第3章現(xiàn)代無線通信原理調(diào)制技術(shù)

1、第三章 無線通信中的調(diào)制技術(shù)3.1 無線通信中的調(diào)制技術(shù)概述3.2 模擬調(diào)制 201310243.3 數(shù)字調(diào)制3.4 線性調(diào)制技術(shù)3.5 恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)3.6 線性和恒包絡(luò)組合調(diào)制技術(shù)3.7 衰落和多徑信道的調(diào)制性能3.1 無線通信中的調(diào)制技術(shù)概述無線通信為什么要進(jìn)行調(diào)制？無線通信為什么要進(jìn)行調(diào)制？ 天線只能高效地發(fā)送頻率與天線尺寸相天線只能高效地發(fā)送頻率與天線尺寸相適應(yīng)的信號。適應(yīng)的信號。 調(diào)制可分為調(diào)制可分為和和載波的波形從原理上是任意波形，通常使用載波的波形從原理上是任意波形，通常使用正弦（余弦）信號，有三個參量，頻率、相正弦（余弦）信號，有三個參量，頻率、相位和幅度。位和幅度。也有用脈

2、沖序列作為載波的，如擴(kuò)頻調(diào)制。也有用脈沖序列作為載波的，如擴(kuò)頻調(diào)制。3.2 模擬調(diào)制3.2.1 幅度調(diào)制K=0.5K=1.03.2.1 幅度調(diào)制（續(xù)1）雙邊帶的頻譜BAM=2fm3.2.1 幅度調(diào)制（續(xù)2）單邊帶調(diào)制BAM=fm3.2.1 幅度調(diào)制（續(xù)3）導(dǎo)頻單音SSB3.2.1 幅度調(diào)制（續(xù)4）幅度調(diào)制的解調(diào)乘法檢測器的框圖3.2.2 頻率調(diào)制直接頻率調(diào)制電路直接頻率調(diào)制時域波形3.2.2 頻率調(diào)制（續(xù)1）間接頻率調(diào)制相移載波振蕩器積分限幅 倍頻3.2.2 頻率調(diào)制（續(xù)2）過零檢波器3.2.2 頻率調(diào)制（續(xù)3）傾斜檢波器3.2.2 頻率調(diào)制（續(xù)4）使用PLL 的頻率解調(diào)器3.2.2 頻率調(diào)制

3、（續(xù)5）積分檢波器3.3 數(shù)字調(diào)制3.3.1 數(shù)字調(diào)制概述線型碼的功率譜密度單極性NRZ單極性RZManchester線性碼3.3.1 數(shù)字調(diào)制概述（續(xù)1）二進(jìn)制線型碼的時間波形3.3.2 脈沖成形技術(shù)理想的奈奎斯特脈沖波形3.3.2 脈沖成形技術(shù)（續(xù)1）奈奎斯特脈沖成形濾波器的傳遞函數(shù)3.3.2 脈沖成形技術(shù)（續(xù)2）升余弦濾波器的傳遞函數(shù)3.3.2 脈沖成形技術(shù)（續(xù)3）升余弦滾降濾波器的沖激相應(yīng)3.3.2 脈沖成形技術(shù)（續(xù)4）使用升余弦濾波器后的射頻信號a=0.5判決點(diǎn)：4Ts、5Ts、6Ts3.3.2 脈沖成形技術(shù)（續(xù)5）高斯脈沖成形濾波器的沖擊響應(yīng)3.3.3 調(diào)制信號的幾何表示BPSK的

