調(diào)制解調(diào)技術(shù)

1、調(diào)制解調(diào)技術(shù)無線通信技術(shù)基礎(chǔ)內(nèi)容介紹調(diào)制解調(diào)技術(shù)是各種通信教材都會(huì)涉及到的一個(gè)題目，這里我們將注意力集中在用于移動(dòng)通信系統(tǒng)中的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)。許多調(diào)制技術(shù)都曾經(jīng)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)，從早期的模擬調(diào)制到現(xiàn)在的數(shù)字調(diào)制，而且這種研究還會(huì)一直進(jìn)行下去。在移動(dòng)無線信道中，信號的傳播環(huán)境非常惡劣，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠抵抗移動(dòng)信道衰落和干擾特性的調(diào)制方案，是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作。調(diào)制的最終目的就是要在無線信道中占用最少的帶寬同時(shí)以盡可能好的質(zhì)量來傳輸信息，數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展不斷帶來新的調(diào)制和解調(diào)技術(shù)并投入應(yīng)用。本章將介紹一些實(shí)用的調(diào)制技術(shù)在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，以及它們在不同信道中的性能。本章重點(diǎn)模擬調(diào)制技術(shù)。數(shù)字調(diào)

2、制技術(shù)。脈沖成形技術(shù)。調(diào)制信號的星座圖。線性調(diào)制和非線性調(diào)制。組合調(diào)制技術(shù)。擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)。無線信道中的調(diào)制方案的選擇。第1.1節(jié)、概述基帶傳輸：如果將基帶信號直接傳輸，就稱為基帶傳輸。調(diào)制傳輸：很多信道（特別是無線信道）都不適宜進(jìn)行基帶信號的直接傳輸，原因是基帶信號直接傳輸會(huì)產(chǎn)生很大的衰減和失真，接收端將無法正常還原信號，因此，通常都需要將基帶信號變換為適合信道傳輸?shù)妮d波形式，這就是調(diào)制傳輸。調(diào)制就是對信源的基帶信號進(jìn)行處理，使其變成適合于信道傳輸?shù)妮d波形式的過程。一般說來，調(diào)制是把信源的基帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對于基帶頻率而言頻率高很多的頻帶信號，這個(gè)頻帶信號叫做已調(diào)制信號（或已調(diào)制載波），而基

3、帶信號叫做調(diào)制信號。未調(diào)制的載波是正弦波，調(diào)制可以通過讓高頻正弦載波的幅度、頻率或者相位隨著基帶信號幅度的變化而改變來實(shí)現(xiàn)。而解調(diào)則是從高頻已調(diào)制載波中將基帶信號提取出來，送到指定的接收者（信宿）去處理和理解的過程。第1.2節(jié)、模擬調(diào)制調(diào)制方式的選擇對通信系統(tǒng)的性能有很大的影響，早期的通信系統(tǒng)大多采用模擬調(diào)制技術(shù)。模擬調(diào)制就是以連續(xù)波形的模擬信號作為基帶信號，使高頻正弦載波的某個(gè)參數(shù)（幅度、頻率、相位）連續(xù)地與基帶信號相對應(yīng)的調(diào)制方式。頻率調(diào)制（FM）是早期的移動(dòng)通信系統(tǒng)中普遍采用的模擬調(diào)制技術(shù)。采用FM方式時(shí)，載波的幅度保持不變，而頻率隨著調(diào)制信號的變化而改變，在已調(diào)載波的頻率特性中就包含了

4、調(diào)制信號的所有信息。幅度調(diào)制（AM）是另外一種在通信系統(tǒng)中常用的模擬調(diào)制技術(shù)。采用AM方式時(shí)，將調(diào)制信號的幅度疊加于載波之上，調(diào)制信號的所有信息包含在已調(diào)載波的幅度中，接收信號的質(zhì)量與接收信號的能量之間是線性關(guān)系。FM相對于AM而言有許多優(yōu)點(diǎn)，包括有更好的抗噪聲和抗衰落性能，可以用帶寬效率換取功率效率等等，在模擬系統(tǒng)中一般是更好的選擇。第1.3節(jié)、幅度調(diào)制1、雙邊帶調(diào)幅調(diào)幅信號的表達(dá)式：調(diào)制指數(shù)：調(diào)制信號峰值與載波峰值之比（Am/AC），一般用百分?jǐn)?shù)表示。調(diào)幅信號的波形（調(diào)幅指數(shù)=50%）：第1.3節(jié)、幅度調(diào)制常規(guī)的AM是一種雙邊帶調(diào)制，信號頻譜由一個(gè)載波頻率上的沖激和兩個(gè)與調(diào)制信號頻譜相同的

