移動(dòng)通信第二章 調(diào)制技術(shù)2

1、第二章 調(diào)制技術(shù)目錄目錄1什么是調(diào)制、解調(diào)？什么是調(diào)制、解調(diào)？2調(diào)制的目的是什么？調(diào)制的目的是什么？3調(diào)制的分類調(diào)制的分類4線性調(diào)制與解調(diào)線性調(diào)制與解調(diào)5恒定包絡(luò)（連續(xù)相位）調(diào)制恒定包絡(luò)（連續(xù)相位）調(diào)制6（書（書2.5節(jié)）擴(kuò)頻通信節(jié)）擴(kuò)頻通信7（書（書2.6節(jié)）多載波通信節(jié)）多載波通信調(diào)制、解調(diào)技術(shù) 使高頻信號(hào)的某個(gè)參數(shù)（如幅度、頻率和相使高頻信號(hào)的某個(gè)參數(shù)（如幅度、頻率和相位）隨基帶信號(hào)發(fā)生相應(yīng)的變化，以此方法攜帶位）隨基帶信號(hào)發(fā)生相應(yīng)的變化，以此方法攜帶基帶信號(hào)的信息?；鶐盘?hào)的信息。 解調(diào)是調(diào)制的逆過程。解調(diào)是調(diào)制的逆過程。1什么是什么是調(diào)制、解調(diào)調(diào)制、解調(diào)？2調(diào)制的調(diào)制的目的目的是什么

2、？是什么？ 使傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)變換成適合信信道道傳輸?shù)男盘?hào)。？移動(dòng)通信信道的特點(diǎn)？移動(dòng)通信信道的特點(diǎn)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)移動(dòng)通信信道的特點(diǎn)：移動(dòng)通信信道的特點(diǎn)：1. 調(diào)制后頻帶利用率高（用每調(diào)制后頻帶利用率高（用每Hz所傳的比特?cái)?shù)來衡量）。所傳的比特?cái)?shù)來衡量）。2. 已調(diào)信號(hào)的頻譜旁瓣小，避免對(duì)鄰道的干擾。已調(diào)信號(hào)的頻譜旁瓣小，避免對(duì)鄰道的干擾。3. 抗衰落性能好，誤碼率盡可能低?？顾ヂ湫阅芎茫`碼率盡可能低。4. 同頻復(fù)用的距離小。同頻復(fù)用的距離小。5. 能高效率解調(diào)，降低移動(dòng)臺(tái)功耗。能高效率解調(diào)，降低移動(dòng)臺(tái)功耗。6. 電路易于實(shí)現(xiàn)。電路易于實(shí)現(xiàn)。所以對(duì)調(diào)制、解

3、調(diào)技術(shù)的要求：所以對(duì)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)的要求：1. 帶寬有限帶寬有限2. 干擾和噪聲影響大干擾和噪聲影響大3. 存在著多徑衰落存在著多徑衰落調(diào)制、解調(diào)技術(shù)三三. 調(diào)制的調(diào)制的分類分類實(shí)際應(yīng)用中的數(shù)字調(diào)制技術(shù)分為兩類：實(shí)際應(yīng)用中的數(shù)字調(diào)制技術(shù)分為兩類：線性調(diào)制：PSK、QPSK、DQPSK、OQPSK、 /4-DQPSK等恒定包絡(luò)（連續(xù)相位）調(diào)制：MSK、GMSK、 GFSK等模擬調(diào)制：AM、FM、PM數(shù)字調(diào)制：ASK、FSK、PSK調(diào)制、解調(diào)技術(shù)n 以上兩種調(diào)制的優(yōu)缺點(diǎn)：以上兩種調(diào)制的優(yōu)缺點(diǎn)：線性調(diào)制（一般不等幅）線性調(diào)制（一般不等幅）： 優(yōu)點(diǎn)：頻帶利用率高優(yōu)點(diǎn)：頻帶利用率高 缺點(diǎn)：要求通信設(shè)備從

