現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述

現(xiàn)代通信原理第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述

1第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述3.1數(shù)字調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)抗干擾性強(qiáng)糾錯(cuò)能力強(qiáng)具有信號(hào)恢復(fù)功能，在長(zhǎng)距離傳輸后仍能保持相同的信噪比數(shù)據(jù)安全性，數(shù)據(jù)加密功能更高的頻譜利用率低成本與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)兼容優(yōu)異的話音質(zhì)量2第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述現(xiàn)代通信數(shù)字調(diào)制的基本要求：1、通信的傳播條件極其惡劣，干擾問(wèn)題也特別嚴(yán)重，所以常用通信中的數(shù)字調(diào)制技術(shù)必須具有優(yōu)良的抗干擾、抗衰落性能。2、無(wú)線通信可供使用的頻率資源卻非常有限。通過(guò)改善調(diào)制技術(shù)而提高頻譜利用率。(1)占用帶寬要窄，且?guī)廨椛湟?。?）單位頻帶所容納用戶數(shù)多。3、具有良好的抗誤碼性能。4、其他：用戶終端小→高的功率效率

產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題→成本低易于實(shí)現(xiàn)3第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述功率有效性反映調(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。可表述成在接收機(jī)輸入端特定的誤碼概率下，每比特的信號(hào)能量與噪聲功率譜密度之比。4第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述帶寬有效性在給定的帶寬條件下每赫茲的數(shù)據(jù)通過(guò)率，反映調(diào)制技術(shù)在一定的頻帶內(nèi)容納數(shù)據(jù)的能力。式中：R為數(shù)據(jù)速率，B為調(diào)制射頻RF信號(hào)占用帶寬5第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述香農(nóng)定理式中，C為信道容量(單位為bit/s或b/s)，B為信道帶寬(Hz)，S是信號(hào)功率，N是噪聲功率。最大可能的為6第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述3.2信號(hào)的表示7第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述8第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述9第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述I/Q調(diào)制器10第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述11第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述12第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述13第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述14第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述15第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述3.3數(shù)字信號(hào)調(diào)制方法分類16第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述近十年來(lái)陸續(xù)提出的調(diào)制技術(shù)，如最小頻移鍵控（MSK）、高斯濾波最小頻移鍵控（GMSK）、正交幅度調(diào)制（QAM）和正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）等稱為現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)。17第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述3.4數(shù)字信號(hào)調(diào)制應(yīng)用18第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述4G蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)LTE上行OQPPSK下行OFDMWLAN802.11-2.4G跳頻FHSSPSK802.11a-5GOFDM802.11b-2.4G(wifi)直序擴(kuò)頻DSSSPSK802.11g-2.4GOFDM藍(lán)牙GMSKZigbeeGFSKGPSBPSK衛(wèi)星通信ASK2FSKMSK4FSKBPSKQPSKOQPSK8PSKπ/4–QPSK192-1第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述20第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述3.4新型數(shù)字調(diào)制分類1.可變速率調(diào)制根據(jù)移動(dòng)信道隨機(jī)變化的情況自適應(yīng)地改變無(wú)線傳輸速率：信道條件好時(shí)，用較高速率，信道條件差時(shí)，降低傳輸速率。這種調(diào)制方法可以在頻譜效率和系統(tǒng)誤碼性能兩個(gè)方面都達(dá)到令人滿意的程度?？勺兯俾蔘AM調(diào)制，它保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)拇a元速率不變，即波特率不變，但根據(jù)信道條件的好壞，增加或減少每碼元的電平數(shù)目。這等效于改變比特傳輸速率。21第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述3.4新型數(shù)字調(diào)制分類2.多載波調(diào)制（MCM）多載波調(diào)制的原理是將所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流分解成若干個(gè)比特流，每個(gè)子數(shù)據(jù)流具有低得多得傳輸比特速率，并且用這些數(shù)據(jù)流去并行調(diào)制若干個(gè)載波。多載波調(diào)制的主要優(yōu)點(diǎn)是具有抗無(wú)線信道時(shí)間彌散的特性。多載波調(diào)制可通過(guò)多種技術(shù)途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。包括：多音實(shí)現(xiàn)、正交頻分復(fù)用（OFDM）、MC-CDMA、編碼MCM。22第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述3.4新型數(shù)字調(diào)制分類3、恒定包絡(luò)調(diào)制方式恒定包絡(luò)調(diào)制方式主要有MSK、TFM(平滑調(diào)頻)、GMSK等，其中以GMSK為典型代表。其主要特點(diǎn)是這種已調(diào)信號(hào)具有包絡(luò)幅度不變的特性，其發(fā)射功率放大器可以在非線性狀態(tài)而不引起嚴(yán)重的頻譜擴(kuò)散；此外，這一類調(diào)制方式可用于非同步檢測(cè)。這種調(diào)制方式的缺點(diǎn)是頻帶利用率較低，一般不超過(guò)1(bit/s)/Hz。23第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述3.4新型數(shù)字調(diào)制分類4、線性調(diào)制方式線性調(diào)制方式主要有各種進(jìn)制的PSK和QAM等，其中以QPSK為典型代表。這一類調(diào)制方式的頻帶利用率般都大于1(bit/s)/Hz，而且隨著調(diào)制電平數(shù)的增加而增加。線性調(diào)制方式又可分為頻譜高效和功率高效兩種，理論上可以得到大于2(bit/s)/Hz頻帶利用率的調(diào)制方式為頻譜高效，如8PSK、16QAM、256QAM等。頻譜高效調(diào)制方式是通過(guò)增加電平數(shù)來(lái)獲得較高的頻帶利用率的，因此為得到同樣的誤碼率，就需要較高的信噪比。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，由于存在著嚴(yán)重的衰落現(xiàn)象和采用非線性同步檢測(cè)，故所需要的信噪比較高。況且系統(tǒng)所能提供的能量又受到限制，所以頻譜高效調(diào)制方式目前還不能用于移動(dòng)通信系統(tǒng)中。功率高效調(diào)制為欲獲得10－3誤碼率僅需14dB信噪比的調(diào)制方式，如BPSK和QPSK等。功率高效調(diào)制方式可達(dá)到的最高頻帶利用率為2(bit/s)/Hz。24第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述3.5調(diào)制和解調(diào)電路識(shí)讀