5、邊帶構(gòu)成，在載波頻率的上、下有兩個(gè)對稱的邊帶，分別被稱為上邊帶和下邊帶。第1.3節(jié)、幅度調(diào)制2、單邊帶調(diào)幅調(diào)幅信號的上、下兩個(gè)邊帶包含有完全相同的信息，去掉其中一個(gè)邊帶并不會(huì)損失任何信息。單邊帶調(diào)幅系統(tǒng)只傳送一個(gè)邊帶（上邊帶或下邊帶），只占用普通調(diào)幅系統(tǒng)的一半帶寬。第1.3節(jié)、幅度調(diào)制3、導(dǎo)頻音單邊帶調(diào)幅單邊帶調(diào)幅具有占用帶寬小的優(yōu)點(diǎn)，但它的抗信道衰落性能卻很差?？梢酝ㄟ^在單邊帶信號中同時(shí)傳送一個(gè)低幅度的導(dǎo)頻音來解決這一問題，接收機(jī)可以檢測到這個(gè)導(dǎo)頻音，并用它來鎖定本地振蕩器的頻率和幅度。常用的導(dǎo)頻音單邊帶系統(tǒng)是將一個(gè)低幅度的導(dǎo)頻音插入到邊帶內(nèi)（帶內(nèi)音），帶內(nèi)音系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，它特別適合移動(dòng)無

6、線環(huán)境。在這種技術(shù)中，音頻頻譜的一小部分通過陷波濾波器從音頻邊帶的中心移走，而低幅度導(dǎo)頻音則被插入到這個(gè)地方，既保留了單邊帶信號占用帶寬小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又提供了很好的對相鄰信道的保護(hù)。由于帶內(nèi)導(dǎo)頻音和音頻信號經(jīng)歷的衰落相同，帶內(nèi)音系統(tǒng)可以用某種形式的前向自動(dòng)增益和頻率控制方法來減輕多徑效應(yīng)的影響。第1.3節(jié)、幅度調(diào)制4、幅度調(diào)制的解調(diào)在AM通信系統(tǒng)中，接收到的已調(diào)制信號首先在載波的射頻頻率上進(jìn)行放大和濾波，然后將射頻信號變換為中頻信號，中頻信號要完全保留射頻信號的頻譜形狀，最后對中頻信號進(jìn)行幅度解調(diào)。調(diào)幅信號的解調(diào)技術(shù)大致分為兩類：相關(guān)解調(diào)和非相關(guān)解調(diào)。相關(guān)解調(diào)需要在接收端知道發(fā)射載波的頻率和相

7、位，而非相關(guān)解調(diào)則不需要知道有關(guān)相位的信息。調(diào)幅信號的相關(guān)解調(diào)一般采用乘積檢波器。調(diào)幅信號的非相關(guān)解調(diào)經(jīng)常使用低成本而且容易制造的非相關(guān)包絡(luò)檢波器。一般情況下，只有當(dāng)輸入信號的信噪比S/N10dB時(shí)，包絡(luò)檢波器才可以使用。而乘積檢波器在輸入信號的信噪比遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于10dB時(shí)仍然可以用于調(diào)幅信號的解調(diào)。第1.4節(jié)、角度調(diào)制1、調(diào)頻和調(diào)相角度調(diào)制包括頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM），即正弦載波的頻率或相位隨著基帶調(diào)制信號的幅度變化而改變。在角度調(diào)制中，載波的幅度是保持不變的，因此角度調(diào)制被稱為恒包絡(luò)調(diào)制。調(diào)頻信號的表達(dá)式：調(diào)相信號的表達(dá)式：第1.4節(jié)、角度調(diào)制2、頻率調(diào)制產(chǎn)生調(diào)頻信號有兩種方法：直接

8、法和間接法。在直接法中，載波頻率直接隨著輸入的調(diào)制信號的變化。在間接法中，先用平衡調(diào)制器產(chǎn)生一個(gè)窄帶調(diào)頻信號，然后通過倍頻把頻偏和載波頻率提高到需要的水平。FM解調(diào)的主要技術(shù)有：傾斜檢波、過零檢波、鎖相環(huán)鑒頻檢波和積分檢波等等。能進(jìn)行FM解調(diào)的器件通常叫做鑒頻器。在FM系統(tǒng)中，接收到的信號同樣也是先在射頻頻率上進(jìn)行放大和濾波，再變換成中頻調(diào)制信號，中頻調(diào)制信號頻譜與接收到的射頻調(diào)制信號相同，最后對中頻調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出調(diào)制信號的原始信息。調(diào)頻系統(tǒng)可以通過在發(fā)射端調(diào)整調(diào)制指數(shù)而不是發(fā)射功率來提高接收性能，即可以通過增加帶寬來換取信噪比特性的改善。在調(diào)幅系統(tǒng)中就不能這樣，線性調(diào)制不允許以帶寬

