移動通信技術(shù) 第二章 調(diào)制解調(diào)ppt課件

1、第二章 調(diào)制解調(diào) 本章綱要本章綱要d2.1 概述概述d2.2 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制d2.3 數(shù)字相位調(diào)制數(shù)字相位調(diào)制d2.4 正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制QAMd2.5 擴展頻譜調(diào)制擴展頻譜調(diào)制d2.6 多載波調(diào)制多載波調(diào)制概述概述d 調(diào)制：把要傳輸?shù)男盘栕儞Q成適宜信道傳調(diào)制：把要傳輸?shù)男盘栕儞Q成適宜信道傳輸?shù)男盘柕倪^程。輸?shù)男盘柕倪^程。d 常用的數(shù)字調(diào)制方式有：常用的數(shù)字調(diào)制方式有：FSK 和和 PSK。d 挪動通訊信道的根本特征：挪動通訊信道的根本特征：d1.帶寬有限；帶寬有限；d2.干擾和噪聲影響大；干擾和噪聲影響大；d3.存在多徑衰落。存在多徑衰落。概述概述d對調(diào)制方式的要求：對調(diào)制方

2、式的要求：d帶寬有限要求高的頻譜利用率，即要求已調(diào)帶寬有限要求高的頻譜利用率，即要求已調(diào)信號所占的帶寬窄。信號所占的帶寬窄。d要求在惡劣的信道環(huán)境下，經(jīng)過調(diào)制解調(diào)后要求在惡劣的信道環(huán)境下，經(jīng)過調(diào)制解調(diào)后輸出的信噪比較大或誤碼率較低；輸出的信噪比較大或誤碼率較低；d可實現(xiàn)性，如采用恒包絡(luò)調(diào)制?？蓪崿F(xiàn)性，如采用恒包絡(luò)調(diào)制。d易于解調(diào)等。易于解調(diào)等。概述概述最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制d1. 相位不延續(xù)的相位不延續(xù)的FSK信號：信號：d在在FSK方式中，在兩個相鄰的頻率跳變的碼方式中，在兩個相鄰的頻率跳變的碼元之間，其相位是不延續(xù)的。元之間，其相位是不延續(xù)的。d而相位的不延續(xù)，導(dǎo)致產(chǎn)生很強

3、的旁瓣分量。而相位的不延續(xù)，導(dǎo)致產(chǎn)生很強的旁瓣分量。經(jīng)帶寬受限的信道，旁瓣分量被濾出，包絡(luò)經(jīng)帶寬受限的信道，旁瓣分量被濾出，包絡(luò)不恒定不恒定 非線性電路，發(fā)生頻譜擴展景象。非線性電路，發(fā)生頻譜擴展景象。最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制d2. MSK的調(diào)制原理的調(diào)制原理dMSK是是2FSK在正交形狀、最小頻差時的一在正交形狀、最小頻差時的一種特殊方式。種特殊方式。d“最小最小是指載波信號是指載波信號s1(t)和和s2(t)滿足正交滿足正交條件時信號頻差的調(diào)制指數(shù)最小值。條件時信號頻差的調(diào)制指數(shù)最小值。dMSK是一個調(diào)制指數(shù)為是一個調(diào)制指數(shù)為0.5、相位延續(xù)的、相位延續(xù)的2FSK信號。信號。

4、0.51/bfhT最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制dMSK信號的表達(dá)式信號的表達(dá)式d保證相位延續(xù)的條件為，在保證相位延續(xù)的條件為，在t=kTb時時kkbcxtaTttS2cos)(11 ()2kkkkkxxaa)()(1bkbkkTkT最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制1111()2kkkkkkkkkkxaakxxaaxkaaMSK信號的前后碼元之間存在相關(guān)性。信號的前后碼元之間存在相關(guān)性。假設(shè)相位假設(shè)相位xk的初始參考值等于的初始參考值等于0，那么，那么0 mod2kx 或最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制dMSK的信號表達(dá)式也可以寫作：的信號表達(dá)式也可以寫作：d式中，式中，d

5、 稱為是第稱為是第k個碼元信號的附加相位。個碼元信號的附加相位。 ( )cos , 1ckbbS tttkTtkT 2kkkbta txT kt最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制d在碼元繼續(xù)時間內(nèi)，在碼元繼續(xù)時間內(nèi)， 的特征：的特征：d是是t的直線方程；的直線方程；d在一個碼元繼續(xù)時間內(nèi)在一個碼元繼續(xù)時間內(nèi)Tb內(nèi)，它變化內(nèi)，它變化+/2或或 -/2。d假設(shè)假設(shè) ，那么第，那么第k個碼元的附加相個碼元的附加相位添加位添加+/2；d假設(shè)假設(shè) ，那么第，那么第k個碼元的附加相個碼元的附加相位添加位添加-/2。 kt11ka 11ka 最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制3/ 201 1 1 1

