無線調(diào)制與編碼第四章

無線調(diào)制與編碼第四章第一頁，共五十九頁，2022年，8月28日§4.0引言

●調(diào)制解調(diào)器合稱modem

●

解調(diào)往往比調(diào)制復(fù)雜困難得多

●基于軟件無線電全數(shù)字化實現(xiàn)

●多媒體業(yè)務(wù)對數(shù)字終端的數(shù)據(jù)吐率、BER

及延時要求●調(diào)制技術(shù)線性非線性

●解制技術(shù)相干和非相干同步《返回〈上頁下頁〉第二頁，共五十九頁，2022年，8月28日§4.1modem結(jié)構(gòu)

1.一般結(jié)構(gòu)此部分在現(xiàn)代系統(tǒng)中通常用DSP實現(xiàn)第三頁，共五十九頁，2022年，8月28日●

modem在(數(shù)字)用戶接口和(模擬)射頻子系統(tǒng)間提供基本鏈路●相干解調(diào)器要求再生參考載波，故須包含載波恢復(fù)單元第四頁，共五十九頁，2022年，8月28日§4.2調(diào)制器

1.線性調(diào)制就是一乘法器：給出正炫載波與基帶數(shù)據(jù)的乘積，通?；鶐?shù)據(jù)要經(jīng)奈奎斯特濾波●對BPSK

為實數(shù)乘法器；對其它線性調(diào)制為復(fù)數(shù)乘法●乘法器實現(xiàn)傳統(tǒng)模擬乘法器微波器件、有源半導(dǎo)體現(xiàn)代全數(shù)字DSP

第五頁，共五十九頁，2022年，8月28日2.非線性調(diào)制

原理上：VCO

調(diào)頻，但很難保證調(diào)制指數(shù)精度實際中：

1)

MSK調(diào)制器線性調(diào)制器－I/Q調(diào)制器第六頁，共五十九頁，2022年，8月28日2)

GMSK調(diào)制器兩種方法●幅度調(diào)制脈沖（AMP)分解法將GMSK信號分解為兩種類似高斯波形的脈沖分別調(diào)制同相和正交載波后所得信號之和如圖4－3●相位調(diào)制法直接產(chǎn)生所需相位軌跡

如圖4－4

第七頁，共五十九頁，2022年，8月28日

圖4.3用AMP分解法產(chǎn)生GMSK信號由兩個信號脈沖序列（虛線）合成同相分量（實線）同相分量合成所得的近似信號（實線）與精確信號比較（虛線）（注x軸每個刻度對應(yīng)兩個單位，或一個符號周期第八頁，共五十九頁，2022年，8月28日

圖4.4用直接相位法產(chǎn)生GMSK信號1高斯濾波2積分，頻率轉(zhuǎn)相位3由相位產(chǎn)生同相和正交分量第九頁，共五十九頁，2022年，8月28日§4.3相干解調(diào)器

1.相干解調(diào)器概念使用原始信號相位相干復(fù)制品，既同頻又同相，進行工作

●能充分利用接收信號中的信息，得到最佳或最大似然解調(diào)

2.一般原理

第十頁，共五十九頁，2022年，8月28日●框圖★整個結(jié)構(gòu)為匹配于已調(diào)信號的濾波器★I/Q解調(diào)器第十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日●信號波形第十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日●分析第十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日§4.4非相干解調(diào)器

1.基本概念

●相干解調(diào)可獲得絕對相位，而非相干不能，須采用別的手段來估計傳輸符號

●僅由幅度信息來估計被傳信息是不夠的現(xiàn)代調(diào)制不采用幅移鍵控

●非相干解調(diào)器使用兩類信息：瞬時頻率和相對相位

●限幅鑒頻器差分解調(diào)器均可用于各種調(diào)制恒包絡(luò)調(diào)制常用限幅鑒頻解調(diào)器第十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日