9、換取信噪比的改善。第1.5節(jié)、數(shù)字調(diào)制用離散的數(shù)字信號作為基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制就是數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制同樣對應(yīng)于載波的幅度、頻率和相位這三個(gè)參數(shù)，但參數(shù)變化不再是連續(xù)的，包括：幅度鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。現(xiàn)代通信已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字時(shí)代，除了一些特殊的應(yīng)用場合，模擬調(diào)制技術(shù)已經(jīng)完全被數(shù)字調(diào)制技術(shù)所取代，現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)。數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制相比有許多優(yōu)點(diǎn)，包括：更好的抗噪聲性能、更強(qiáng)的抗信道衰落能力、更容易復(fù)用各種不同形式的綜合信息（如聲音、數(shù)據(jù)和圖像）和更好的安全性等等。除此之外，數(shù)字傳輸系統(tǒng)可以適應(yīng)檢查和糾正傳輸差錯(cuò)的數(shù)字差錯(cuò)控制編碼，并且支持復(fù)雜的

10、信號處理技術(shù)，比如信源編碼、信道編碼、均衡、加密和交織技術(shù)等。數(shù)字調(diào)制技術(shù)的廣泛應(yīng)用得益于數(shù)字信號處理技術(shù)和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展。第1.5節(jié)、數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制信號可以用符號或脈沖的時(shí)間序列來表示，其中每個(gè)符號可以有M種有限的狀態(tài)，每個(gè)符號代表N比特的信息，N = log2 M 比特/符號。例如，相移鍵控（PSK）調(diào)制每個(gè)符號可以代表“M = 2N”種狀態(tài)（M = 2、4、8、2N），形成了PSK調(diào)制系列：BPSK、QPSK、8PSK、MPSK，這取決于信息在單個(gè)符號上的表示方式。QPSK的一個(gè)符號代表二進(jìn)制編碼的2個(gè)比特，可以表示4種狀態(tài)：00、01、10、11。8PSK的一個(gè)符號代

11、表二進(jìn)制編碼的3個(gè)比特，可以表示8種狀態(tài)：000、001、010、011、100、101、110、111。以此類推，M的取值越大（N越大），在一定的頻率帶寬內(nèi)就可以傳輸更高速率的信息比特（帶寬效率越高）。第1.5節(jié)、數(shù)字調(diào)制1、功率效率和帶寬效率在實(shí)際的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，究竟選擇哪種數(shù)字調(diào)制技術(shù)會(huì)受到很多因素的影響。一個(gè)適合的調(diào)制方式不僅要在較低信噪比的條件下提供很低的比特誤碼率、對抗多徑衰落的性能良好、占用最小的信道帶寬，而且還必須容易實(shí)現(xiàn)、價(jià)格低廉。調(diào)制方式的性能常用它的功率效率和帶寬效率來衡量，在某個(gè)具體系統(tǒng)選擇數(shù)字調(diào)制方案時(shí)，需要在這兩個(gè)方面進(jìn)行折衷。功率效率：描述一種調(diào)制技術(shù)在低功率情

12、況下保持?jǐn)?shù)字信息正確傳送的能力。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了保證一定水平的可以接受的比特誤碼率，所需要的信號功率和信噪比都取決于所采用的調(diào)制方式。通常表示為特定誤碼率下的Eb/N0或C/N（S/N）。帶寬效率：描述一種調(diào)制技術(shù)在有限的帶寬內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的能力。定義為每Hz頻帶內(nèi)可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率的吞吐量值，B = R/B（bps/Hz）。第1.5節(jié)、數(shù)字調(diào)制在數(shù)字通信系統(tǒng)中，經(jīng)常需要在功率效率和帶寬效率之間進(jìn)行折衷。例如，采用信道編碼技術(shù)會(huì)增加占用帶寬（降低了帶寬效率），但同時(shí)對于給定的誤碼率所必需的信噪比可以降低（提高了功率效率），以帶寬效率換取了功率效率。反過來，采用更多進(jìn)制的調(diào)制方案可以降低占用帶

