第08章新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)

1、 - - - - - -通信原理第八章新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)8.1 正交振幅調(diào)制8.2 最小頻移鍵控和8.3 正交頻分復(fù)用最小頻移鍵控知識(shí)依賴(lài)：第七章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)隨著 VLSI 和DSP 技術(shù)的發(fā)展，一些性能上各有所長(zhǎng)但實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的新型調(diào)制系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 2Copyright 2012 DyNEs8.1 正交振幅調(diào)制QAM (Quadraturelitude Modulation)屬于振幅、相位聯(lián)合鍵控APKMASK、MPSK 分析從星座圖可以觀察到：若信號(hào)的幅度 (功率) 不變，當(dāng)M 增加時(shí)，相鄰信號(hào)點(diǎn)

2、的歐氏距離減小，對(duì)應(yīng)著噪聲容限減小，抗噪聲性能減弱通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 3Copyright 2012 DyNEs8.1 正交振幅調(diào)制 QAM 基本原理QAM 基本原理用兩個(gè)獨(dú)立的基帶波形( 二進(jìn)制/多進(jìn)制)，對(duì)正交的同頻載波進(jìn)行MASK-SC 調(diào)制，實(shí)現(xiàn)信號(hào)并行傳輸正交載波：cosw0t 、cos(w0t p/2) = sinw0t傳輸信號(hào)：s(t) = mI(t)cosw0t - mQ(t)sinw0tm (t)m (t)IIcosw tcosw t00s(t)可不同進(jìn)制-sinw0t mQ(t)-sinw0tmQ(t)通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)

3、制技術(shù)Page # 4Copyright 2012 DyNEs低通濾波信道90移相90移相低通濾波8.1 正交振幅調(diào)制16QAM4QAMQPSK16QAM與 16PSK 比較，噪聲容限：QdAI當(dāng)最大幅度相同時(shí)AQAM = APSKAd通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 5Copyright 2012DyNEs8.1 正交振幅調(diào)制16QAM設(shè)各符號(hào)等概，平均功率相等：QdAI當(dāng)平均功率相同時(shí)，16QAM比 16PSK 的噪聲容限大：1.62 + 2.55 = 4.17 dBAd通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 6Copyright 2012DyNEs8

4、.1 正交振幅調(diào)制常用的星座圖常用的星座圖：4QAM16QAM32QAM64QAM128QAM256QAMM= 2NN 為偶數(shù)時(shí)，星座圖為矩形N 為奇數(shù)時(shí)，星座圖為形通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 7Copyright 2012 DyNEs8.1 正交振幅調(diào)制QAM 調(diào)制與解調(diào)比特率 波特率：Rb = RBlog2 MQAM 調(diào)制與解調(diào)1. 正交調(diào)幅法：Q1011010000011110I用正交的 MASK 疊加實(shí)現(xiàn)M = L2Rbcoswct-sinwctcoswct-sinwctRb通信原理 第 8 章新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 8Copyright 2012

5、DyNEs抽樣(L-1)限門(mén)低通濾波2 L電平轉(zhuǎn)換并串變換定時(shí)脈沖/2串并變換/2抽樣(L-1)門(mén)限低通濾波2 L電平轉(zhuǎn)換8.1 正交振幅調(diào)制QAM 調(diào)制與解調(diào)2. 復(fù)合相移法：用獨(dú)立的 MPSK 疊加實(shí)現(xiàn)100110001110 11111100 1101101110110001000100010000010001010110差分象限符號(hào)，碼符號(hào)00110010011116QAM 其他星座圖：例：V.29 (Modem)9600 b/s2400 Baudfc = 1700 HzB = 2400 Hz(500 2900 Hz)4.612.61通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page

