通信原理(第8章)_第1頁
通信原理(第8章)_第2頁
通信原理(第8章)_第3頁
通信原理(第8章)_第4頁
通信原理(第8章)_第5頁
已閱讀5頁,還剩33頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進行舉報或認領(lǐng)

文檔簡介

第8章新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)正交振幅調(diào)制最小頻移鍵控和高斯最小頻移健控正交頻分復(fù)用8.1正交振幅調(diào)制問題:單獨MASK或MPSK頻帶利用率高,但抗噪性能差方法:信號的振幅和相位獨立地同時受到調(diào)制在每個碼元周期內(nèi)8.1正交振幅調(diào)制

用兩個獨立的基帶波形對兩個相互正交的同頻載波進行DSB調(diào)制,利用這種已調(diào)信號在同一帶寬內(nèi)頻譜正交的性質(zhì)來實現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息傳輸。8.1正交振幅調(diào)制以16QAM為例頻帶利用率比單支路提高一倍正交調(diào)幅法它是有2路正交的四電平振幅鍵控信號疊加而成復(fù)合相移法它是用2路獨立的四相位移相鍵控信號疊加而成16QAM調(diào)制虛線大圓上的4個大黑點表示一個QPSK信號矢量的位置。在這4個位置上可以疊加上第二個QPSK矢量,后者的位置用虛線小圓上的4個小黑點表示8.1正交振幅調(diào)制以16QAM為例16QAM解調(diào)8.1正交振幅調(diào)制16ASK、16PSK、16QAM的抗噪性能比較8.1正交振幅調(diào)制

8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控1、占用帶寬大,頻帶利用率低;2、兩碼元之間相位不連續(xù),造成包絡(luò)起伏大;3、兩碼元波形不一定嚴(yán)格正交,誤碼性能差。8.2.1最小頻移鍵控MSK一、FSK的不足二、MSK最小移頻鍵控(MSK)是移頻鍵控(FSK)的一種改進型。是包絡(luò)恒定、相位連續(xù)、帶寬最小、嚴(yán)格正交的2FSK。8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控8.2.1最小頻移鍵控MSK二、MSK最小移頻鍵控又稱快速移頻鍵控(FFSK)。這里“最小”指的是能以最小的調(diào)制指數(shù)(即0.5)獲得正交信號;而“快速”指的是對于給定的頻帶,它能比PSK傳送更高的比特速率。8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控或者這里(8-1)(8-2)二進制MSK信號的表達式可寫為8.2.1最小頻移鍵控MSK三、MSK信號的表達式式中:ωc--載波角頻率;Ts--碼元寬度;Dk--第k個碼元中的信息,其取值為±1;φk--第k個碼元的相位常數(shù),它在時間(k-1)Ts≤t≤kTs中保持不變。θ(t)-附加相位函數(shù)。8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控當(dāng)Dk=-1時,信號的頻率為由式(8-1)可見,當(dāng)Dk=+1時,信號的頻率為由此可得頻率間隔為8.2.1最小頻移鍵控MSK三、MSK信號的表達式8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控式中是載波頻率。

MSK是一種正交調(diào)制,其信號波形的相關(guān)系數(shù)等于零。因此,對于MSK信號來說,式(7.7-3)應(yīng)為零,也就是上式右邊兩項均應(yīng)為零。第一項等于零的條件是對于一般移頻鍵控(2FSK),兩個信號波形具有以下的相關(guān)系數(shù)令k等于其最小值1,則這正是MSK信號所要求的頻率間隔。8.2.1最小頻移鍵控MSK四、MSK信號的頻率間隔8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控第二項等于零的條件是即(n為整數(shù),m=0,1,2,3)這說明,MSK信號在每一碼元周期內(nèi),必須包含四分之一載波周期的整倍數(shù)。由此可得相應(yīng)地8.2.1最小頻移鍵控MSK五、MSK信號的載波取值8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控相位常數(shù)φk的選擇應(yīng)保證信號相位在碼元轉(zhuǎn)換時刻是連續(xù)的。上式表明,MSK信號在第k個碼元的相位常數(shù)不僅與當(dāng)前的Dk有關(guān),而且與前面的Dk-1及相位常數(shù)φk-1有關(guān)。或者說,前后碼元之間存在相關(guān)性。對于相干解調(diào)來說,φk的起始參考值可以假定為零。根據(jù)這一要求,可以導(dǎo)出以下的相位遞歸條件,或者稱為相位約束條件,即(8-4)8.2.1最小頻移鍵控MSK六、MSK信號的相位常數(shù)φk的選擇8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控因此,從式(8-4)可以得到

