支路I正交支路Q76/37QPSK的調(diào)制器可以看作是由兩個(gè)BPSK調(diào)制器構(gòu)成，輸入的串行二進(jìn)制信息序列經(jīng)過串行變換，變成兩路速率減半的序列，電平發(fā)生器分別產(chǎn)生雙極性的二電平信號I〔t〕和Q〔t〕，然后對Acosωt和Asinωt進(jìn)行調(diào)制，相加后即可得到QPSK信號。經(jīng)過串并變換后形成的兩個(gè)支路如圖3-16所示，一路為單數(shù)碼元，另外一路為偶數(shù)碼元，這兩個(gè)支路互為正交，一個(gè)稱為同相支路，即I支路；另外一路稱為正交支路，即Q支路。77/37圖3-16二進(jìn)制碼經(jīng)串并變換后的碼型調(diào)制信號串并轉(zhuǎn)換78/37二、四相調(diào)制QPSKQPSK信號

在QPSK調(diào)制中，在要發(fā)送的比特序列中,每兩個(gè)相連的比特分為一組構(gòu)成一個(gè)4進(jìn)制的碼元，即雙比特碼元。雙比特碼元的4種狀態(tài)用載波的四個(gè)不同相位(k=1,2,3,4)表示。這種對應(yīng)關(guān)系叫做相位邏輯。例如

QPSK信號可以表示為：

其中A為信號的幅度，

為載波頻率。

79/37二、四相調(diào)制QPSKQPSK信號產(chǎn)生

80/37二、四相調(diào)制QPSKQPSK信號的功率譜和帶寬正交調(diào)制產(chǎn)生QPSK信號實(shí)際上是把兩個(gè)BPSK信號相加。它們有相同的功率譜，帶寬也為B=Rb。頻帶效率B/Rb那么提高為1。已調(diào)信號功率譜的副瓣仍然很大，在兩個(gè)支路參加升余弦特性低通濾波器(如圖3.29)，以減小已調(diào)信號的副瓣。81/37QPSK解調(diào)原理

由于QPSK可以看作是兩個(gè)正交2PSK信號的合成，故它可以采用與2PSK信號類似的解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)，即由兩個(gè)2PSK信號相干解調(diào)器構(gòu)成，其原理框圖如圖3-17所示。二、四相調(diào)制QPSK82/37圖QPSK解調(diào)器原理框圖sin(wt)cos(wt)83/37三、偏移QPSK〔OQPSK〕

把QPSK兩個(gè)正交支路的碼元時(shí)間上錯(cuò)開Ts/2=Tb，這樣每經(jīng)過Tb時(shí)間，只有一個(gè)支路的符號發(fā)生變化，因此相位的跳變就被限制在±90°，減小了信號包絡(luò)的波動(dòng)幅度。功率譜和帶寬效率不變。調(diào)制原理圖和相位跳變路徑為：

84/373.3.5擴(kuò)頻技術(shù)根本原理 定義：擴(kuò)頻通信方式是將數(shù)字基帶信號擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶進(jìn)行傳輸?shù)囊环N調(diào)制方式。實(shí)現(xiàn)在發(fā)送端，使用比信息速率高很多倍的偽隨機(jī)碼來擴(kuò)展數(shù)字基帶信號的頻譜，形成低功率譜密度、寬帶的信號來發(fā)送；在接收端，使用同步后的偽隨機(jī)碼進(jìn)行解擴(kuò)，恢復(fù)出窄帶的有用信號，從而減少噪聲對信號的影響。85/37優(yōu)點(diǎn) 該調(diào)制方式具有多種優(yōu)點(diǎn)：抗干擾、抗衰落以及通信的隱蔽性等，最初用于軍事通信。移動(dòng)通信的碼分多址方式〔CDMA〕就是建立在擴(kuò)頻通信的根底上。86/373.4擴(kuò)頻通信3.4.1偽隨機(jī)(PN)序列13.4.2擴(kuò)頻通信原理287/373.4.1偽隨機(jī)〔PN〕序列m序列的功率譜m序列的隨機(jī)性質(zhì)序列的產(chǎn)生偽噪聲序列88/37序列的產(chǎn)生偽隨機(jī)序列〔PN序列〕—具有類似隨機(jī)噪聲的一些統(tǒng)計(jì)特性，但和真正的隨機(jī)信號不同，它可以重復(fù)產(chǎn)生和處理，故稱作偽隨機(jī)噪聲序列。PN序列有多種，最常用的一種是最長線性反響移位存放器序列，也稱作m序列。由m級存放器構(gòu)成的線性移位存放器如以下圖：初值！初值不為089/37m序列的隨機(jī)性質(zhì)〔1〕m序列的隨機(jī)特性：①平衡特性在m序列的一個(gè)完整