13、寬，但同時(shí)提高了所必需的信噪比，是以功率效率換取了帶寬效率。確定數(shù)字調(diào)制方案時(shí)，但同時(shí)還要考慮其它的一些因素。例如，對于服務(wù)于眾多個(gè)人用戶的移動(dòng)通信系統(tǒng)，用戶終端的復(fù)雜程度、成本、體積和功耗都必須降到最小，制造工藝簡單的調(diào)制技術(shù)最有吸引力。信道衰落環(huán)境也是選擇調(diào)制方案時(shí)需要考慮的關(guān)鍵因素之一。在干擾為主要問題的無線蜂窩系統(tǒng)中，調(diào)制方式在干擾環(huán)境中的性能顯得極為重要。對時(shí)變信道造成的延時(shí)抖動(dòng)的檢測靈敏度也是在選擇調(diào)制方案時(shí)要考慮的重要因素?？梢酝ㄟ^仿真技術(shù)進(jìn)行分析，最終確定調(diào)制方案的選擇。第1.5節(jié)、數(shù)字調(diào)制2、數(shù)字調(diào)制信號的頻譜理想的數(shù)字調(diào)制信號的頻譜是矩形的，但實(shí)際的信號頻譜是發(fā)散為梯形的，

14、數(shù)字信號的絕對帶寬定義為：信號的非零值功率譜所占用的頻率范圍。絕對帶寬是很難衡量的，在通信工程中，普遍采用3dB帶寬和占用帶寬來衡量數(shù)字信號頻譜的發(fā)散程度。3dB帶寬定義為信號的功率譜密度比峰值降低3dB（功率下降到峰值的一半）時(shí)的頻率范圍，3dB帶寬也叫做半功率帶寬。但是，3dB帶寬并不是信號頻譜的實(shí)際占用帶寬，實(shí)際占用帶寬比3dB帶寬要大。一般用信號的功率譜密度低于峰值的一個(gè)給定值（例如40dB）時(shí)所占用的頻率范圍，作為實(shí)際占用帶寬的標(biāo)稱，也稱為最低功率譜密度帶寬。另外一種比較常用的規(guī)定占用帶寬的方式，是以帶外的信號功率占總功率的某一給定的百分比為標(biāo)準(zhǔn)，一般稱之為功率比例帶寬。第1.5節(jié)、

15、數(shù)字調(diào)制第1.6節(jié)、脈沖成形技術(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)中的信號可以看作是矩形脈沖，當(dāng)矩形脈沖通過限帶信道時(shí)，脈沖會(huì)在時(shí)間上延伸，一個(gè)符號的脈沖將廷伸到相鄰符號的時(shí)間間隔內(nèi)，這會(huì)造成碼間干擾，并導(dǎo)致接收誤碼增加。雖然增加信道帶寬可以減少碼間干擾，然而，移動(dòng)無線系統(tǒng)受到總帶寬資源的限制需要占用盡量小的信道帶寬，在減小碼間干擾的同時(shí)，還必須減少調(diào)制帶寬和抑制帶外輻射。脈沖成形技術(shù)可以用來同時(shí)減少碼間干擾和已調(diào)制數(shù)字信號的帶寬。在射頻頻率上對發(fā)射機(jī)的頻譜直接進(jìn)行操作是很難的，因此，脈沖成形技術(shù)一般在基帶信號或中頻頻率上進(jìn)行。常用的兩種脈沖成形技術(shù)是：奈奎斯特濾波器。高斯濾波器。第1.7節(jié)、調(diào)制信號的星座圖星座圖

16、：每種可能符號狀態(tài)的復(fù)包絡(luò)對應(yīng)的空間信號矢量端點(diǎn)的分布圖。星座圖的X軸表示復(fù)包絡(luò)的同相分量，Y軸表示復(fù)包絡(luò)的正交分量。矢量空間中的任意一點(diǎn)，都可表示為基元信號的線性組合，基元信號在時(shí)間軸上相互正交，每個(gè)基元信號都?xì)w一化為具有單位能量，基元信號可以視為構(gòu)成了矢量空間的坐標(biāo)系統(tǒng)。調(diào)制方案的很多特性可以根據(jù)它的星座圖得到。隨著信號點(diǎn)數(shù)的增加（星座密集），調(diào)制方案的帶寬效率相應(yīng)提高。而誤碼率則與星座中最近的點(diǎn)之間的距離成正比，因此星座密集的調(diào)制方案的功率效率低。帶寬效率和功率效率是一對矛盾，在選擇調(diào)制方式時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行折衷。例如，BPSK和QPSK對比，BPSK的帶寬效率低、功率效率高；QPS