6、 1 1 1 1 1Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb0akxk (t)t/ 2/ 23/ 225/ 23233344圖圖 2 - 5 MSK的相位軌跡的相位軌跡 最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制圖圖 2 - 6 MSK的能夠相位軌跡的能夠相位軌跡 Tb2Tb4Tb6Tb8Tb9Tb(t)t23 / 2 / 20 / 23 / 227Tb5Tb3Tb最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制dMSK信號的特點：信號的特點：d1MSK信號包絡(luò)恒定，即為等幅波；信號包絡(luò)恒定，即為等幅波；d2MSK信號的頻偏必需等于信號的頻偏必需等于1/(4Tb)，其調(diào)制指數(shù)為其調(diào)制指數(shù)為0.5

7、；d3MSK信號的相位信號的相位(t)在一個碼元內(nèi)準(zhǔn)在一個碼元內(nèi)準(zhǔn)確地線性變化確地線性變化/2；d4在信號的一個在信號的一個Tb內(nèi)，載波波形的個數(shù)內(nèi)，載波波形的個數(shù)為載波周期四分之一的整數(shù)倍；為載波周期四分之一的整數(shù)倍；d5碼元轉(zhuǎn)換時，信號相位延續(xù)，即信號碼元轉(zhuǎn)換時，信號相位延續(xù)，即信號的波形無跳變。的波形無跳變。最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制d3. MSK信號的正交表示信號的正交表示( )cos2coscossinsin22ckkbkckkckbbS tta txTxta txta tTT0,sin0,( )coscos2coscoscoscossinsin22kkkckbkkckk

8、cbbxxS txta tTxa ttxa ttTT則最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制1,cos()cos ,sin()sin,( )coscoscoscossinsin22kkckkcbbaS txttaxttTT 則( )( )coscos( )sinsin22kckcbbS tI tttQ tttTT最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制d4. MSK信號的產(chǎn)生和解調(diào)信號的產(chǎn)生和解調(diào)d原理框圖原理框圖d過程過程串/ 并差分編碼TbcosctsinctyMSK(t)TbakdktTb2costTb2sin最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制圖圖 2 - 7 MSK的輸入數(shù)據(jù)與各支路

9、數(shù)據(jù)及基帶波形的關(guān)系的輸入數(shù)據(jù)與各支路數(shù)據(jù)及基帶波形的關(guān)系 0123456789101112131415161 1 11 1 1 11111 1 11 1 11 10091 11 1 1 1 1 111 1 11 1 1 1Tb6Tb7Tb8Tb9Tb13 Tb14 Tb15 Tb6Tb7Tb8Tb9Tb10 Tb13 Tb14 Tb16 TbTbkdkakxkcos xkakcos xk1 1 1 11 11111 1 11 1 111 11 1 1 1 1 11 1 1 11 1 1 11 1b2coscosTtxk77777444433322Tb2Tb3Tb3Tb4Tb4Tb5Tb5Tb

10、10 Tb11 Tb11 Tb12 Tb12 Tb15 Tb16 Tbb2sincosTtxakk最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制d5. MSK信號的功率譜密度信號的功率譜密度)(2cos)(161 8)(2222bcbcbMSKTffTffTfP 2222cos 2 ()2()QPSKcbcbAPfff TffT最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制d MSK的主瓣譜能量大，闡明的主瓣譜能量大，闡明MSK信號功率信號功率譜更加緊湊。優(yōu)點是功率譜主瓣雖然較寬，譜更加緊湊。優(yōu)點是功率譜主瓣雖然較寬， 但旁瓣卻以但旁瓣卻以 (-c)Tb-4 規(guī)律迅速下降。規(guī)律迅速下降。d 旁瓣的功率之所以大

11、是由于數(shù)字基帶旁瓣的功率之所以大是由于數(shù)字基帶 信號信號含有豐富的高頻分量，用低通濾波器去其高含有豐富的高頻分量，用低通濾波器去其高頻分量，便可減少已調(diào)信號的帶外輻射。頻分量，便可減少已調(diào)信號的帶外輻射。d MSK調(diào)制比較適宜于非線性的和鄰道抑制調(diào)制比較適宜于非線性的和鄰道抑制嚴(yán)厲的挪動信道運用。嚴(yán)厲的挪動信道運用。最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制dMSK信號的解調(diào)信號的解調(diào)d1鑒頻器解調(diào)鑒頻器解調(diào)uFM(t)前置放大器前置放大器限幅器限幅器鑒頻器鑒頻器低通低通濾波器濾波器噪聲噪聲n(t)解調(diào)器解調(diào)器r(t)最小移頻鍵控最小移頻鍵控MSK調(diào)制調(diào)制2MSK信號相關(guān)解調(diào)框圖信號相關(guān)解調(diào)框圖b