有了調(diào)制解調(diào)的方法，還需要依靠具體的電路去實(shí)現(xiàn)才能完成調(diào)制解調(diào)的任務(wù)，用于實(shí)現(xiàn)調(diào)制和解調(diào)功能的電路即稱為調(diào)制解調(diào)電路。調(diào)制電路總是與振蕩器、高頻功放等電路結(jié)合在一起的，而解調(diào)電路則是無(wú)線接收、放大電路結(jié)合在一起，因此，調(diào)制解調(diào)電路的識(shí)讀就離不開(kāi)無(wú)線發(fā)射和接收系統(tǒng)的分析。

25第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)既可以由分立元器件組成，也可以由無(wú)線收發(fā)芯片或無(wú)線收發(fā)模塊組成，因此，需要區(qū)別以下三種情況進(jìn)行調(diào)制解調(diào)電路的識(shí)讀和討論：無(wú)線收發(fā)芯片及模塊中的調(diào)制解調(diào)電路；分立元器件組成的無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)電路；由集成乘法電路組成的調(diào)制解調(diào)電路。26第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述一、無(wú)線收發(fā)芯片中的調(diào)制解調(diào)電路

完整的無(wú)線收發(fā)芯片和模塊一定都包含調(diào)制解調(diào)電路，從應(yīng)用的角度來(lái)看，只需要了解某個(gè)電路選用的是哪種調(diào)制和解調(diào)方法，與調(diào)制解調(diào)相關(guān)的主要特性指標(biāo)是什么就夠了，至于芯片所選擇的具體電路則完全沒(méi)有必要去關(guān)注。下面是幾種常用射頻芯片

27第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述集成發(fā)射芯片nRF902

ASK模式和FSK模式，ASK模式時(shí)最高傳輸速率為10kbit/s，F(xiàn)SK模式時(shí)最高傳輸速率為50kbit/s。無(wú)線發(fā)射模塊F05E

所使用的調(diào)制方法是ASK，最高傳輸速率是10kbit/s。無(wú)線接收模塊3400從其使用說(shuō)明書可以讀出，該模塊的接收方式是ASK，最高傳輸速率為4.8kbit/s。28