4、頻率變換道放大和發(fā)射保缺點(diǎn)：要求通信設(shè)備從頻率變換道放大和發(fā)射保 持充分的線性，所以設(shè)備復(fù)雜、成本高持充分的線性，所以設(shè)備復(fù)雜、成本高恒定包絡(luò)（連續(xù)相位）調(diào)制（等幅）恒定包絡(luò)（連續(xù)相位）調(diào)制（等幅）： 優(yōu)點(diǎn)：可使用功率高的優(yōu)點(diǎn)：可使用功率高的C類放大器類放大器 缺點(diǎn)：頻譜利用率低缺點(diǎn)：頻譜利用率低調(diào)制、解調(diào)技術(shù)4線性調(diào)制與解調(diào)線性調(diào)制與解調(diào) 設(shè)輸入信號(hào)：an，an=1，n=-, 則PSK的信號(hào)形式為： 11coscos nnccaatAtAts， 1. 相移鍵控調(diào)制（相移鍵控調(diào)制（PSK）調(diào)制、解調(diào)技術(shù)a 調(diào)制調(diào)制、解調(diào)技術(shù)b 解調(diào)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)c 誤比特率 rerfce21P re e21P

5、相干解調(diào)：差分相干解調(diào)：調(diào)制、解調(diào)技術(shù)2. 正交相移鍵控（正交相移鍵控（QPSK）和）和 交錯(cuò)正交相移鍵控（交錯(cuò)正交相移鍵控（OQPSK） ttqttitAtAtccckck sincossinsincoscoss QPSK星座圖調(diào)制、解調(diào)技術(shù)a 調(diào)制星座圖QPSK載波相位跳變載波相位跳變0，/2， OQPSK載波相位跳變載波相位跳變0，/2調(diào)制、解調(diào)技術(shù)b 解調(diào)采用相干解調(diào)c 比較（2PSK、QPSK、OPSK）1）QPSK比2PSK頻帶利用率高兩倍 QPSK相當(dāng)于兩個(gè)相當(dāng)于兩個(gè)2PSK的疊加，帶寬不變，的疊加，帶寬不變， 而傳輸速率多而傳輸速率多1倍倍2）OQPSK比QPSK的頻譜旁瓣要低

6、3）OPSK比QPSK的抗干擾能力強(qiáng)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)3. /4-DQPSK調(diào)制調(diào)制是對(duì)是對(duì)QPSK的改進(jìn)：的改進(jìn)：1）QPSK的相位跳變的相位跳變, , /4-DQPSK的的跳變?yōu)樘優(yōu)? 3/4，改變了頻率特性。，改變了頻率特性。2）QPSK只能相干解調(diào)，而只能相干解調(diào)，而/4-DQPSK可可進(jìn)行非相干解調(diào)，接收設(shè)備大大簡化。進(jìn)行非相干解調(diào)，接收設(shè)備大大簡化。調(diào)制、解調(diào)技術(shù)a 調(diào)制 )(coskcktts 調(diào)制、解調(diào)技術(shù) tVtttttsckckckckkck sincosUsinsincoscos)(cos 調(diào)制、解調(diào)技術(shù)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)b 解調(diào)1) 基帶差分檢測(cè)基帶差分檢測(cè)解碼：解碼：調(diào)制、

7、解調(diào)技術(shù)2) 中頻差分檢測(cè)中頻差分檢測(cè)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)3) 鑒頻器檢測(cè)鑒頻器檢測(cè)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)4. QAMQAM調(diào)制調(diào)制 是二進(jìn)制的是二進(jìn)制的PSK、四進(jìn)制、四進(jìn)制QPSK調(diào)制的進(jìn)一調(diào)制的進(jìn)一步推廣，通過相位和振幅的聯(lián)合控制。步推廣，通過相位和振幅的聯(lián)合控制。調(diào)制、解調(diào)技術(shù)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)1. 頻移鍵控調(diào)制（頻移鍵控調(diào)制（FSK）五五. 恒定包絡(luò)（連續(xù)相位）調(diào)制恒定包絡(luò)（連續(xù)相位）調(diào)制帶寬為：帶寬為：B=|f2-f1|+2fs調(diào)制、解調(diào)技術(shù)a 調(diào)制-1 +1調(diào)制、解調(diào)技術(shù)b 解調(diào)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)c 誤比特率 221Prerfce調(diào)制、解調(diào)技術(shù)2. 最小頻移鍵控調(diào)制（最小頻移鍵控調(diào)制（M