12、c2121Tf 鎖相環(huán)2bc2122Tf 鎖相環(huán)2平方器相干載波提取LPF取樣判決交替門LPF取樣判決BPFTb差分譯碼sin2sin2btTctctcos2cos2btT高斯濾波的最小移頻鍵控高斯濾波的最小移頻鍵控GMSK調(diào)制調(diào)制d1. GMSK信號的根本原理信號的根本原理d預(yù)調(diào)制濾波器必需具有以下特點：預(yù)調(diào)制濾波器必需具有以下特點：d1帶寬窄，且具有峻峭的截止頻率；帶寬窄，且具有峻峭的截止頻率；d2脈沖呼應(yīng)的過沖應(yīng)盡能夠的??；脈沖呼應(yīng)的過沖應(yīng)盡能夠的?。籨3堅持調(diào)制指數(shù)為堅持調(diào)制指數(shù)為0.5，并利于采用相關(guān)，并利于采用相關(guān)解調(diào)。解調(diào)。預(yù)調(diào)制濾波器輸入數(shù)據(jù)不歸零(NRZ)FM調(diào)制器調(diào)制指數(shù)為

13、0.5高斯濾波的最小移頻鍵控高斯濾波的最小移頻鍵控GMSK調(diào)制調(diào)制高斯濾波器具有指數(shù)方式的呼應(yīng)特性，其中幅度特性高斯濾波器具有指數(shù)方式的呼應(yīng)特性，其中幅度特性為為 沖激呼應(yīng)為沖激呼應(yīng)為Bb:高斯濾波器的高斯濾波器的3dB帶寬。帶寬。高斯低通濾波器對單個寬度為高斯低通濾波器對單個寬度為Tb的矩形脈沖的呼應(yīng)的矩形脈沖的呼應(yīng))(22)(fefHbBtth2ln2),exp()(222dQTtBQTtBQtgtbbbb)2/exp(2122ln222ln2)(2高斯濾波的最小移頻鍵控高斯濾波的最小移頻鍵控GMSK調(diào)制調(diào)制o0.20.40.60.81.00.70.40.30.250.2Tb2Tb Tb2

14、TbtBbTbg(t)高斯濾波的最小移頻鍵控高斯濾波的最小移頻鍵控GMSK調(diào)制調(diào)制d2. GMSK信號的相位軌跡信號的相位軌跡dTnTgaTttStbbnbc22cos)(0 / 2 / 2(t)MSKGMSKt / Tb12345678高斯濾波的最小移頻鍵控高斯濾波的最小移頻鍵控GMSK調(diào)制調(diào)制d3. GMSK調(diào)制器調(diào)制器cos(t)表地址產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)D / ALPF象限計數(shù)器sin(t)表D / ALPFcosctsincty(t)正交調(diào)制器高斯濾波的最小移頻鍵控高斯濾波的最小移頻鍵控GMSK調(diào)制調(diào)制d4. GMSK信號解調(diào)器信號解調(diào)器d1一比特延遲差分檢測器一比特延遲差分檢測器d2二比特

15、延遲差分檢測二比特延遲差分檢測中頻濾波器GMSK遲延 TbLPF取樣判決相移2ka 中頻濾波器GMSK遲延2TbLPF取樣判決ka 高斯濾波的最小移頻鍵控高斯濾波的最小移頻鍵控GMSK調(diào)制調(diào)制d5. GMSK信號的性能信號的性能d1功率譜密度功率譜密度高斯濾波的最小移頻鍵控高斯濾波的最小移頻鍵控GMSK調(diào)制調(diào)制2誤比特率性能誤比特率性能010203040506070106105104103102101(Eb / N0) / dBPe無衰落BbTb0.25fD40 Hz12 Hz4 Hz慢瑞利衰落010203040506070106105104103102101(Eb / N0) / dBPe相

16、干檢測二比特延遲差分檢測BbTb0.25fD40 HzGFSK信號的調(diào)制信號的調(diào)制dGFSK：高斯濾波的移頻鍵控：高斯濾波的移頻鍵控FM(h0.40.7)高斯濾波輸入數(shù)據(jù)不歸零(NRZ)GFSK信號四相移相鍵控四相移相鍵控d1.QPSK信號信號d雙比特碼元雙比特碼元四相移相鍵控四相移相鍵控四相移相鍵控四相移相鍵控d2.QPSK信號產(chǎn)生信號產(chǎn)生dQPSK信號可以用正交調(diào)制方式產(chǎn)生。信號可以用正交調(diào)制方式產(chǎn)生。 四相移相鍵控四相移相鍵控d3.QPSK信號的相位跳變信號的相位跳變dQPSK是一種相位不延續(xù)的信號是一種相位不延續(xù)的信號,在碼元轉(zhuǎn)換在碼元轉(zhuǎn)換的時辰，信號的相位發(fā)生跳變。經(jīng)過星座圖的時辰，

17、信號的相位發(fā)生跳變。經(jīng)過星座圖可以看出跳變的幅度為可以看出跳變的幅度為180和和90。偏移四相移相鍵控偏移四相移相鍵控d1. OQPSK信號信號偏移四相移相鍵控偏移四相移相鍵控/4-DQPSK調(diào)制調(diào)制d1. /4-DQPSK信號信號d/4-DQPSK是對是對QPSK信號的特性進(jìn)展改信號的特性進(jìn)展改良的一種調(diào)制方式。良的一種調(diào)制方式。d改良之一是將改良之一是將QPSK的最大相位跳變的最大相位跳變， 降為降為3/4， 從而改善了從而改善了/4-DQPSK的頻的頻譜特性。譜特性。d 改良之二是解調(diào)方式改良之二是解調(diào)方式, QPSK只能用相關(guān)解只能用相關(guān)解調(diào)，調(diào)， 而而/4-DQPSK既可以用相關(guān)解調(diào)