17、K的帶寬效率高、功率效率低。采用更高進(jìn)制的調(diào)制方式，如8PSK、16QAM、64QAM等還可以進(jìn)一步提高帶寬效率，但也會(huì)進(jìn)一步損失功率效率。第1.5節(jié)、數(shù)字調(diào)制第1.8節(jié)、線性調(diào)制數(shù)字調(diào)制技術(shù)可以大致分為線性調(diào)制技術(shù)和非線性調(diào)制技術(shù)。在線性調(diào)制技術(shù)中，傳輸信號的幅度隨著數(shù)字調(diào)制信號的變化而線性變化。線性調(diào)制技術(shù)有很好的帶寬效率，但傳輸過程中必須使用功率效率低的線性放大器，非線性放大器會(huì)導(dǎo)致已濾除的旁瓣再生，造成嚴(yán)重的鄰頻干擾，使線性調(diào)制得到的帶寬效率全部丟失。在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)有許多好的方法來克服這些困難。最典型的線性調(diào)制技術(shù)是BPSK和QPSK。第1.8節(jié)、線性調(diào)制1、BPSK二相相移鍵控（B

18、PSK）是一種利用相位偏離的復(fù)數(shù)波浪組合來表示信息的相移鍵控方式，BPSK使用了基準(zhǔn)的正弦波和相位反轉(zhuǎn)的波浪，使一方為0，另一方為1，從而可以傳送0或1兩種狀態(tài)（1個(gè)比特）的信息。相移鍵控分為絕對移相和相對移相兩種。絕對移相：直接以未調(diào)載波的相位作為基準(zhǔn)。例如，對于BPSK調(diào)制，當(dāng)碼元為“1”時(shí)，調(diào)制后載波與未調(diào)載波同相，當(dāng)碼元為“0”時(shí)，調(diào)制后載波與未調(diào)載波反相，碼元“1”和“0”的相位差為180。相對移相：利用載波自身的相對相位來傳送數(shù)字信息，它不是利用載波相位的絕對數(shù)值傳送數(shù)字信息，而是用前后碼元的相對相位變化傳送數(shù)字信息。例如，前后兩個(gè)碼元之間的相位差為0表示符號“0”，相位差為180

19、則表示符號“1”。第1.8節(jié)、線性調(diào)制BPSK2DPSK 2DPSK是BPSK的非相干形式，2DPSK信號的解調(diào)不需要相干載波做參考信號。非相干接收機(jī)很容易制造而且價(jià)格便宜，因此2DPSK在無線通信系統(tǒng)中得到廣泛使用。第1.8節(jié)、線性調(diào)制BPSK調(diào)制器可以通過乘法電路實(shí)現(xiàn)。BPSK是利用二進(jìn)制基帶信號（0、1）對載波進(jìn)行二相調(diào)制，是最簡單的相移鍵控形式，相移為180。BPSK是所有PSK調(diào)制方式中抗噪聲能力最強(qiáng)的，但它只能以1比特/符號進(jìn)行調(diào)制，帶寬效率較差，不適合高速數(shù)據(jù)的傳輸。實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常使用帶寬效率更高的多進(jìn)制PSK調(diào)制方式，比如，利用4個(gè)相位的四相相移鍵控QPSK（2比特/符號）和8

20、個(gè)相位的八相相移鍵控8PSK（3比特/符號）等等。第1.8節(jié)、線性調(diào)制2、QPSK四相相移鍵控（QPSK）是一種最常用的數(shù)字調(diào)制方式，它具有較高的頻譜利用率和較強(qiáng)的抗干擾能力，在電路上實(shí)現(xiàn)也比較簡單。QPSK利用載波的四種不同相位來表征數(shù)字信息：0、90、180、270。為了能夠與載波相位配合，需要把二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換為四進(jìn)制數(shù)據(jù)（每兩個(gè)比特分成一組），共有四種組合：00、01、10、11。每一個(gè)雙比特碼元由兩位二進(jìn)制比特組成，分別代表四個(gè)四進(jìn)制符號中的一個(gè)，QPSK每次調(diào)制可以通過載波的四種相位來傳輸2個(gè)信息比特。解調(diào)器可以根據(jù)星座圖以及接收到的載波信號的相位來判斷發(fā)送端所發(fā)送的信息比特。QPS

21、K也可以通過差分編碼來進(jìn)行非相干解調(diào)（4DPSK）。QPSK的比特誤碼率與BPSK基本相同，但同樣的帶寬內(nèi)可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率是BPSK的兩倍，在相同的功率效率，帶寬效率比BPSK提高了一倍。第1.8節(jié)、線性調(diào)制第1.8節(jié)、線性調(diào)制QPSK正交調(diào)制器可以看做是兩個(gè)BPSK調(diào)制器。串行輸入的二進(jìn)制序列先經(jīng)過“串行-并行”轉(zhuǎn)換，分成兩路速率減半的信息序列，經(jīng)過電平產(chǎn)生器分別產(chǎn)生同相（I）和正交（Q）兩個(gè)極性的信號。兩個(gè)二進(jìn)制序列分別對兩個(gè)正交的載波cos(t)和sin(t)進(jìn)行調(diào)制，相加后得到QPSK信號。第1.9節(jié)、恒包絡(luò)調(diào)制 線性調(diào)制具有很好的帶寬效率，但傳輸中必須使用功率效率很低的A類或AB類