4、星座圖小結(jié)1 1. .調(diào)制調(diào)制/ /解調(diào)的基本功能為載荷信息、搬移頻譜解調(diào)的基本功能為載荷信息、搬移頻譜 兩種方式：基帶兩種方式：基帶-中頻中頻 基帶基帶-射頻射頻2 2. .數(shù)字調(diào)制的實(shí)質(zhì)為從信道編碼后的漢明空間到調(diào)數(shù)字調(diào)制的實(shí)質(zhì)為從信道編碼后的漢明空間到調(diào)制后的歐氏空間的映射或變換。映射可以為一維的，制后的歐氏空間的映射或變換。映射可以為一維的，也可以為多位維的，可以為線性變換關(guān)系也可以為也可以為多位維的，可以為線性變換關(guān)系也可以為非線性變換關(guān)系非線性變換關(guān)系。3 3. .抗干擾特性是調(diào)制的一個主要特性，不同調(diào)抗干擾特性是調(diào)制的一個主要特性，不同調(diào)制方式的抗干擾特性分析；不同條件下的最佳制

5、方式的抗干擾特性分析；不同條件下的最佳調(diào)制方式。用誤比特率（誤碼率）公式表示，調(diào)制方式。用誤比特率（誤碼率）公式表示，工程上用工程上用E Eb b/N/N0 0與誤比特率與誤比特率P Pb b之間的關(guān)系圖表示。之間的關(guān)系圖表示。4 4. .頻譜有效性是調(diào)制的一個主要指標(biāo)，用頻譜有效性是調(diào)制的一個主要指標(biāo)，用bps/Hzbps/Hz來度量，提高頻譜有效性主要依靠高效來度量，提高頻譜有效性主要依靠高效率的多進(jìn)制來實(shí)現(xiàn)。率的多進(jìn)制來實(shí)現(xiàn)。5 5. .調(diào)制信號的峰平比為已調(diào)信號的峰值功率與調(diào)制信號的峰平比為已調(diào)信號的峰值功率與平均功率的比值，影響功放器件的線性度要求平均功率的比值，影響功放器件的線性度

6、要求和動態(tài)范圍要求等工程實(shí)現(xiàn)性能。在和動態(tài)范圍要求等工程實(shí)現(xiàn)性能。在CDMACDMA系統(tǒng)系統(tǒng)中，降低峰平比可以提高功率效率。中，降低峰平比可以提高功率效率。6 6. .工程上要求調(diào)制、解調(diào)設(shè)備簡單可靠，體積工程上要求調(diào)制、解調(diào)設(shè)備簡單可靠，體積小，造價低。小，造價低。7 7. .無線通信中對調(diào)制方式的選擇主要有：可靠無線通信中對調(diào)制方式的選擇主要有：可靠性（抗干擾）、有效性、設(shè)備簡單。性（抗干擾）、有效性、設(shè)備簡單。8 8. .調(diào)制信號的峰平比為已調(diào)信號的峰值功率與調(diào)制信號的峰平比為已調(diào)信號的峰值功率與平均功率的比值，影響功放器件的線性度要求平均功率的比值，影響功放器件的線性度要求和動態(tài)范圍要

7、求等工程實(shí)現(xiàn)性能。在和動態(tài)范圍要求等工程實(shí)現(xiàn)性能。在CDMACDMA系統(tǒng)系統(tǒng)中，降低峰平比可以提高功率效率。中，降低峰平比可以提高功率效率。9 9. .工程上要求調(diào)制、解調(diào)設(shè)備簡單可靠，體積工程上要求調(diào)制、解調(diào)設(shè)備簡單可靠，體積小，造價低。小，造價低。1010. .無線通信中對調(diào)制方式的選擇主要有：可無線通信中對調(diào)制方式的選擇主要有：可靠性（抗干擾）、有效性、設(shè)備簡單?？啃裕垢蓴_）、有效性、設(shè)備簡單。 11 11. .數(shù)字調(diào)制的分類：數(shù)字調(diào)制的分類：幅度、頻率、相位、幅度和相位幅度、頻率、相位、幅度和相位二進(jìn)制和多進(jìn)制二進(jìn)制和多進(jìn)制直接和差分（克服相位模糊）直接和差分（克服相位模糊）線性調(diào)制