18、也可既可以用相關(guān)解調(diào)也可以采用非相關(guān)解調(diào)。以采用非相關(guān)解調(diào)。 /4-DQPSK調(diào)制調(diào)制d2. 信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生串 / 并變換sinctLPFcosctLPF放大輸入數(shù)據(jù)差分相位編碼SISQUkVk / 4-DPSK信號/4-DQPSK調(diào)制調(diào)制先不思索先不思索LPF的存在，已調(diào)信號的存在，已調(diào)信號 ：當(dāng)前碼元附加相位。：當(dāng)前碼元附加相位。 ：前一碼元附加相位。：前一碼元附加相位。 ：當(dāng)前碼元相位跳變量。：當(dāng)前碼元相位跳變量。kckckcckckttttVtUtSsinsincoscos)cos(sincos)(kkk1kkk/4-DQPSK調(diào)制調(diào)制Uk = cosk = cos(k-1+k)

19、 = cosk-1cosk-sink-1sink Vk = sink = sin(k-1+k) = sink-1cosk+cosk-1sink 其中，其中， sink-1=Vk-1, cosk-1=Uk-1，上面兩式可，上面兩式可改寫為改寫為kkkkkkkkkkUVVVUUsincossincos1111/4-DQPSK調(diào)制調(diào)制表表 2 - 2 /4-DQPSK的相位跳變規(guī)的相位跳變規(guī)那么那么/4-DQPSK調(diào)制調(diào)制(1, 0)(1, 0)I(0, 1)(0, 1)oQ)2/1 ,2/1 ()2/1 ,2/1 ()2/1 ,2/1 ()2/1 ,2/1 (/4-DQPSK調(diào)制調(diào)制Uk和和Vk能

20、夠的取值為能夠的取值為 五種取值。五種取值。如：如：1,2/1,012/12/1)2/1(2/14/3sin2/14/3cos2/1sincos11kkkkkVUU02/12/1)2/1(2/14/3sin2/14/3cos2/1sincos11kkkkkUVV正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制QAMd1. QAM信號信號d正交振幅調(diào)制是用兩個獨立的基帶數(shù)字信號正交振幅調(diào)制是用兩個獨立的基帶數(shù)字信號對兩個相互正交的同頻載波進(jìn)展抑制載波的對兩個相互正交的同頻載波進(jìn)展抑制載波的雙邊帶調(diào)制，利用這種已調(diào)信號在同一帶寬雙邊帶調(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)字信內(nèi)頻譜正交的性質(zhì)來

21、實現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息傳輸。息傳輸。 正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制QAMd2. 星座圖星座圖16QAM的星座圖 (a) 方型16QAM星座； (b) 星型16QAM星座(2.61,0)(4.61,0)(2.61,0)(4.61,0)(0,2.61)(0,4.61)(0,4.61)(0,2.61)(3,3)(3,1)(3,1)(3,3)(3,3)(3,1)(3,3)(1,1) (1,1)(a)(b)正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制QAM 作為例子，作為例子， 圖圖 2 - 42 是在限定信號點數(shù)目是在限定信號點數(shù)目M=8, 要求這些信號點僅取兩種振幅值，要求這些信號點僅取兩種振幅值， 且信號點之間的且信號點

22、之間的最小間隔為最小間隔為2A的條件下，的條件下， 得到的幾種信號空間構(gòu)造。得到的幾種信號空間構(gòu)造。 在一切信號點等概出現(xiàn)的情況下，在一切信號點等概出現(xiàn)的情況下， 平均發(fā)射信平均發(fā)射信號功率為號功率為)(2122mMmmavedMAP正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制QAM對于方型對于方型16QAM，信號平均功率為，信號平均功率為對于星型對于星型16QAM，信號平均功率為，信號平均功率為 22212210)18410824(16)()(AAdcMAspnMnn2222212203.14)61. 4861. 24(16)()(AAdcMAspnMnn正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制QAM(1, 1)(1, 1)(

23、1, 1)(1, 1)(3, 1)(3, 1)(3, 1)(3, 1)(a)22av6)10424(8AAP2A(1, 1)(C, C)22av83. 6)66.11424(8AAP223C(c)(2, 0)(2, 2)(0, 2)(2, 2)(2, 0)(2, 2)(0, 2)(2, 2)(b)22av6)8444(8AAP22(1, 1)0 ,31 ( 22av73. 4)464. 7424(8AAP(d)正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制QAM(c)(b)dmem(a)dmememdm方型方型QAM星座星座 (a) 4QAM； (b) 16QAM; (c) 64QAM正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制QAM