θ(t)稱為附加相位函數(shù),它是MSK信號的總相位減去隨時間線性增長的載波相位而得到的剩余相位。是一直線方程式,其斜率為πDk/2Ts,截距是φk。另外,由于Dk的取值為±1,故(πDk/2Ts)t是分段線性的相位函數(shù)。在任意一個碼元區(qū)內(nèi),θ(t)的變量總是π/2,。當(dāng)Dk=+1時,增大π/2,當(dāng)Dk=-1時,減小π/2。8.2.1最小頻移鍵控MSK六、MSK信號的相位常數(shù)φk的選擇8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控(a)附加相位函數(shù)(b)附加相位路徑網(wǎng)絡(luò)圖8-2附加相位函數(shù)θ(t)及附加相位路徑網(wǎng)絡(luò)圖(a)是針對一特定數(shù)據(jù)序列畫出的附加相位軌跡;圖(b)表示的是附加相位路徑的網(wǎng)格圖,是附加相位函數(shù)由零開始可能經(jīng)歷的全部路徑。8.2.1最小頻移鍵控MSK七、MSK信號的附加相位函數(shù)8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控表8-1相位常數(shù)φk與Dk的關(guān)系表中給出了φk與Dk之間關(guān)系的一個例子。信號的頻率偏移嚴(yán)格的等于±1/4Ts,相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)h=(f1-f0)Ts=1/2以載波相位為基準(zhǔn)的信號相位在一個碼元期間內(nèi)準(zhǔn)確地線性變化±π/2

(38.2.1最小頻移鍵控MSK七、MSK信號的附加相位函數(shù)8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控由以上討論可以看出,MSK信號具有以下特點:(1)已調(diào)信號的振幅是恒定的;(2)信號的頻率偏移嚴(yán)格地等于±1/4Ts,相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)h=(f1-f0)Ts=1/2;(3)以載波相位為基準(zhǔn)的信號相位在一個碼元期間內(nèi)準(zhǔn)確地線性變化±π/2;(4)在一個碼元期間內(nèi),信號應(yīng)包括四分之一載波周期的整數(shù)倍;(5)在碼元轉(zhuǎn)換時刻信號的相位是連續(xù)的,或者說,信號的波形沒有突跳。8.2.1最小頻移鍵控MSK八、MSK信號的特點8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控因為所以MSK信號也可以看作是由兩個彼此正交的載波cosωct與sinωct分別被函數(shù)cosθ(t)與sinθ(t)進行振幅調(diào)制而合成的。已知因而8.2.1最小頻移鍵控MSK九、MSK信號的調(diào)制8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控式中,等號右邊的第一項是同相分量,也稱為I分量,第二項是正交分量,也稱為Q分量。cos(πt/2Ts)和sin(πt/2Ts)稱為加權(quán)函數(shù)(或稱調(diào)制函數(shù))。cosφk是同相分量的等效數(shù)據(jù),-Dkcosφk是正交分量的等效數(shù)據(jù),它們都與原始輸入數(shù)據(jù)有確定的關(guān)系。故MSK信號可表示為令,8.2.1最小頻移鍵控MSK九、MSK信號的調(diào)制8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控代入式(8-5)可得根據(jù)上式,可構(gòu)成一種MSK調(diào)制器,其方框圖如圖8-2-3所示。

圖8-3MSK調(diào)制器的方框圖8.2.1最小頻移鍵控MSK九、MSK信號的調(diào)制8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控MSK信號的產(chǎn)生步驟:先對輸入數(shù)據(jù)進行差分編碼,這是收端相干載波解調(diào)的需要。把差分編碼器的輸出用串/并變換器合成兩路,并相互錯開一個碼元寬度Ts,得到Ik和Qk.用加權(quán)函數(shù)cos(πt/2Ts)和sin(πt/2Ts)分別對Ik和Qk進行加權(quán)。最后,對加權(quán)數(shù)據(jù)用正交載波cosωct和sinωct分別進行調(diào)制,并相加,相加之后的信號通過低通濾波器后即可得到MSK信號。8.2.1最小頻移鍵控MSK九、MSK信號的調(diào)制8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控

MSK信號的解調(diào)與FSK信號相似,可以采用相干解調(diào),也可以采用非相干解調(diào)。圖8-4給出了一種采用延時判決的相干解調(diào)原理方框圖。關(guān)于相干解調(diào)的原理與2FSK信號時沒有什么區(qū)別。這里,重點討論延時判決法的原理。下面我們舉例說明在(0,2Ts)時間內(nèi)判決出一個碼元信息的基本原理。