22、線性放大器?，F(xiàn)在的很多移動(dòng)通信系統(tǒng)都采用恒包絡(luò)調(diào)制，這時(shí)不管調(diào)制信號如何改變，載波的幅度包絡(luò)是恒定的。恒包絡(luò)調(diào)制有很多優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。可以使用功率效率高的C類非線性放大器，而不會(huì)增加發(fā)送信號的占用頻譜。能很好地抵抗隨機(jī)噪聲和由多徑衰落引起的信號波動(dòng)。帶外輻射低，可以降低到：-60 -70dB?？梢杂孟薹?鑒頻器檢測，大大簡化了接收機(jī)的設(shè)計(jì)。第1.9節(jié)、恒包絡(luò)調(diào)制 線性調(diào)制具有很好的帶寬效率，但傳輸中必須使用功率效率很低的A類或AB類線性放大器?，F(xiàn)在的很多移動(dòng)通信系統(tǒng)都采用恒包絡(luò)調(diào)制，這時(shí)不管調(diào)制信號如何改變，載波的幅度包絡(luò)是恒定的。恒包絡(luò)調(diào)制有很多優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

23、可以使用功率效率高的C類非線性放大器，而不會(huì)增加發(fā)送信號的占用頻譜。能很好地抵抗隨機(jī)噪聲和由多徑衰落引起的信號波動(dòng)。帶外輻射低，可以降低到：-60 -70dB?？梢杂孟薹?鑒頻器檢測，大大簡化了接收機(jī)的設(shè)計(jì)。第1.9節(jié)、恒包絡(luò)調(diào)制1、OQPSKQPSK信號本身的包絡(luò)非常恒定，但是當(dāng)QPSK信號進(jìn)行波形成形時(shí)，它就會(huì)失去恒包絡(luò)的性質(zhì)。180相移會(huì)導(dǎo)致信號的包絡(luò)在瞬間通過零點(diǎn)，任何一種在過零點(diǎn)的硬限幅或非線性放大，都會(huì)產(chǎn)生本來已經(jīng)被濾除的旁瓣。為了防止旁瓣的再生和頻譜擴(kuò)展，必須使用效率較低的線性放大器。偏移四相相移鍵控（OQPSK）是在QPSK基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種恒包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)。OQPSK對

24、波形成形時(shí)產(chǎn)生的有害影響不那么敏感，能支持更高效的非線性放大器。OQPSK具有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)中，成為現(xiàn)代通信中一種十分重要的調(diào)制解調(diào)方式。所謂恒包絡(luò)是指已調(diào)制載波的包絡(luò)保持恒定。恒包絡(luò)調(diào)制載波經(jīng)過非線性部件時(shí)，只產(chǎn)生很小的頻譜擴(kuò)展。這種調(diào)制具有兩個(gè)主要特點(diǎn)：一是包絡(luò)恒定或起伏很小；二是已調(diào)制載波的頻譜旁瓣很小甚至幾乎沒有旁瓣。第1.9節(jié)、恒包絡(luò)調(diào)制OQPSK是QPSK的改進(jìn)，它與QPSK有相同的相位關(guān)系，也是把輸入碼流分成兩路，然后進(jìn)行正交調(diào)制。不同之處在于它將同相和正交兩支路的碼流在時(shí)間上錯(cuò)開了半個(gè)碼元周期，每次只有一路可能發(fā)生極性翻轉(zhuǎn)，不會(huì)發(fā)生兩個(gè)支路的碼元極

25、性同時(shí)翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。因此，OQPSK信號的相位只能跳變0、90，不會(huì)出現(xiàn)180的相位跳變。第1.9節(jié)、恒包絡(luò)調(diào)制OQPSK信號的頻譜和QPSK信號完全相同，因此兩種信號占用相同的帶寬。同相和正交比特流的交錯(cuò)對齊不會(huì)改變頻譜的基本性質(zhì)。OQPSK即使在非線性放大后仍然能夠保持帶限的性質(zhì)，這非常適合于移動(dòng)通信系統(tǒng)，因?yàn)樵诘凸β蕬?yīng)用的環(huán)境下，帶寬效率和高效非線性放大器對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)是起決定性作用的。還有，當(dāng)接收機(jī)由于參考信號的噪聲而造成信號相位抖動(dòng)時(shí)，OQPSK信號的性能也比QPSK要好很多。在第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（2G）的窄帶CDMA系統(tǒng)（CDMA IS-95）中，前向信道采用了QPSK調(diào)制方式（基站需