●

非相干解調(diào)屬于次最優(yōu)解調(diào)由于缺化乏絕對相位信息比相干解調(diào)差1dB以上

●

對信道損傷更強壯瑞利衰落本振相位噪聲受無線通信親睞

第十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日§4.4.1包絡(luò)檢波器

1.二極管檢波器●

簡單模擬電路●

波形第十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日2.理想包絡(luò)檢波器★

本質(zhì)上是一個I/Q解調(diào)器，而后取I/Q分量平方和的開方，即得所需包絡(luò)★包絡(luò)檢波器的數(shù)字實現(xiàn)方式

第十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日3.BER性能

●輸出統(tǒng)計特性數(shù)據(jù)0，僅有噪聲，輸出幅度服從瑞利分布數(shù)據(jù)1，信號噪聲均有，輸出幅度服從萊斯分布

其中為0階修正的貝塞爾函數(shù)第十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日

●最佳檢測門限概率分布的交點，一般并不是在0和1電平的中點隨著信噪比增加，趨于為方便，取該固定值●誤比特率計算

第十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日

數(shù)值上，第一項起主導(dǎo)作用，即

《返回〈上頁下頁〉第二十頁，共五十九頁，2022年，8月28日

●BER曲線及與相干解調(diào)的比較圖4.8非相干ASKBER(a)與相干解調(diào)(b)比較 ★非相干比相干惡化1～3dB★

若根據(jù)實際信噪比選擇最佳門限，非相干性能會好于上述結(jié)果第二十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日§4.4.2限幅鑒頻解調(diào)器

1.鑒頻器

1）

特性輸出電壓正比于輸入信號的瞬時頻率

2）

電路圖4.9模擬FM鑒頻器 兩個調(diào)諧電路(一個調(diào)諧頻率略高于載波,一個略低于載波）后跟一對包絡(luò)檢波器,輸出為檢出的幅度之差，在載波頻率處輸出為0。●模擬FM

鑒頻器第二十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日●基于PLL的鑒頻器圖4.10用于FM鑒頻器的鎖相環(huán) PD相位監(jiān)測器VCO輸入電壓正比于輸入頻率3)

全數(shù)字實現(xiàn)●數(shù)學(xué)描述

其中為接收信號的相位第二十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日第二十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日●數(shù)字實現(xiàn)圖4.11限幅鑒頻器的數(shù)字實現(xiàn)第二十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日2.基于限幅鑒頻器的非相干解調(diào)

1）頻移鍵控數(shù)據(jù)可直接從解調(diào)信號中提取

2）相移鍵控線性調(diào)制須在鑒頻器后接積分器（在一個符號間隔內(nèi)積分），這樣得到的輸出將正比于一個符號到下一個符號的相位變化

第二十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日§4.4.3差分解調(diào)器

1.原理用前一個符號作為當(dāng)前符號的相位參考

2.實現(xiàn)

●

DBPSK第二十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日●多于兩個相位的DPSKI/Q解調(diào)器3.相對相移鍵控因解調(diào)器對相位差而非對絕對相位響應(yīng)，故采用相移鍵控方案時，發(fā)端須進行相對相移鍵控★

乘法器為復(fù)數(shù)乘法器，本碼元復(fù)數(shù)一碼元的復(fù)共扼相乘第二十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日4.DPSK

的BER

●數(shù)學(xué)推導(dǎo)設(shè)接受到的第k個符號（以復(fù)數(shù)形式表示）為其中為相對于本地振蕩器的載波相位（未知）判決變量為第二十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日

第一項為信號項，第二、三項為不相關(guān)的高斯噪聲項，方差均為，第四項與第二、三項潛在相關(guān)，但在感音區(qū)興趣的信噪比范圍，其很小，可忽略●結(jié)論

由上可看出，總噪聲功率是相干解調(diào)時的2

倍，所以預(yù)估其性能下降3dB5.DBPSKBER

●

表達式第三十頁，共五十九頁，2022年，8月28日●

曲線圖4.13BER曲線(a)相干BPSK/QPSK(b)非相干DBPSK(c)非相干DQPSK(精確)(d)近似DQPSK★與ASK時一樣，低BER時，非相干DPSK比相干