8、（線性調(diào)制（ASK,PSK)ASK,PSK)和非線性調(diào)制和非線性調(diào)制連續(xù)相位連續(xù)相位( (MSKMSK、CPMCPM、GMSKGMSK、TFM)TFM)和非連續(xù)相位和非連續(xù)相位恒包絡(luò)調(diào)制恒包絡(luò)調(diào)制( (連續(xù)相位的連續(xù)相位的FSKFSK和理想矩形波調(diào)制的和理想矩形波調(diào)制的PSK)PSK)和非恒包絡(luò)和非恒包絡(luò)3.4 線性調(diào)制技術(shù)3.4.1 線性調(diào)制技術(shù)概述傳輸信號的幅度隨調(diào)制數(shù)字信號的變化而線傳輸信號的幅度隨調(diào)制數(shù)字信號的變化而線性變化的調(diào)制方式，叫線性調(diào)制技術(shù)。性變化的調(diào)制方式，叫線性調(diào)制技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：帶寬效率高，有很好的頻譜效率優(yōu)點(diǎn)：帶寬效率高，有很好的頻譜效率缺點(diǎn)：要使用功率效率低的線性缺點(diǎn)：

9、要使用功率效率低的線性RFRF放大器放大器( (甲類甲類) )。一般都不是恒包絡(luò)調(diào)制一般都不是恒包絡(luò)調(diào)制3.4.2 BPSK 調(diào)制 BPSK的功率譜密度3.4.2 BPSK調(diào)制（續(xù)1） BPSKBPSK接收機(jī)接收機(jī)3.4.3 DPSK調(diào)制3.4.3 DPSK調(diào)制（續(xù)1）3.4.4 QPSK調(diào)制3.4.4 QPSK 調(diào)制（續(xù)1/10）3.4.4 QPSK 調(diào)制（續(xù)2 /10 ）3.4.4 QPSK 調(diào)制（續(xù)3 /10 ）3.4.4 QPSK 調(diào)制（續(xù)4 /10 ）3.4.4 QPSK 調(diào)制（續(xù)5 /10 ）3.4.4 QPSK 調(diào)制（續(xù)6 /10 ）3.4.4 QPSK 調(diào)制（續(xù)7 /10 ）3

10、.4.4 QPSK 調(diào)制（續(xù)8 /10 ）3.4.4 QPSK 調(diào)制（續(xù)9 /10 ）3.4.4 QPSK 調(diào)制（續(xù)10 /10 ）QPSK(1,1)(-1,1)(1,-1)(-1,-1)OQPSK(1,1)(1,-1)(-1,1)(-1,-1) /4QPSK/4QPSK是在是在QPSKQPSK和和OQPSKOQPSK的基礎(chǔ)上，改進(jìn)的一種的基礎(chǔ)上，改進(jìn)的一種恒包絡(luò)調(diào)制（近似）方式。恒包絡(luò)調(diào)制（近似）方式。1 1. .相位跳變時的相位差為相位跳變時的相位差為 /4/4或或3 3 /4/4；2 2. .允許使用非相干檢測，以避免相干檢測中載波允許使用非相干檢測，以避免相干檢測中載波出現(xiàn)的相位模糊問

11、題；出現(xiàn)的相位模糊問題；3 3. .與與OQPSKOQPSK一樣，是一種限制相位跳變的調(diào)制方式；一樣，是一種限制相位跳變的調(diào)制方式；4 4. .有有8 8個相位點(diǎn)；個相位點(diǎn)；5 5. .帶限的帶限的 /4QPSK/4QPSK信號的恒包絡(luò)特性比信號的恒包絡(luò)特性比QPSKQPSK好，比好，比OQPSKOQPSK差，對于多徑干擾的信道，性能比差，對于多徑干擾的信道，性能比OQPSKOQPSK好。好。 例：設(shè)例：設(shè)0=90o,輸入比特流為輸入比特流為001011 (-1 -1 1 -1 1 1)用用 QPSK 發(fā)送，比特從左到右送入發(fā)發(fā)送，比特從左到右送入發(fā)射機(jī)，確定在發(fā)送期間的射機(jī)，確定在發(fā)送期間的