6、# 9Copyright 2012 DyNEsHow ?8.1 正交振幅調(diào)制 QAM 調(diào)制與解調(diào)例：信道頻帶600 3000 Hz，載頻1800 Hz，求速率bps1. 采用a = 0.2 升余弦滾降基帶信號(hào)QPSK 調(diào)制2. 采用a = 0.5 升余弦滾降基帶信號(hào)16QAM 調(diào)制3. 畫(huà)出16QAM 調(diào)制的發(fā)送端框圖(采用矩形星座)解：B = 2400 Hz，B基帶 = 1200 Hz1. RB = 2400/1.2 = 2000 B；Rb = RB log24 = 4000 bps2. RB = 2400/1.5 = 1600 B；Rb = RB log216 = 6400 bps2 bi

7、t/組0.61.83.0kHzcosw t4 bit/組c-sinwct2 bit/組通信原理 第 8 章新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 10Copyright 2012 DyNEsa = 0.5成形濾波2 4電平轉(zhuǎn)換串并 變換a = 0.5成形濾波2 4電平轉(zhuǎn)換8.1 正交振幅調(diào)制8QAM8QAM幅度控制(1, 1)采用任一星座圖皆可實(shí)現(xiàn)：Rb = RBlog2M通信原理 第 8 章新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 11Copyright 2012 DyNEs二電平波形1二電平波形二電平波形四電平波形8.2 最小頻移鍵控和最小頻移鍵控頻率正交通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Pag

8、e # 12Copyright 2012 DyNEs8.2 最小頻移鍵控和最小頻移鍵控最小移頻鍵控MSK帶寬最小、相位連續(xù)、包絡(luò)恒定、頻率正交的2FSK簡(jiǎn)單說(shuō)明：從CPFSK ( 連續(xù)相位FSK ) 出發(fā)碼元寬度為T(mén)s ，f1 0，vo 0-、-+：qk(t) 0，vo 0(2i -1)Ts (2i +1)Ts+-+-q (t)k+t-sinwct2Ts2i Ts 2(i +1)Ts-通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 26Copyright 2012DyNEs 奇 k 異碼，jk 變 p積分載波提取積分8.2 最小頻移鍵控和最小頻移鍵控MSK 信號(hào)的功率譜密度MSK 信號(hào)

9、的功率譜密度無(wú)離散譜Ps(f )Ps(f ) /dB1.0QPSK, OQPSK MSK2PSK2FSK0MSK2PSK-10-20-30-400.5(f -fc)Tb(f -fc)Tb0.51.01.50.75 1234通信原理第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 27Copyright 2012 DyNEs四次方衰減8.2 最小頻移鍵控和最小頻移鍵控MSK 信號(hào)的功率譜密度MSK 信號(hào)的功率譜密度無(wú)離散譜90% 功率帶寬：MSK、QPSK、OQSPK：B = 1/TbBPSK：B = 2/Tb99% 功率帶寬：MSK：B = 1.2/TbQPSK、OQSPK：B = 8/TbMSK

10、 與QPSK 和OQPSK 相比：功率譜密度更集中，旁瓣下降更快，對(duì)臨道干擾更小通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 28Copyright 2012 DyNEs四次方衰減8.2 最小頻移鍵控和最小頻移鍵控 MSK 信號(hào)的誤碼率性能MSK 信號(hào)的誤碼率性能誤碼率性能與接收方式有關(guān)：用 2FSK 相干解調(diào)時(shí)誤比特率性能比2PSK 信號(hào)的性能差 3 dB用匹配濾波器接收時(shí)誤比特率性能與2PSK、QPSK 及OQPSK 等性能一樣通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 29Copyright 2012 DyNEs8.2 最小頻移鍵控和最小頻移鍵控最小頻移鍵控 GMS