24、M4M16M256M128M64M32正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制QAM調(diào)制框圖調(diào)制框圖正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制QAM解調(diào)框圖解調(diào)框圖擴展頻譜調(diào)制擴展頻譜調(diào)制d1. 擴展頻譜通訊的定義擴展頻譜通訊的定義d信號的頻譜被展寬了；信號的頻譜被展寬了；d采用擴頻碼序列調(diào)制的方式來展寬信號頻譜；采用擴頻碼序列調(diào)制的方式來展寬信號頻譜；d在接納端用相關(guān)解調(diào)來實現(xiàn)解擴。在接納端用相關(guān)解調(diào)來實現(xiàn)解擴。擴展頻譜調(diào)制擴展頻譜調(diào)制d處置增益處置增益Gpd擴頻通訊的根本特點，是傳輸信號所占用的擴頻通訊的根本特點，是傳輸信號所占用的頻帶寬度頻帶寬度B遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身實踐所需遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身實踐所需的最小帶寬的最小帶寬Bm，

25、其比值稱為擴頻系統(tǒng)，其比值稱為擴頻系統(tǒng)的處置增益的處置增益Gp，表示擴頻系統(tǒng)信噪比，表示擴頻系統(tǒng)信噪比改善的程度。改善的程度。mpBBGlg10擴展頻譜調(diào)制擴展頻譜調(diào)制d2. 擴頻通訊的任務(wù)原理擴頻通訊的任務(wù)原理信息調(diào)制信息擴頻調(diào)制擴頻碼發(fā)生器射頻調(diào)制射頻發(fā)生器信息解調(diào)信息擴頻解調(diào)本地擴頻碼發(fā)生器變頻本地射頻發(fā)生器擴展頻譜調(diào)制擴展頻譜調(diào)制d3. 常用的擴頻通訊系統(tǒng)常用的擴頻通訊系統(tǒng)d直接序列擴頻直接序列擴頻Direct Sequence Spread Spectrum簡稱直接擴頻或直擴簡稱直接擴頻或直擴DS； d跳變頻率擴頻跳變頻率擴頻Frequency Hopping，簡稱跳頻簡稱跳頻FH；

26、 d跳變時間擴頻跳變時間擴頻Time Hopping，簡稱跳，簡稱跳時時TH； d寬帶線性調(diào)頻寬帶線性調(diào)頻Chirp Modulation，簡稱，簡稱Chirp。直接序列直接序列DS擴頻擴頻調(diào)相信碼(1)m(t)c(t)(3)功放(5)(6)PN(2) p(t)載波(4)時鐘前端相關(guān)調(diào)相(7)s1(t)s2(t)本振PN時鐘中頻濾波(8)解調(diào)(9)輸出信碼s(t)(a)s1(t)直接序列直接序列DS擴頻擴頻00000 0 0 00000000 00 0 0 000 00 0 00 0 0 0 0 0 0 00110 0 0 0110 01111010 01110101TpTb01(b)(1)

27、信碼 m(t)(2) 偽碼 p(t)(3) c(t) m(t) p(t)(4) 載波(5) PSK已調(diào)波s1(t)(6) s1(t)相位(7) s2(t)相位(8) 中頻相位(9) 解調(diào)輸出直接序列直接序列DS擴頻擴頻數(shù) 據(jù) 編 碼 和 交 織PN 源 載 波PN 源 數(shù) 字 濾 波 器 反 交 織 和 譯 碼數(shù) 據(jù) 載 波 外 部 干 擾f0f0 背 景 噪 聲 其 他 小 區(qū) 干 擾f0 其 他 用 戶干 擾f00 數(shù) 據(jù)f0 寬 帶 頻 譜f00-100dB/Hz 偽 信 號1.25MHz BW1.25MHz BW10kHz BW10kHz BW1.25MHz BW1.25MHz BW9

28、.6Kbps19.2Kbps1228Kbps1228Kbps19.2Kbps9.6Kbps1228Kbps1228Kbps 圖1.1 CDMA 原 理 圖跳頻跳頻FH跳頻跳頻FH跳時跳時THfDSFH混合方式混合方式在上述幾種根本擴頻方式的根底上，在上述幾種根本擴頻方式的根底上， 可以將其組合可以將其組合起來，起來， 構(gòu)成各種混合方式。構(gòu)成各種混合方式。 例如例如FH/DS、 DS/TH、 DS/FH/TH等等。等等。DS/FH系統(tǒng)，系統(tǒng)， 就是一種中心頻率在某一頻帶內(nèi)跳變就是一種中心頻率在某一頻帶內(nèi)跳變的直接序列擴頻系統(tǒng)。的直接序列擴頻系統(tǒng)。fDSFH偽隨機偽隨機PN序列序列d偽隨機碼偽隨機