26、要使用線性放大器），而反向信道采用了OQPSK調(diào)制方式（手機(jī)可以使用高效率的非線性放大器）。第1.9節(jié)、恒包絡(luò)調(diào)制2、GMSKOQPSK雖然消除了QPSK信號中的180相位突變，但并沒有從根本上解決包絡(luò)起伏問題。MSK（最小頻移鍵控）是2FSK（二進(jìn)制頻移鍵控）的一種特殊情況，是一種能夠產(chǎn)生恒定包絡(luò)、連續(xù)相位信號的調(diào)制技術(shù)。MSK也稱為快速FSK，因?yàn)槠涫褂玫念l率范圍僅為常規(guī)非相干FSK的一半。MSK是一種高效的調(diào)制方式，有很好的特性，例如恒包絡(luò)、頻譜利用率高、比特誤碼率低和自同步性能等，特別適合在移動(dòng)無線通信系統(tǒng)中使用。GMSK（高斯濾波最小頻移鍵控）是一種由MSK演變來的改進(jìn)的二進(jìn)制頻移鍵

27、控調(diào)制技術(shù)。在GMSK中，通過預(yù)調(diào)制高斯脈沖成形濾波器使頻譜上的旁瓣電平進(jìn)一步降低。在第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（2G）中應(yīng)用最廣泛的GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)使用的就是GMSK調(diào)制方式。第1.9節(jié)、恒包絡(luò)調(diào)制第1.10節(jié)、多進(jìn)制調(diào)制在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，除了BPSK和QPSK以外，還可以采用更高進(jìn)制的調(diào)制技術(shù)來提高帶寬效率。在多進(jìn)制調(diào)制方案中，多個(gè)比特組合成符號，每個(gè)符號期間傳輸一個(gè)多進(jìn)制信號，比如：8PSK每個(gè)符號可以傳送3個(gè)比特的信息（000、001、010、011、100、101、110、111）。根據(jù)載波的變化是幅度、相位還是頻率，相應(yīng)的有多進(jìn)制幅度鍵控（MASK）、多進(jìn)制頻移鍵控（MFSK）和多進(jìn)制

28、相移鍵控（MPSK）。多進(jìn)制調(diào)制具有很高的帶寬效率，特別適合于帶寬受限的信道（移動(dòng)通信系統(tǒng)的無線信道就是典型的帶寬受限）。但是，隨著進(jìn)制的提高，它對定時(shí)抖動(dòng)的敏感性也增加（在星座圖上表現(xiàn)為符號之間的距離變?。?，這會(huì)導(dǎo)致誤碼率的升高，也就是說，多進(jìn)制調(diào)制技術(shù)在獲得更好的帶寬效率的同時(shí)，也犧牲了功率效率，這個(gè)矛盾大大限制了進(jìn)制的進(jìn)一步提高和在實(shí)際移動(dòng)通信環(huán)境的應(yīng)用。第1.10節(jié)、多進(jìn)制調(diào)制以8PSK為例，要傳輸同樣的比特速率，8PSK需要的帶寬僅僅是BPSK的三分之一，但是要達(dá)到同樣的誤碼率所需要S/N比BPSK高很多。隨著技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有了很多改善功率效率和誤碼率的手段，更高進(jìn)制的調(diào)制方式已經(jīng)

29、得到越來越廣泛應(yīng)用。GSM系統(tǒng)中的EDGE技術(shù)就使用了8PSK調(diào)制方式，比采用GMSK調(diào)制的GPRS具有更高的數(shù)據(jù)吞吐量。第1.10節(jié)、多進(jìn)制調(diào)制載波的幅度和角度（頻率、相位）提供了兩個(gè)自由度，現(xiàn)代調(diào)制技術(shù)可以通過同時(shí)改變射頻載波的幅度和角度，將基帶數(shù)據(jù)映射到更多的射頻載波的信號特征上，這種調(diào)制技術(shù)稱之為多進(jìn)制組合調(diào)制。在同樣的帶寬下，組合調(diào)制可以比單獨(dú)使用幅度或相位調(diào)制表示更多的信息，進(jìn)一步提高帶寬效率并改善功率效率。同時(shí)改變載波的相位和幅度，就可以獲得另外一種新的組合調(diào)制方式，稱為正交幅度調(diào)制（QAM），QAM的星座圖是方格形的（PSK調(diào)制的星座圖是圓形的）。以16PSK和16QAM為例，