8、SK） 是一種特殊形式的是一種特殊形式的FSK，頻差滿足兩個(gè)頻率，頻差滿足兩個(gè)頻率相互正交的最小頻差。相互正交的最小頻差。 即：即：f=f2-f1=1/(2Tb)5 . 0/1 bTfh調(diào)制指數(shù)：調(diào)制指數(shù)：Tb為輸入數(shù)據(jù)流的比特寬度。為輸入數(shù)據(jù)流的比特寬度。調(diào)制、解調(diào)技術(shù)012345678910111213141516-1+1+1-1-1-1-1+1+1+1+1-1+1-1-1-1+1-1-1+1-1+1+1+1-1+1+1+1-1-1-1+1+1-100-2-3-3-34-4-4-4777-7-79-1-1+1+1-1-1-1-1+1+1+1+1+1+1-1-1+1+1+1+1-1-1-1-

9、1+1+1+1+1-1-1-1-1-1-1Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb10Tb11Tb12Tb13Tb14Tb15Tb16Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb10Tb11Tb12Tb13Tb14Tb15Tb16TbTbkdkakxkcosxkcosxkcost2Tbakcosxksint2TbakcosxkttTxattTxxtaTttScbkkcbkkkbc sin2sincoscos2coscos2cos)( 調(diào)制、解調(diào)技術(shù)a 調(diào)制akcosxkcosxk調(diào)制、解調(diào)技術(shù)b 解調(diào)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)c 與FSK比較1）頻率利用高2）誤碼率低3）有自同步性能調(diào)

10、制、解調(diào)技術(shù)3. 高斯最小頻移鍵控（高斯最小頻移鍵控（GMSK）a 調(diào)制調(diào)制、解調(diào)技術(shù)b 解調(diào)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)4. 高斯濾波的頻移鍵控（高斯濾波的頻移鍵控（GFSK）a 調(diào)制b 應(yīng)用數(shù)字無繩電話系統(tǒng)數(shù)字無繩電話系統(tǒng)CT2、DECT等。等。2.5 擴(kuò)頻通信一一. 概述概述2.5 擴(kuò)頻通信擴(kuò)頻通信1. 擴(kuò)頻擴(kuò)頻把信息的頻譜擴(kuò)展到寬帶中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。把信息的頻譜擴(kuò)展到寬帶中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。2. 擴(kuò)頻通信與常規(guī)的窄帶通信方式的區(qū)別：擴(kuò)頻通信與常規(guī)的窄帶通信方式的區(qū)別：1）信息的頻譜擴(kuò)展后形成寬帶傳輸。2）相關(guān)處理后恢復(fù)成窄帶信息數(shù)據(jù)。2.5 擴(kuò)頻通信3. 典型擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)框圖典型擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)框圖2.5

11、 擴(kuò)頻通信3）隱蔽性好4）可以實(shí)現(xiàn)碼分多址（CDMA系統(tǒng)使用）5）抗多徑干擾1） 易于重復(fù)使用頻率，提高了無線頻譜利用率。2） 抗干擾能力強(qiáng)，誤碼率低。4. 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)2.5 擴(kuò)頻通信5. 擴(kuò)頻方式擴(kuò)頻方式 直接序列（直接序列（DS）：用比特率高很多倍的偽隨機(jī)碼即噪聲碼（PN）與信號(hào)相乘，來擴(kuò)展帶寬。2.5 擴(kuò)頻通信 跳頻（跳頻（FH）：用擴(kuò)頻碼控制載波頻率。：用擴(kuò)頻碼控制載波頻率。GSM系統(tǒng)：規(guī)定跳頻頻率為系統(tǒng)：規(guī)定跳頻頻率為217跳跳/秒秒2.5 擴(kuò)頻通信 跳時(shí)（跳時(shí)（TH）：用擴(kuò)頻碼去控制信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)片。：用擴(kuò)頻碼去控制信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)片。2.5 擴(kuò)頻通信二二. 直接序列擴(kuò)頻（直接序列擴(kuò)頻（D