11、K最小頻移鍵控GMSKMSK：已調(diào)信號(hào)具有恒定包絡(luò)，功率譜在主瓣以外衰減較快GMSK：Gaussian Filtered Minimus Shift Keying移動(dòng)通信要求信號(hào)帶外輻射功率必須衰減 70 dB 以上，MSK 信號(hào)仍不能滿足此要求GMSK 是 MSK 的改進(jìn)，滿足對(duì)鄰道干擾的嚴(yán)格要求，被泛歐數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) (GSM) 所采用。基帶矩形波形通過(guò)預(yù)調(diào)制濾波，得到較好的頻譜特性，然后再進(jìn)行 MSK 調(diào)制：通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 30Copyright 2012 DyNEsMSK調(diào)制器預(yù)調(diào)制濾波器8.2 最小頻移鍵控和最小頻移鍵控最小頻移鍵控 GM

12、SK預(yù)調(diào)制濾波器采用型低通濾波器BbBbTb1.00.750.50.40.30.20.11Bb：濾波器的 3 dB 帶寬沖激響應(yīng)為型：0.5GSM 采用BbTb = 0.3 GMSK由圖，GMSK 存在碼間串?dāng)_通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 31Copyright 2012 DyNEsMSK調(diào)制器預(yù)調(diào)制濾波器8.2 最小頻移鍵控和最小頻移鍵控最小頻移鍵控 GMSK功率譜密度(dB)100-10-20-30-40-50-60-70-80-90-100-110-12000.51.01.52.02.5通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 32Copyrigh

13、t 2012 DyNEsQPSKMSK0.16BbTb0.20.30.5TFM8.2 最小頻移鍵控和最小頻移鍵控最小頻移鍵控 GMSKGMSK 信號(hào)中包含給定功率百分比的射頻帶寬通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 33Copyright 2012 DyNEs功率BbTb90%99%99.9%99.99%0.2GMSK0.52 Rb0.79 Rb0.99 Rb1.22 Rb0.25GMSK0.57 Rb0.86 Rb1.09 Rb1.37 Rb0.5GMSK0.69 Rb1.04 Rb1.33 Rb2.08 RbMSK0.78 Rb1.20 Rb2.76 Rb6.00 Rb8

14、.3 正交頻分復(fù)用 OFDMOrthogonal Frequency DiviMultiplexingOFDM 是一種并行 (多載波) 傳輸體制串行體制：使用一個(gè)載波，符號(hào)流為串行為了提高信息速率，碼元持續(xù)時(shí)間Tb 占用帶寬B ，信道特性不理想時(shí)，較嚴(yán)重的多徑和碼間串?dāng)_OFDM 將信道分為N 個(gè)子信道，子信道特性接近理想，每路僅傳輸數(shù)據(jù)的 1/N，Tb 可提高抗多徑傳統(tǒng) FDM：能力每個(gè)子載波間隔較大，有OFDM：帶；簡(jiǎn)單、頻帶利用率低各子載波頻譜有1/2，但相互正交，帶寬節(jié)省1/2通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 34Copyright 2012 DyNEs8.3 正交

15、頻分復(fù)用OFDMOFDM 發(fā)展：并非新出現(xiàn)的技術(shù)，早期用于但設(shè)備復(fù)雜，費(fèi)用昂貴無(wú)線高頻通信系統(tǒng)，1980 年代，提出了采用IDFT 實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制的方法，降低了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度和成本，使OFDM 技術(shù)實(shí)用化OFDM 的特點(diǎn)：各路子信道的已調(diào)信號(hào)頻譜有；頻帶利用率高各路子載波是嚴(yán)格正交的，接收端利用相關(guān)接收技術(shù)，可完全分離各路信號(hào)每路子載波的調(diào)制是多進(jìn)制調(diào)制根據(jù)各路子信道特性的不同，各路子載波可采用不同的調(diào)制制度：2DPSK、DQPSK、16QAM、.通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 35Copyright 2012 DyNEs8.3 正交頻分復(fù)用OFDM波形、頻譜及頻帶利用率OFDM 采用矩形脈沖成形M-ary code, log2Mbit.N路子載波Ts單載波M 進(jìn)制傳輸：對(duì)比1/Tsf可見(jiàn)，OFDM 的頻帶利用率比單載波體制提高約一倍通信原理 第 8 章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)Page # 36Copyright 2012