無線通信原理與應(yīng)用-65-線性調(diào)制技術(shù)課件

1無線通信原理與應(yīng)用第六章移動(dòng)無線電中的數(shù)字調(diào)制技術(shù)2主要內(nèi)容調(diào)制技術(shù)概述無線移動(dòng)通信對數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求線路碼及其頻譜脈沖成形信號(hào)空間概念線性調(diào)制技術(shù)

恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)3線性調(diào)制技術(shù)的概念二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）差分相移鍵控（DPSK）四進(jìn)制相移鍵控（QPSK）偏移四進(jìn)制相移鍵控（OQPSK）π/4QPSK線性調(diào)制技術(shù)4線性調(diào)制技術(shù)的概念已調(diào)信號(hào)S(t)的包絡(luò)隨調(diào)制信號(hào)m(t)線性的變化：包絡(luò)一般是不恒定的，需要使用功率效率較低的線性射頻功放。使用功率效率高的非線性射頻功放會(huì)產(chǎn)生頻譜再生，加大發(fā)射信號(hào)的鄰道輻射，從而增加了對相鄰信道的干擾。而蜂窩系統(tǒng)是干擾受限的，干擾的加大會(huì)直接導(dǎo)致系統(tǒng)容量的降低。5BPSK信號(hào)BPSK信號(hào)可表示為：調(diào)幅形式：BPSK信號(hào)的誤比特率：6BPSK信號(hào)的功率譜與帶寬零點(diǎn)到零點(diǎn)帶寬：90%功率帶寬： 未經(jīng)脈沖成形：1.6Rb

對升余弦脈沖成形：1.5Rb7BPSK信號(hào)的發(fā)射和接收發(fā)射： BPSK信號(hào)等效于抑制載波的雙邊帶幅度調(diào)制，因此BPSK信號(hào)可用平衡調(diào)制器產(chǎn)生。接收：載波恢復(fù)電路存在180o的相位模糊8DPSK的原理對輸入的二進(jìn)制序列首先進(jìn)行差分編碼再進(jìn)行BPSK調(diào)制，差分編碼的過程見下頁表：DPSK信號(hào)可以在接收端進(jìn)行非相關(guān)解調(diào)，從而省去了接收端的載波恢復(fù)電路，簡化了接收機(jī)。可以進(jìn)行非相關(guān)解調(diào)也是在選擇數(shù)字調(diào)制方式的一個(gè)重要的條件。DPSK信號(hào)的誤比特率：910DPSK信號(hào)的發(fā)射和接收(1)發(fā)射接收11DPSK信號(hào)的發(fā)射和接收(2)對接收端差分解調(diào)的說明： 積分器的輸出為：12QPSK信號(hào)一個(gè)符號(hào)傳輸兩個(gè)比特的信息，兩個(gè)比特共有四種狀態(tài)，需要四個(gè)相位狀態(tài)，信號(hào)可以表示為：QPSK信號(hào)的誤比特率：13QPSK信號(hào)的功率譜與帶寬傳輸同樣的數(shù)據(jù)，QPSK占用的帶寬是BPSK的一半，但是二者卻具有相同的誤碼率。只是由于QPSK信號(hào)同時(shí)利用了兩路正交的載波傳輸信息。14QPSK信號(hào)的發(fā)射15QPSK信號(hào)的接收16QPSK的相位轉(zhuǎn)移圖QPSK的相位轉(zhuǎn)移圖如下圖，可以看出有4種可能的 相位轉(zhuǎn)移：

0°，±90°，180°。17QPSK的包絡(luò)經(jīng)過基帶濾波以后，碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻相位轉(zhuǎn)移角越接近于180°，已調(diào)波形的包絡(luò)凹陷越嚴(yán)重。實(shí)際上，碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻180°的相位轉(zhuǎn)移會(huì)導(dǎo)致包絡(luò)的過零點(diǎn)，這意味著已調(diào)信號(hào)包絡(luò)起伏達(dá)到了最大。包絡(luò)過零點(diǎn)18QPSK信號(hào)的相位突變與包絡(luò)一般來說，調(diào)制中相位突變越嚴(yán)重，則用脈沖成形后（即低通濾波后）的基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制得到的已調(diào)信號(hào)波形的包絡(luò)變化越明顯。QPSK信號(hào)具有最大達(dá)到180°的相位突變，因此當(dāng)使用脈沖成形后其包絡(luò)不是恒定的。對QPSK調(diào)制的改進(jìn)主要是如何減小其相位突變。19交錯(cuò)QPSK（OQPSK）1原理：將偶比特流和奇比特流在他們對齊的位置錯(cuò)開一個(gè)比特周期。P-212圖6.30。這樣對OQPSK信號(hào)，和的跳變瞬時(shí)被錯(cuò)開了，在任意給定的時(shí)刻兩個(gè)比特流中只有一個(gè)會(huì)發(fā)生改變，即最大的相位突變只有90°，但是相位突變將會(huì)變得更頻繁，即每個(gè)比特周期都有可能發(fā)生相位改變。20交錯(cuò)QPSK（OQPSK）221交錯(cuò)QPSK（OQPSK）322從OQPSK到π/4QPSK由于OQPSK沒有行之有效的非相干解調(diào)方式，盡管它具有很好的接近于恒包絡(luò)的已調(diào)信號(hào)波形，卻未能得到普遍的應(yīng)用。2G系統(tǒng)中常采用π/4QPSK。23采用π/4QPSK的2G系統(tǒng)系統(tǒng)多址方式信道帶寬與信道速率頻譜效率USDC(IS54/136)TDMA/FDD30kHz48.6kbps1.62bit/s/HzPDC(JDC)TDMA/FDD25kHz42kbps1.68bit/s/HzPHS(以及中國的PAS)TDMA/TDD300kHz384kbps(雙向)1.28bit/s/Hz