12、SS）組成與原理）組成與原理2.5 擴(kuò)頻通信擴(kuò)頻擴(kuò)頻解擴(kuò)解擴(kuò)2.5 擴(kuò)頻通信偽隨機(jī)序列：偽隨機(jī)序列：1. m序列序列(PN序列序列)2. Gold序列序列3. Walsh函數(shù)函數(shù)2.5 擴(kuò)頻通信4. 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)1）處理增益（）處理增益（Gp）：）：頻譜擴(kuò)展前的信息帶寬頻譜擴(kuò)展前的信息帶寬F與頻帶擴(kuò)展后的信號(hào)帶寬與頻帶擴(kuò)展后的信號(hào)帶寬W之比。之比。FWp GFWp lg10G工程上：工程上：2）抗干擾容限：）抗干擾容限：指擴(kuò)頻通信系統(tǒng)能在多大干擾指擴(kuò)頻通信系統(tǒng)能在多大干擾環(huán)境下正常工作的能力。環(huán)境下正常工作的能力。 soutLNSGpjM Mj：抗干擾容限：抗干擾容限 Ls：接收系

13、統(tǒng)的工作損耗：接收系統(tǒng)的工作損耗（S/N）out：信息數(shù)據(jù)被正確解調(diào)而要求的最小輸出信噪比：信息數(shù)據(jù)被正確解調(diào)而要求的最小輸出信噪比2.5 擴(kuò)頻通信舉例：一個(gè)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)處理增益為舉例：一個(gè)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)處理增益為35dB。要求誤。要求誤碼率小于碼率小于10-5的信息數(shù)據(jù)解調(diào)的最小的輸出信噪比的信息數(shù)據(jù)解調(diào)的最小的輸出信噪比（S/N）out10dB，系統(tǒng)損耗為，系統(tǒng)損耗為Ls3dB，則干擾，則干擾容限為多少？容限為多少？解：解：）（）（db2231035Mj soutLNSGp2.6 多載波通信 多載波傳輸首先把一個(gè)高速的數(shù)據(jù)流分解為若干個(gè)低速多載波傳輸首先把一個(gè)高速的數(shù)據(jù)流分解為若干個(gè)低速的子

14、數(shù)據(jù)流（這樣每個(gè)子數(shù)據(jù)流將具有低得多的比特速率），的子數(shù)據(jù)流（這樣每個(gè)子數(shù)據(jù)流將具有低得多的比特速率）， 然后，然后， 對(duì)每個(gè)子數(shù)據(jù)流進(jìn)行符號(hào)調(diào)制（符號(hào)匹配）和濾波對(duì)每個(gè)子數(shù)據(jù)流進(jìn)行符號(hào)調(diào)制（符號(hào)匹配）和濾波（波形形成），（波形形成）， 再用這樣的子數(shù)據(jù)流的已調(diào)符號(hào)去調(diào)制相應(yīng)再用這樣的子數(shù)據(jù)流的已調(diào)符號(hào)去調(diào)制相應(yīng)的子載波，的子載波， 從而構(gòu)成多個(gè)并行的已調(diào)信號(hào)，經(jīng)過合成后進(jìn)行從而構(gòu)成多個(gè)并行的已調(diào)信號(hào)，經(jīng)過合成后進(jìn)行傳輸。傳輸。2.6 多載波通信多載波通信一一. 多載波傳輸系統(tǒng)多載波傳輸系統(tǒng)g(t)Sn, 0t0jeg(t)Sn, ktkjeg(t)Sn, N1tN 1jesn(t)信道t0j

15、 er(t)g* ( t)g* ( t)g* ( t)-tkj e-tN 1j e-g(t)Sn, 0t0jeg(t)Sn, ktkjeg(t)Sn, N1tN 1jesn(t)信道t0j er(t)g* ( t)g* ( t)g* ( t)-tkj e-tN 1j e- 在單載波系統(tǒng)中，在單載波系統(tǒng)中， 一次衰落或者干擾就可以導(dǎo)致整個(gè)傳一次衰落或者干擾就可以導(dǎo)致整個(gè)傳輸鏈路失效輸鏈路失效， 但是在多載波系統(tǒng)中，但是在多載波系統(tǒng)中， 某一時(shí)刻只會(huì)有少部某一時(shí)刻只會(huì)有少部分的子信道會(huì)受到深衰落或干擾的影響分的子信道會(huì)受到深衰落或干擾的影響， 因此因此多載波系統(tǒng)具多載波系統(tǒng)具有較高的傳輸能力以及抗