29、碼Pseudo-Noise，PN碼，是一種碼，是一種逼近隨機信號或白噪聲性能的周期性脈沖信號逼近隨機信號或白噪聲性能的周期性脈沖信號即碼序列。即碼序列。d偽隨機碼的最重要的特性是它具有近似于隨機偽隨機碼的最重要的特性是它具有近似于隨機信號的性能，信號的性能， 也可以說具有近似于白噪聲的性也可以說具有近似于白噪聲的性能。能。d常用的偽隨機序列：常用的偽隨機序列：m序列、序列、Gold 序列、序列、Walsh序列等。序列等。偽隨機偽隨機PN序列序列d1. 碼序列的相關(guān)性碼序列的相關(guān)性d對二進(jìn)制序列，碼序列的自相關(guān)函數(shù)為對二進(jìn)制序列，碼序列的自相關(guān)函數(shù)為d自相關(guān)系數(shù)為自相關(guān)系數(shù)為dA為碼序列中對應(yīng)碼

30、元一樣的個數(shù)；為碼序列中對應(yīng)碼元一樣的個數(shù)；dD為碼序列中對應(yīng)碼元不同的個數(shù)。為碼序列中對應(yīng)碼元不同的個數(shù)。 xRAD xADADADP偽隨機偽隨機PN序列序列 對二進(jìn)制序列，不同碼序列之間的相互關(guān)系可對二進(jìn)制序列，不同碼序列之間的相互關(guān)系可以表示為以表示為A表示為碼序列表示為碼序列x和和y的對應(yīng)元素一樣的個數(shù)；的對應(yīng)元素一樣的個數(shù)；D表示為碼序列表示為碼序列x和和y的對應(yīng)元素不同的個數(shù)。的對應(yīng)元素不同的個數(shù)。,ADADx yADP偽隨機偽隨機PN序列序列d2. m序列序列dM序列是最長線性移位存放器序列的簡稱。序列是最長線性移位存放器序列的簡稱。d它通常是由反響移位存放器產(chǎn)生的具有像隨它通常

31、是由反響移位存放器產(chǎn)生的具有像隨機噪聲波形的周期性二元序列。機噪聲波形的周期性二元序列。dn級移位存放器所能產(chǎn)生的最大長度的碼序級移位存放器所能產(chǎn)生的最大長度的碼序列為列為2n-1位。位。d在在CDMA蜂窩系統(tǒng)中，運用了蜂窩系統(tǒng)中，運用了2中中m序列：序列：dn=15，短碼，短碼m序列；序列；n=42，長碼，長碼m序序列。列。m序列序列d1m序列的產(chǎn)生序列的產(chǎn)生dm序列的發(fā)生器是由移位存放器、反響抽頭序列的發(fā)生器是由移位存放器、反響抽頭及模及模2加法器組成的。加法器組成的。DnD3D2D1時鐘輸出Cn1C2C1Cn1C01m序列序列 圖中圖中C0， C1， ， Cn均為反響線，均為反響線， 其

32、中其中C0=Cn=1， 表示反響銜接。由于表示反響銜接。由于m序列是由循環(huán)序序列是由循環(huán)序列發(fā)生器產(chǎn)生的，因此列發(fā)生器產(chǎn)生的，因此C0和和Cn一定為一定為 1，即參與反，即參與反響。而反響系數(shù)響。而反響系數(shù)C1， C2，Cn-1 假設(shè)為假設(shè)為 1，參，參與反響；假設(shè)為與反響；假設(shè)為 0，那么表示斷開反響線，即開路，那么表示斷開反響線，即開路，無反響連線。無反響連線。 一個線性反響移位存放器能否產(chǎn)生一個線性反響移位存放器能否產(chǎn)生m序列，決序列，決議于它的反響系數(shù)議于它的反響系數(shù)Ci(C0， C1， ， Cn 的總稱的總稱)。 m序列序列m序列序列d2m序列的性質(zhì)序列的性質(zhì)d1. 平衡性平衡特性平

33、衡性平衡特性d每個周期中每個周期中1的個數(shù)比的個數(shù)比0的個數(shù)多的個數(shù)多1個。個。d2.游程特性游程分布的隨機性游程特性游程分布的隨機性d長度為長度為k的游程數(shù)目占游程總數(shù)的的游程數(shù)目占游程總數(shù)的2-k，1k(n-1)；d并且長度為并且長度為k(1k(n-2)的游程中，連的游程中，連“1游程數(shù)目和連游程數(shù)目和連“0游程數(shù)目一樣。游程數(shù)目一樣。m序列序列游程長度游程長度/比特比特游程數(shù)目游程數(shù)目所含的比特數(shù)所含的比特數(shù)所包含的比例所包含的比例“1”“0”12241/2121141/2230131/2341041/238151m序列序列3.移位相加特性線性疊加性移位相加特性線性疊加性m序列和其移位后

34、的序列逐位模序列和其移位后的序列逐位模2相加，所得的相加，所得的序列依然是序列依然是m序列，只是相移不同而已。序列，只是相移不同而已。4. 自相關(guān)特性自相關(guān)特性M序列的自相關(guān)系數(shù)為序列的自相關(guān)系數(shù)為 1010,1,2,1PP m序列序列m序列的自相關(guān)系數(shù)序列的自相關(guān)系數(shù) Gold序列序列dm序列雖然性能優(yōu)良，但同樣長度的序列雖然性能優(yōu)良，但同樣長度的m序列序列個數(shù)不多，且序列之間的相互關(guān)值并不都好。個數(shù)不多，且序列之間的相互關(guān)值并不都好。dR.Gold提出了一種基于提出了一種基于m序列的碼序列，稱序列的碼序列，稱為為Gold碼序列。碼序列。dGold碼是碼是m序列的組合碼，由同步時鐘控制序列的