圖8-4MSK信號相干解調(diào)原理方框圖8.2.1最小頻移鍵控MSK十、MSK信號的解調(diào)8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控濾掉高頻分量,可得設(shè)(0,2Ts)時間內(nèi)θ(0)=0,則MSK的θ(t)的變化規(guī)律可用圖8-4表示,在t=2Ts時刻,θ(t)的可能相位為0、±π。現(xiàn)如果把這時的接收信號cos[ωct+θ(t)]與相干載波cos[ωct+π/2]相乘,則相乘輸出為8.2.1最小頻移鍵控MSK十、MSK信號的解調(diào)8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控圖8-5MSK信號在(0,2Ts)內(nèi)的相位變化及相干解調(diào)的輸出波形8.2.1最小頻移鍵控MSK十、MSK信號的解調(diào)8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控由圖8-5(a)中可知:當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為11或10時,sinθ(t)為正極性;當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為00或01時,sinθ(t)為負極性;ν(t)的示意波形如圖8-5(b)所示。由此我們可知:如果v(t)經(jīng)抽樣判決后為正極性,則可斷定數(shù)字信息不是“11”就是“10”,于是可判定第一個比特為“1”,而第二個比特等下一次再作決定。這里,利用了第二個碼元提供的條件,所以判決的第一個碼元所含信息的的正確性就有所提高。這就是延時判決法的基本含義。8.2.1最小頻移鍵控MSK十、MSK信號的解調(diào)從圖8-4可以看出,輸入MSK信號同時與兩路的相應(yīng)相干載波相乘,并分別進行積分判決。這里的積分判決是交替工作的,每次積分時間為2Ts。如果一積分在進行,則另一積分在進行,兩者相差Ts。8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控MSK信號的時域表達式:8.2.1最小頻移鍵控MSK十一、MSK信號的功率譜MSK信號的功率譜密度可表示為其歸一化功率譜密度如圖所示。與2PSK相比較可以看出:圖8-6MSK與2PSK信號歸一化功率譜8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控(1)MSK信號的功率譜更加緊湊,并且它的第一個零點是在0.75/Ts處,而2PSK的第一個零點是在1/Ts處。這表明MSK信號功率譜的主瓣所占的頻帶寬度比2PSK信號窄;在主瓣帶寬之外,功率譜旁瓣的下降也更迅速。即MSK信號的功率主要包含在主瓣之內(nèi)。因此,MSK信號比較適合在窄帶信道中傳輸,對鄰道的干擾也較小。(2)由于MSK信號占用帶寬窄,故MSK信號的抗干擾性能要優(yōu)于2PSK。這就是目前廣泛采用MSK調(diào)制的原因。(3)然而,在某些通信場合,如移動通信中,對信號帶外輻射功率的限制十分嚴(yán)格,要求對鄰近信道的衰減達70dB~80dB以上。因此,近來對MSK信號作些改進,如改進兩正交支路的加權(quán)函數(shù),稱為“高斯最小頻移鍵控”GMSK調(diào)制方法等。8.2.1最小頻移鍵控MSK十二、MSK調(diào)制的性能8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控MSK調(diào)制的主要優(yōu)點是信號具有恒定振幅和信號功率譜密度在主瓣外衰減得較快。然而,在某些通信場合,如移動通信中,對信號帶外輻射功率的限制十分嚴(yán)格,要求對鄰近信道的衰減達70dB~80dB以上。因此,近來對MSK信號作些改進,如改進兩正交支路的加權(quán)函數(shù),稱為“高斯最小頻移鍵控”GMSK調(diào)制方法等。 GMSK的實現(xiàn):

圖8-8GMSK調(diào)制的原理方框圖8.2.2高斯最小移頻鍵控(GMSK)一、GMSK的提出及實現(xiàn)8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控GMSK是在MSK調(diào)制器之前加上一個高斯低通濾波器,為了抑制高頻成分、防止過量的瞬時頻率偏移以及進行相干檢波,圖中的高斯低通濾波器必須能滿足下列要求:(1)帶寬窄,且是銳截止的,從而有效遏制高頻分量;(2)具有較低的過沖脈沖響應(yīng),防止過量的瞬時頻率偏移;(3)能保持輸出脈沖的面積不變,便于相干檢波。8.2.2高斯最小移頻鍵控(GMSK)二、GMSK對高斯低通濾波器的要求8.2最小頻移鍵控和高斯最小頻移鍵控這里注意,GMSK信號頻譜特性的改善是通過降低誤比特率性能換來的。高斯低通濾波器的帶寬越窄,輸出功率譜就越緊湊,誤比特率性能變得越差。不過,當(dāng)BbTs=0.25時,誤比特率性能下降并不嚴(yán)重。

圖8-9GMSK信號的功率譜密度8.2.2高斯最小移頻鍵控(GMSK)二、GMSK的功率普密度GMSK的功率譜密度如圖所示,圖中的橫坐標(biāo)為歸一化頻率(f-fc)Ts,縱坐標(biāo)為功率譜密度,參變量BbTs=∞為高斯低通濾波器的歸一化3dB帶寬Bb與碼元寬度Ts的乘積。BbTs=∞的曲線是MSK信號的功率譜密度。從圖中可以看出,GMSK信號的頻譜隨著BbTs=∞值的減小而更為緊湊。8.3正交頻分復(fù)用思想:用多載波將信道分為多個子信道,基帶碼元分散在各個子信道進行調(diào)制。目的:降低每個子信道碼速率,從而降低帶寬,減少串?dāng)_,提高

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論