16、衰落和干擾能力。有較高的傳輸能力以及抗衰落和干擾能力。 第第1種方法種方法： 各子載波間的間隔足夠大，各子載波間的間隔足夠大， 從而使各路子從而使各路子載波上的已調(diào)信號(hào)的頻譜不相重疊載波上的已調(diào)信號(hào)的頻譜不相重疊. 該方案就是傳統(tǒng)的頻分復(fù)用方式，該方案就是傳統(tǒng)的頻分復(fù)用方式， 即將整個(gè)頻帶劃分即將整個(gè)頻帶劃分成成N個(gè)不重疊的子帶，個(gè)不重疊的子帶， 每個(gè)子帶傳輸一路子帶已調(diào)信號(hào)，每個(gè)子帶傳輸一路子帶已調(diào)信號(hào)， 在接收端可用濾波器組進(jìn)行分離。在接收端可用濾波器組進(jìn)行分離。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)這種方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單、現(xiàn)簡單、 直接；直接； 缺點(diǎn)是頻譜的利用率低，缺點(diǎn)是頻譜的利用率低， 子信道之間要

17、子信道之間要留有保護(hù)頻帶，留有保護(hù)頻帶， 而且多個(gè)濾波器的實(shí)現(xiàn)也有不少困難。而且多個(gè)濾波器的實(shí)現(xiàn)也有不少困難。 在多載波傳輸技術(shù)中，在多載波傳輸技術(shù)中， 對(duì)每一路載波頻率（子載波）對(duì)每一路載波頻率（子載波）的選取可以有多種方法，的選取可以有多種方法， 它們的不同選取將決定最終已調(diào)它們的不同選取將決定最終已調(diào)信號(hào)的頻譜寬度和形狀。信號(hào)的頻譜寬度和形狀。ffnfnf(a)(b)(c)第第2種方法種方法： 各子載波間的間隔選取，各子載波間的間隔選取， 使得已調(diào)信號(hào)的頻譜使得已調(diào)信號(hào)的頻譜部分重疊，部分重疊， 使復(fù)合譜是平坦的。使復(fù)合譜是平坦的。 重疊的譜的交點(diǎn)在信號(hào)功率重疊的譜的交點(diǎn)在信號(hào)功率比峰值

18、功率低比峰值功率低3 dB處。處。 子帶已調(diào)信號(hào)之間的正交性通過交錯(cuò)子帶已調(diào)信號(hào)之間的正交性通過交錯(cuò)同相或正交子帶的數(shù)據(jù)得到同相或正交子帶的數(shù)據(jù)得到(即將數(shù)據(jù)偏移半個(gè)碼元周期即將數(shù)據(jù)偏移半個(gè)碼元周期)。 ffnfnf(a)(b)(c)ffnfnf(a)(b)(c)第第3種方案是種方案是： 各子載波是互相正交的，各子載波是互相正交的， 且各子載波的頻譜有且各子載波的頻譜有1/2的重疊。的重疊。 該調(diào)制方式被稱為正交頻分復(fù)用該調(diào)制方式被稱為正交頻分復(fù)用(OFDM)。 此時(shí)此時(shí)的系統(tǒng)帶寬比的系統(tǒng)帶寬比FDMA系統(tǒng)的帶寬可以節(jié)省一半。系統(tǒng)的帶寬可以節(jié)省一半。二二. OFDM的基本原理的基本原理g(t)

19、Sn, 0t0jeg(t)Sn, ktkjeg(t)Sn, N1tN 1jesn(t)信道t0j er(t)g* ( t)g* ( t)g* ( t)-tkj e-tN 1j e-g(t)Sn, 0t0jeg(t)Sn, ktkjeg(t)Sn, N1tN 1jesn(t)模/數(shù)數(shù)/模g(t)Sn, 0t0jet0jeg(t)Sn, ktkjetkjeg(t)Sn, N1tN 1jetN 1jesn(t)模/數(shù)數(shù)/模g(t)Sn, 0t0jeg(t)Sn, ktkjeg(t)Sn, N1tN 1jesn(t)模/數(shù)數(shù)/模g(t)Sn, 0t0jet0jeg(t)Sn, ktkjetkjeg(t)Sn, N1tN 1jetN 1jesn(t)模/數(shù)數(shù)/模g(t)Sn, 0t0je?g(t)Sn, ktk?jeg(t)Sn, N1tN 1je?數(shù)/模g(t)Sn, 0t0je?t0je?g