35、組合碼，由同步時鐘控制的兩個的兩個m序列逐位模序列逐位模2相加得到。相加得到。Gold序列序列Gold序列構(gòu)成表示圖序列構(gòu)成表示圖 Gold序列序列假設(shè)兩個假設(shè)兩個m序列，序列， 它們的相互關(guān)函數(shù)滿足下式條件：它們的相互關(guān)函數(shù)滿足下式條件：那么這兩個那么這兩個m序列可構(gòu)成優(yōu)選對。序列可構(gòu)成優(yōu)選對。例如，例如，n=5時，由時，由Ci為為45和和75產(chǎn)生的兩個產(chǎn)生的兩個m序列可構(gòu)序列可構(gòu)成優(yōu)選對。成優(yōu)選對。 )4( 12 12)(2221的倍數(shù)但不是為偶數(shù)為奇數(shù)nnRnnGold序列序列dGold碼序列的性質(zhì)碼序列的性質(zhì)d1. Gold碼序列具有三值相互關(guān)特性；碼序列具有三值相互關(guān)特性；d2. G

36、old碼序列的自相關(guān)旁瓣也同相互關(guān)函碼序列的自相關(guān)旁瓣也同相互關(guān)函數(shù)一樣取三值，只是出現(xiàn)的位置不一樣。數(shù)一樣取三值，只是出現(xiàn)的位置不一樣。d3. 兩個兩個m序列優(yōu)選對不同移位相加產(chǎn)生的新序列優(yōu)選對不同移位相加產(chǎn)生的新序列都是序列都是Gold序列。序列。表表 2 - 9 Gold碼三值相互關(guān)特性碼三值相互關(guān)特性沃爾什沃爾什Walsh碼碼d沃爾什沃爾什Walsh函數(shù)集是完備的非正弦型函數(shù)集是完備的非正弦型正交函數(shù)集，相應(yīng)的離散沃爾什函數(shù)簡稱為正交函數(shù)集，相應(yīng)的離散沃爾什函數(shù)簡稱為沃爾什序列或沃爾什碼。沃爾什序列或沃爾什碼。d沃爾什函數(shù)具有理想的相互關(guān)特性，沃爾什沃爾什函數(shù)具有理想的相互關(guān)特性，沃爾

37、什函數(shù)族中，兩兩之間的相互關(guān)函數(shù)為函數(shù)族中，兩兩之間的相互關(guān)函數(shù)為“0，即它們之間是正交的。即它們之間是正交的。d在碼分多址通訊中，沃爾什碼用作用戶的地在碼分多址通訊中，沃爾什碼用作用戶的地址碼。址碼。哈達(dá)馬矩陣哈達(dá)馬矩陣Walsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系 00H 1000 111122HH或0110110010100000 11111111111111112222224或HHHHHH哈達(dá)馬矩陣哈達(dá)馬矩陣Walsh函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系函數(shù)矩陣的遞推關(guān)系 4482 4440000000001010101001100110110011000001011010111100011100001

38、101101HHHHHH哈達(dá)馬矩陣哈達(dá)馬矩陣普通關(guān)系式為普通關(guān)系式為其中其中N取取2的冪，的冪， 是的是的 補。補。 NNNNNHHHHH2NHNH沃爾什沃爾什Walsh碼的產(chǎn)生碼的產(chǎn)生d1. 沃爾什矩陣沃爾什矩陣d將將H矩陣中各行按符號改動次數(shù)由少到多陳矩陣中各行按符號改動次數(shù)由少到多陳列，得出沃爾什矩陣簡稱列，得出沃爾什矩陣簡稱W矩陣。矩陣。80000000000001111001111000011001101100110011010010101101001010101W沃爾什沃爾什Walsh碼的產(chǎn)生碼的產(chǎn)生d2. 沃爾什碼沃爾什碼tWal(7, t)tWal(6, t)tWal(5, t

39、)tWal(4, t)tWal(3, t)tWal(2, t)tWal(1, t)tWal(0, t) 01101nOFDM的原理的原理2022-5-788圖圖4-44FDMa、OFDM(b)帶寬的比較帶寬的比較 頻分復(fù)用頻分復(fù)用系統(tǒng)中各個子信道的頻譜不重疊，且相鄰的系統(tǒng)中各個子信道的頻譜不重疊，且相鄰的子信道之間有足夠的維護間隔以便于接納機子信道之間有足夠的維護間隔以便于接納機用濾波器把這些子信道別分開來。用濾波器把這些子信道別分開來。正交頻分復(fù)用正交頻分復(fù)用假設(shè)子載波的間隔等于并行碼元長度的倒數(shù)假設(shè)子載波的間隔等于并行碼元長度的倒數(shù)1/Ts和運用相關(guān)檢測，采用子載波的頻和運用相關(guān)檢測，采用