12、k和和Ik、Qk的值。的值。QPSK(1,1)(-1,1)(1,-1)(-1,-1) 例：設(shè)0=270o,輸入比特流為001011 (-1 -1 1 -1 1 1)用 QPSK 發(fā)送，比特從左到右送入發(fā)射機(jī)，確定在發(fā)送期間的k和Ik、Qk的值。OQPSK(1,1)(1,-1)(-1,1)(-1,-1)00101100-10-1100-00-10-1010-11 例：設(shè)0=0o,輸入比特流為001011用 /4QPSK 發(fā)送，比特從左到右送入發(fā)射機(jī)，確定在發(fā)送期間的 k和Ik、Qk的值。解： 0=0o , I0=1、Q0=0 00 -3/4, 1= -3/4 , I1=-0.707、Q0=-0.

13、70710 -/4, 2= - , I2=-1、Q2=011 /4, 2= -3/4, I3= -0.707 、Q3= -0.707/4QPSK3.5 恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)3.5.1 恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)概述 不論調(diào)制信號如何變化，載波的幅度是不論調(diào)制信號如何變化，載波的幅度是恒定，這種的調(diào)制方式，叫恒包絡(luò)調(diào)制。恒定，這種的調(diào)制方式，叫恒包絡(luò)調(diào)制。優(yōu)點(diǎn)：可以使用功率效率高的優(yōu)點(diǎn)：可以使用功率效率高的C C類放大器，類放大器，占用的頻帶不增加；帶外輻射低；可用限幅占用的頻帶不增加；帶外輻射低；可用限幅器器鑒相器檢測，從而簡化接收機(jī)的設(shè)計，鑒相器檢測，從而簡化接收機(jī)的設(shè)計，并能很好地抵抗隨機(jī)噪聲和由瑞利衰落引

14、起并能很好地抵抗隨機(jī)噪聲和由瑞利衰落引起的信號波動。的信號波動。缺點(diǎn)：占用帶寬比線性調(diào)制大缺點(diǎn)：占用帶寬比線性調(diào)制大。3.5.2 FSK調(diào)制3.5.2 FSK 調(diào)制（續(xù)1/1）3.5.3 MSK 調(diào)制3.5.3 MSK 調(diào)制（續(xù)1/1）3.5.4 GMSK 調(diào)制3.5.4 GMSK 調(diào)制（續(xù)1 /5 ）3.5.4 GMSK 調(diào)制（續(xù)2 /5 ）3.5.4 GMSK 調(diào)制（續(xù)3 /5 ）3.5.4 GMSK 調(diào)制（續(xù)4 /5 ）3.5.4 GMSK 調(diào)制（續(xù)5/5）3.6 線性和恒包絡(luò)組合調(diào)制技術(shù)3.6.1 線性和恒包絡(luò)組合調(diào)制技術(shù)概述同時改變載波的包絡(luò)和相位（頻率），為多同時改變載波的包絡(luò)和相位（頻率），為多進(jìn)制調(diào)制。進(jìn)制調(diào)制。優(yōu)點(diǎn)：適用于帶寬受限信道優(yōu)點(diǎn)：適用于帶寬受限信道缺點(diǎn)：對定時抖動敏感。缺點(diǎn)：對定時抖動敏感。獲得更好的帶寬特性的同時，犧牲了功率效獲得更好的帶寬特性的同時，犧牲了功率效率。率。3.6.2 MPSK 調(diào)制3.6.2 MPSK 調(diào)制（續(xù)1/2）3.6.2 MPSK 調(diào)制（續(xù)2/2）3.6.3 QAM 調(diào)制3.6.3 QAM 調(diào)制（續(xù)1/4）3.6.3 QAM 調(diào)制（續(xù)2/4）先構(gòu)造M/2點(diǎn)的方星座，在此基礎(chǔ)上附加M/2點(diǎn)，每邊M/8,M=22m,M=16M=32