BPSK惡化小于1dB，而非相干DQPSK比相干

QPSK約2.3dB，十分接近近似值3dB第三十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日6.基于差分解調(diào)器的非相干解調(diào)

1）頻移鍵控

●

MSK相位變化以門限0對乘法器輸出的虛部進行判決，即可直接得到判決數(shù)據(jù)第三十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日

●

GMSK

由于預(yù)濾波引入ISI，相位變化不再為，這將大大減小差分解調(diào)器輸出圖4.14GMSK眼圖，時間帶寬積0.3

采用1比特延遲差分解調(diào)器采用2比特延遲差分解調(diào)器第三十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日

★

ISI影響比相干解調(diào)時要嚴(yán)重得多，性能惡化可超過6dB★采用2比特差分解調(diào)可減小惡化量如圖4－14(b)眼圖展開變大，然而不再對稱，所以最優(yōu)判決門限不再為0，為解得原始數(shù)據(jù)需要較復(fù)則雜的解碼器

2）相對相移鍵控直接得到相位差第三十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日§4.4.4濾波-包絡(luò)檢測器

1.FSK解調(diào)方法相干解調(diào)非相干解調(diào)限幅-鑒頻差分

濾波-包絡(luò)檢測

2.濾波-包絡(luò)檢測器

帶通濾波器中心頻率實現(xiàn)匹配濾波

二進制有兩個濾波器M進制有m個濾波器第三十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日3.解調(diào)過程分析傳輸信號匹配與“1”信號的濾波器對于“1”和“0”信號的輸出第三十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日無噪聲時第三十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日同樣地，匹配與“0”信號的濾波器對于“0”和“1”信號的輸出為性能最佳，應(yīng)有第三十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日★相干解調(diào)時，h僅需為0.5的整數(shù)倍濾波-包絡(luò)非相干解調(diào)時，h需為非零整數(shù)使其不像別的FSK解調(diào)器應(yīng)用那么廣泛4.誤碼性能

h為非零整數(shù)，所選包絡(luò)檢測器輸出（如傳1

時為）服從賴斯分布，而沒選檢測器的輸出服從瑞利分布第三十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日2.3.3π/4－DQPSK《返回〈上頁下頁〉1.問題的提出調(diào)制方式頻譜效率相位最大跳變幅度解調(diào)旁瓣衰減速率QPSK高相干慢OQPSK高相干快第四十頁，共五十九頁，2022年，8月28日●OQPSK盡管頻譜得到了改善，但仍須用相干解調(diào)●希望尋找一種調(diào)制系統(tǒng)，既能改善QPSK頻譜,2.π/4－DQPSK1）概念即相位跳變最大值小于，同時又能采用相干解調(diào)的相位編碼規(guī)則●《返回〈上頁下頁〉第四十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日輸入碼組載波相位11-11-1-11-1的相位編碼規(guī)則《返回〈上頁下頁〉第四十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日●π/4－DQPSK是一種差分相位調(diào)制系統(tǒng)的相位編碼規(guī)相位編碼規(guī)則可由則得出的相位編碼規(guī)則●《返回〈上頁下頁〉第四十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日輸入碼組載波相位變化11-11-1-11-1的相位編碼規(guī)則《返回〈上頁下頁〉第四十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日2）特點●相位特性:◆屬差分（相對）相位調(diào)制系統(tǒng)，因而可采用非相干解調(diào)方法，以避免相干檢測中的相干載波提取困難及相位模糊問題?！糇畲笙辔惶兎葹?π/4，優(yōu)于QPSK

，比OQPSK

稍差。從而改善了QPSK那樣

180°相位突跳而產(chǎn)生的100%包絡(luò)起伏。從而在通過帶限非線性信道時，頻譜擴散不嚴(yán)重?！斗祷亍瓷享撓马摗档谒氖屙?，共五十九頁，2022年，8月28日3)調(diào)制原理《返回〈上頁下頁〉第四十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日《返回〈上頁下頁〉第四十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日輸入碼組載波相位變化11-11-1-11-1《返回〈上頁下頁〉第四十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日《返回〈上頁下頁〉●串/并信號變換LPFLPF第四十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日

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