40、子載波的頻譜重疊可以使并行系統(tǒng)獲得更高的帶寬效率。譜重疊可以使并行系統(tǒng)獲得更高的帶寬效率。2022-5-789nOFDM信號的產(chǎn)生信號的產(chǎn)生2022-5-790圖2-66OFDM系統(tǒng)根本模型框圖 一個一個OFDM符號之內(nèi)包括多個經(jīng)過調(diào)制的子符號之內(nèi)包括多個經(jīng)過調(diào)制的子載波的合成信號，其中每個子載波都可以遭載波的合成信號，其中每個子載波都可以遭到相移鍵控到相移鍵控PSK或者正交幅度調(diào)制或者正交幅度調(diào)制QAM符號的調(diào)制。符號的調(diào)制。采用復(fù)等效基帶信號來描畫采用復(fù)等效基帶信號來描畫OFDM的輸出信的輸出信號，其中實部和虛部分別對應(yīng)于號，其中實部和虛部分別對應(yīng)于OFDM符號符號的同相和正交分量，在實踐

41、中可以分別與相的同相和正交分量，在實踐中可以分別與相應(yīng)子載波的應(yīng)子載波的cos分量和分量和sin分量相乘，構(gòu)成最分量相乘，構(gòu)成最終的子信道信號和合成的終的子信道信號和合成的OFDM符號。符號。2022-5-791nOFDM信號的頻譜信號的頻譜nOFDM符號頻譜可以滿足奈奎斯特準(zhǔn)那么，符號頻譜可以滿足奈奎斯特準(zhǔn)那么，即多個子信道頻譜之間不存在相互關(guān)擾。即多個子信道頻譜之間不存在相互關(guān)擾。n系統(tǒng)的發(fā)射頻譜的外形是經(jīng)過仔細(xì)設(shè)計的，系統(tǒng)的發(fā)射頻譜的外形是經(jīng)過仔細(xì)設(shè)計的，使得每個子信道的頻譜在其他子載波頻率使得每個子信道的頻譜在其他子載波頻率上為零，這樣子信道之間就不會發(fā)生干擾。上為零，這樣子信道之間就

42、不會發(fā)生干擾。n當(dāng)子信道的脈沖為矩形脈沖時，具有當(dāng)子信道的脈沖為矩形脈沖時，具有sinc函數(shù)方式的頻譜可以準(zhǔn)確滿足這一要求。函數(shù)方式的頻譜可以準(zhǔn)確滿足這一要求。2022-5-7922022-5-793圖4-46OFDM的功率譜例子 n正交頻分復(fù)用的正交頻分復(fù)用的DFT實現(xiàn)實現(xiàn)2022-5-794圖2-70運用DFT技術(shù)的OFDM系統(tǒng) n維護間隔維護間隔n為了消除碼間干擾為了消除碼間干擾ISI，通常要引入維，通常要引入維護間隔護間隔Tg。通常。通常Tg的選取應(yīng)大于無線信道的選取應(yīng)大于無線信道中最大多徑的時延的長度，這樣可以保證中最大多徑的時延的長度，這樣可以保證前后碼元間不會產(chǎn)生干擾。前后碼元間

43、不會產(chǎn)生干擾。n在維護間隔內(nèi)，可以不傳輸任何信息，但在維護間隔內(nèi)，可以不傳輸任何信息，但此時能夠會產(chǎn)生載波間的干擾此時能夠會產(chǎn)生載波間的干擾ICI，即，即子載波之間的正交性會被破壞。子載波之間的正交性會被破壞。n為處理為處理ICI，可將子載波延拓一個維護間隔。，可將子載波延拓一個維護間隔。2022-5-7952022-5-796圖4-48OFDM符號內(nèi)包括4個子載波的情況 一切的子載波都具有一樣的幅值和相位，但一切的子載波都具有一樣的幅值和相位，但在實踐運用中，根據(jù)數(shù)據(jù)符號的調(diào)制方式，在實踐運用中，根據(jù)數(shù)據(jù)符號的調(diào)制方式，每個子載波都有一樣的幅值和相位是不能夠每個子載波都有一樣的幅值和相位是不能夠的。從圖的。從圖4-484-48可以看出，每個子載波在一個可以看出，每個子載波在一個OFDMOFDM符號周期內(nèi)都包含整數(shù)倍個周期，而且符號周期內(nèi)都包含整數(shù)倍個周期，而且各個相鄰的子載波之間相差各個相鄰的子載波之間相差1 1個周期。個周期。2022-5-7972022-5-798多徑情況下，空閑維護間隔多徑情況下，空閑維護間隔 在子載波間呵斥的干擾在子載波間呵斥的干擾 2022-5-799子載波的延拓n循環(huán)前綴循環(huán)前綴n為了消除由于多徑的所呵斥的為了消除由于多徑的所呵斥的ICI，OFDM符號還需求在其維護間隔