此外，歐洲的數(shù)字集群系統(tǒng)TETRA也采用π/4DQPSK調(diào)制，在25kHz的信道上傳輸36kbps的數(shù)據(jù)。24π/4QPSK的基本原理（1）π/4QPSK的星座圖如右圖所示。其調(diào)制原理可描述如下：該星座圖由兩套呈旋轉(zhuǎn)π/4的星座點(diǎn)（如右圖中的和）構(gòu)成，基帶的比特流每兩比特一組（即一個(gè)四進(jìn)制符號(hào)）按時(shí)間順序交替在兩套星座點(diǎn)上取相應(yīng)的星座點(diǎn)對應(yīng)出不同相位的調(diào)制波形。25π/4QPSK的基本原理（2）相位轉(zhuǎn)移圖黑色實(shí)線所示是π/4QPSK可能的相位轉(zhuǎn)移紅色虛線是π/4QPSK中不存在的相位轉(zhuǎn)移26π/4QPSK的基本原理（3）與前面介紹過的QPSK和OQPSK相比較，它們的相位轉(zhuǎn)移情況如P-214表6.2：

從相位跳變情況看，π/4QPSK介于二者之間。QPSKOQPSKπ/4QPSK0°±90°180°0°±90°±45°±135°27π/4QPSK的基本原理（4）π/4QPSK調(diào)制具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）與QPSK調(diào)制相比，相鄰符號(hào)之間沒有180°的相位變化，帶通濾波之后π/4QPSK信號(hào)比QPSK信號(hào)包絡(luò)波動(dòng)更小；（2）與QPSK調(diào)制相比，相鄰符號(hào)之間必存在相位差，這使得接收機(jī)中的符號(hào)同步變得更容易；（3）可以對π/4QPSK采用非相干檢測，使接收機(jī)結(jié)構(gòu)變得更簡單。28π/4QPSK的發(fā)射（1）29π/4QPSK信號(hào)的發(fā)射（2）由二進(jìn)制信息序列{mk}產(chǎn)生π/4QPSK信號(hào)的步驟如下：（1）將信息速率為Rb的輸入序列{mk}轉(zhuǎn)換為速率為Rb/2的由奇數(shù)比特組成的序列{mI,k

}和由偶數(shù)比特組成的序列{mQ,k

}，這一步通常由串并變換器實(shí)現(xiàn)。（2）將每個(gè)兩比特符號(hào)（mI,k

，

mQ,k

）映射為當(dāng)前符號(hào)間隔[kTs，(k+1)Ts]與前一符號(hào)間隔[(k-1)Ts，kTs]所發(fā)射的信號(hào)波形的相位差。30π/4QPSK信號(hào)的發(fā)射（3）

（mI,k

，

mQ,k

）

11

π/4

01

3π/4

00

-3π/4

10

-π/4基帶符號(hào)與已調(diào)信號(hào)相位差的映射關(guān)系表31π/4QPSK信號(hào)的發(fā)射（4）（3）產(chǎn)生基帶同相分量和正交分量：

Ik=cosθk，Qk=sinθk， 其中θk為當(dāng)前符號(hào)間隔[kTs，(k+1)Ts]的π/4QPSK信號(hào)載波相位，θk-1為前一符號(hào)間隔[(k-1)Ts，kTs]的π/4QPSK信號(hào)載波相位，有：

θk=θk-1+或

=θk-

θk-1，

則同相分量和正交分量可表示為：32π/4QPSK信號(hào)的發(fā)射（5）

（4）同相分量Ik和正交分量Qk分別被兩個(gè)相互正交的載波調(diào)制產(chǎn)生π/4QPSK波形：其中：33π/4QPSK的基帶差分解調(diào)134π/4QPSK的基帶差分解調(diào)2低通濾波器輸出：差分解碼器輸出：根據(jù)表6.2做出如下判決：

sI=1，如果xk>0或sI=0，如果xk<0

sQ=1，如果yk>0或sQ=0，如果yk<0

35習(xí)題課本pp-214的例6.9和pp-216的例6.10。36π/4QPSK的IF差分解調(diào)137π/4QPSK的IF差分解調(diào)2輸入信號(hào)Sk(t)=cos(ωct+θk)經(jīng)兩個(gè)支路相乘后的信號(hào)分別為cos(ωct+θk)·cos[ωc(t-Ts)+θk-1]

sin(ωct+θk)·cos[ωc(t-T