30、M都是16（24），帶寬效率相同（每個(gè)符號代表4個(gè)比特）。但是16QAM的星座圖上兩個(gè)符號之間的最小距離明顯要大于16PSK，這說明16QAM的抗干擾能力要優(yōu)于16PSK，為了達(dá)到同樣的誤碼率，16QAM需要的S/N要低于16PSK，功率效率高。第1.10節(jié)、多進(jìn)制調(diào)制16PSK16QAM第1.10節(jié)、多進(jìn)制調(diào)制多進(jìn)制頻率調(diào)制（MFSK）與多進(jìn)制相位調(diào)制（MPSK）不同，MFSK信號的帶寬效率隨著M的增加反而降低，因此，MFSK信號的帶寬效率較低。但是由于所有的M個(gè)信號都是正交的，信號彼此不占用空間，功率效率會(huì)隨著M的增加而增加。另外，MFSK信號可使用非線性放大器進(jìn)行放大，不會(huì)引起性能降低。

31、研究人員利用MFSK信號的正交特性，開發(fā)出了可以有效提高功率效率的正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)，可以在一個(gè)信道內(nèi)容納大量的用戶，提供多路并行載波。OFDM技術(shù)在無線通信領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，目前被認(rèn)為是第四代通信系統(tǒng)（4G）的關(guān)鍵技術(shù)之一。第1.11節(jié)、擴(kuò)頻調(diào)制擴(kuò)頻調(diào)制的思路正好與采用更多進(jìn)制的想法相反。擴(kuò)頻技術(shù)使用的傳輸帶寬比傳輸信號所要求的最小帶寬要大幾個(gè)數(shù)量級。很顯然，對于單個(gè)用戶來講，擴(kuò)頻調(diào)制的帶寬效率非常低，但是擴(kuò)頻的優(yōu)點(diǎn)是很多用戶可以在一個(gè)頻帶內(nèi)同時(shí)工作而不會(huì)產(chǎn)生明顯的干擾，對于同時(shí)服務(wù)于大量用戶并且存在多徑干擾的無線信道環(huán)境，擴(kuò)頻技術(shù)的帶寬效率反而變得非常高。除了占用非常大的帶寬

32、，擴(kuò)頻信號與普通的數(shù)字信息數(shù)據(jù)相比還有偽隨機(jī)和類似噪聲的特性。擴(kuò)頻信號的波形由偽隨機(jī)序列（PN）控制，正確的PN序列經(jīng)過互相關(guān)運(yùn)算后，擴(kuò)頻信號被壓縮（解擴(kuò)），恢復(fù)為窄帶的原始調(diào)制信號，可以用傳統(tǒng)的方式解調(diào)，而來自其它用戶的信號沒有正確的PN序列，只是在接收機(jī)的輸出端產(chǎn)生很小的寬帶噪聲。擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，特別適合無線移動(dòng)通信環(huán)境，其中很重要的優(yōu)點(diǎn)是其固有的抗干擾能力和抗多徑衰落能力。第1.11節(jié)、擴(kuò)頻調(diào)制抗干擾能力：每一個(gè)用戶都分配一個(gè)唯一的PN碼并且與其它用戶的PN碼近似正交，即使他們同時(shí)占用同一頻帶，接收機(jī)也可以根據(jù)這些PN碼將每個(gè)用戶分開。對于一定數(shù)量的用戶，擴(kuò)頻信號中同一頻率的干擾幾乎可以忽略不計(jì)，某個(gè)特定的擴(kuò)頻信號很容易從其它的擴(kuò)頻信號中恢復(fù)出來。即使當(dāng)信道中存在窄帶干擾時(shí)也可以完全恢復(fù)出某個(gè)特定的擴(kuò)頻信號，因?yàn)檎瓗Ц蓴_在解擴(kuò)時(shí)頻譜被擴(kuò)展，不會(huì)影響接收性能。第1.11節(jié)、擴(kuò)頻調(diào)制抗多徑衰落能力：良好的抗多徑衰落的特性是無線通信系統(tǒng)中采用擴(kuò)頻技術(shù)的一個(gè)重要原因。衰落是有頻率選擇性的，因?yàn)閿U(kuò)頻信號的能量均勻地分布在一個(gè)很寬的頻譜上，任意時(shí)間只會(huì)有一小部分頻譜會(huì)受到衰落的影響，絕大部分信息都可以被正常接收，丟失的很小部分信息可以通過交織、信道編碼等技術(shù)恢復(fù)。擴(kuò)頻系統(tǒng)不僅可以抗多徑衰落，甚至還可以