1、變?nèi)荻O管調(diào)頻電路

變?nèi)荻O管調(diào)頻電路如圖所示，圖中BT1是陶瓷諧振器，型號(hào)ZTA13.0MT，Cj為變?nèi)荻O管，型號(hào)1SV147，VT1為高頻三極管，各電阻和電容的數(shù)值如下：R1=2.2kΩ、R2=33kΩ、R3=33kΩ、R4=100kΩ、C1=47p、C2=68p。二、分立元器件組成的調(diào)制電路第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述29陶瓷諧振器和變?nèi)荻O管陶瓷諧振器也有兩個(gè)諧振頻率，當(dāng)它們工作于這兩個(gè)諧振頻率之間的頻率范圍內(nèi)時(shí)，諧振器等效于一個(gè)電感。與石英晶體諧振器不同的是兩個(gè)諧振頻率之差fp－fs比石英晶體大得多，大約是石英晶體諧振器的幾十倍。陶瓷諧振器組成的振蕩電路，頻率可以達(dá)到60MHz，穩(wěn)定度介于石英晶體和LC振蕩電路之間第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述30

二極管除了單向?qū)щ娦灾猓€有一個(gè)重要的特性就是在反向偏置情況下它是一個(gè)電容量隨偏置電壓變化的電容。利用這一特性而作為電容器使用的二極管被稱為變?nèi)荻O管。

變?nèi)荻O管需要突出的是極間電容量的大小以及隨反向電壓變化的特性（例如是否線性，單位電壓變化引起的電容量變化多大等）。因此，變?nèi)荻O管是一種特制的二極管，從結(jié)構(gòu)上看它是二極管，從功能上看則是一種容量可變的電容器。1SV147反向偏置電壓從1V增加到9V，電容量從45pF下降到10pF。第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述31調(diào)頻原理晶體管VT1和電容C1、C2、陶瓷諧振器BT1、變?nèi)莨蹸j組成振蕩電路，其交流等效電路如右圖所示，串聯(lián)電容C1、C2兩端接晶體管的集電極和基極，中心接發(fā)射極，可見(jiàn)該振蕩電路為電容三點(diǎn)式振蕩電路。第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述32振蕩頻率決定于回路的諧振頻率，電容Cj與BT1相串聯(lián)，振蕩頻率將隨Cj容量的變化而變化。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為正半周時(shí)，變?nèi)荻O管的反偏電壓增加，其電容減小，振蕩頻率就變高；調(diào)制信號(hào)為負(fù)半周時(shí)，變?nèi)莨芊雌珘簻p小，電容增大，使振蕩頻率變低?？梢?jiàn)調(diào)頻的原理是，用調(diào)制信號(hào)去改變加在變?nèi)荻O管上的反向偏壓，以改變其結(jié)電容的大小，從而改變高頻振蕩頻率的大小，達(dá)到調(diào)頻的目的。由于所選用的陶瓷諧振器ZTA13.0MT的標(biāo)稱頻率為13MHz，因此經(jīng)調(diào)制后的已調(diào)波的頻率在13MHz左右。第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述33上述調(diào)頻方法可用于無(wú)線話筒、無(wú)線耳機(jī)等場(chǎng)合，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需要解決振蕩頻率過(guò)低的問(wèn)題。例如常用的FM話筒，使用的頻段是88MHz～108MHz的國(guó)際調(diào)頻廣播頻段。但陶瓷諧振器只能產(chǎn)生幾十兆赫茲的振蕩，因此需要通過(guò)倍頻電路提高已調(diào)波的頻率，如圖所示。

選擇L1和C3使其諧振頻率等于92MHz，利用L1、C3諧振回路的選頻作用，放大電路僅放大92MHz附近的信號(hào)，其他倍頻則被抑制，這樣就實(shí)現(xiàn)了倍頻。經(jīng)功率放大后，從天線發(fā)射出去的就是符合要求的88MHz～108MHz范圍內(nèi)的調(diào)頻信號(hào)。13X7=91第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述34

2、ASK調(diào)制電路

通過(guò)開(kāi)關(guān)控制法產(chǎn)生ASK波的電路如圖所示，右邊部分是正弦波振蕩電路，左邊部分為開(kāi)關(guān)控制電路。振蕩電路由聲表面波諧振器ZC1、晶體管VT1、電容C1、C2、C3、電阻R1、R2和電感L組成，ZC1選用R315A，因此電路的振蕩頻率為315MHz。開(kāi)關(guān)控制電路由晶體管VT2、VT3及電阻R3、R4、R5組成。數(shù)字基帶信號(hào)S(t)加到VT3的基極,控制VT3導(dǎo)通或截止。第3章現(xiàn)代新型調(diào)制技術(shù)概述35上述電路配上發(fā)射天線（如圖中虛線所示），即構(gòu)成完整的無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)，這種發(fā)射系統(tǒng)常用