現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)課件

第八章現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)8.1引言8.2偏移四相相移鍵控8.3丌/4四相相移鍵控8.4最小頻移鍵控8.5高斯最小頻移鍵控8.6正交幅度調(diào)制8.7正交頻分復(fù)用《通信原理課件》81引言在第6章中已經(jīng)討論了幾種基本數(shù)字調(diào)制技術(shù)的調(diào)制和解調(diào)原理。隨著數(shù)字通信的迅速發(fā)展,各種數(shù)字調(diào)制方式也在不斷地改進(jìn)和發(fā)展,現(xiàn)代通信系統(tǒng)中出現(xiàn)了很多性能良好的數(shù)字調(diào)制技術(shù)本章我們主要介紹目前實(shí)際通信系統(tǒng)中常使用的幾種現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)。首先介紹幾種恒包絡(luò)調(diào)制,包括偏移四相相移鍵控(OQPSK)、π4四相相移鍵控(π/4-OSK)、最小頻移鍵控(MSK)和高斯型最小頻移鍵控(GMSK);然后介紹正交幅度調(diào)制(QAM),它是一種不恒定包絡(luò)調(diào)制。在介紹了這幾種單載波調(diào)制后,再引入多載波調(diào)制,著重介紹其中的正交頻分復(fù)用(OFDM)?！锻ㄐ旁碚n件》8.2偏移四相相移鍵控(OQPSK)在數(shù)字調(diào)制中,假設(shè)QPSK信號的每個碼元的包絡(luò)為矩形方波,則高頻信號也具有恒包絡(luò)特性,但這時已調(diào)信號的頻譜將為無窮大,而實(shí)際上信道帶寬總是有限的,為了對QPsK信號的帶寬進(jìn)行限制,先將基帶雙極性矩形不歸零脈沖序列先經(jīng)過基帶成形濾波器進(jìn)行限帶,然后再進(jìn)行QPsK調(diào)制。問題是:通過帶限處理后的QPSK信號將不再是恒包絡(luò)了。而且當(dāng)碼組,或時,會產(chǎn)生的載波相位跳變,這種相位跳變會引起帶限處理后的QPSK信號包絡(luò)起伏,甚至出現(xiàn)包絡(luò)為0的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象必須避免,這是因?yàn)楫?dāng)通過非線性器件后,包絡(luò)起伏很大的限帶QPSK信號的功率譜旁瓣增生,導(dǎo)致頻譜擴(kuò)散,增加對相鄰信道的千擾。為了消除的相位跳變,在QPSK的基礎(chǔ)上提出了OQPSK?！锻ㄐ旁碚n件》gPSK信號是利用正交調(diào)制方法產(chǎn)生的其原理是先對輸入數(shù)據(jù)作申/并變換,即將二進(jìn)制數(shù)據(jù)每兩比特分成組,得到四種組合:(11)、(-1,1)、(-1,-1)和(1每組的前一比特為同相分量,后一比特為正交分量。然后利用同相分量和正交分量分別對兩個正交的載波進(jìn)行2PsK調(diào)制,最后將調(diào)制結(jié)果疊Ⅲ,得到QPSK信號?？芍猀PSK信號的相位有四種可能的取值,QPSK相位關(guān)系如圖8-1(a)所小。隨著輸入數(shù)據(jù)的不同,QPSK信號的相位會在這四種相位上跳變,如圖8-1(a)中的箭頭所示。當(dāng)發(fā)生對角過渡,即產(chǎn)生的相移時,經(jīng)過帶通濾波器之后所形成的包絡(luò)起伏必然達(dá)到最大。《通信原理課件》為了減小甸絡(luò)起伏,這里做一改進(jìn):在對QPSK做正交調(diào)制肘,將正交分量Q(t)的基帶信號相對于同相分量I()的基帶信號延遲豐個碼元間隔T/2(一個比特間隔)。這種調(diào)制方法稱為偏移四相相移鍵控(OQPSK(-1,1)(a)QPsK信號的相位關(guān)系(b)oQPSK信號的相位關(guān)系圖8-1QPsK和QPSK信號的相位關(guān)系《通信原理課件》如圖81(b丿所示。經(jīng)帶通濾波器后,OQPSK信號中包絡(luò)的最大值與最小值之比約為√2,不再出現(xiàn)比值無限大的現(xiàn)象。也就是說,濾波后的QPSK信號和OQPK信號有本質(zhì)的區(qū)別。由于OQPK信號也可以看作是由同相支路和正交支路的2PK信號的疊加,所以O(shè)QPSK信號的功率譜與QPSK信號的功率譜形狀相同。如果采用相干解調(diào)方式,理論上OQPSK信號的誤碼性能與相干解調(diào)的QPSK相同。但是,頻帶受限的OQPK信號包絡(luò)起伏比頻帶受限的QPSK信號小,經(jīng)限幅放大后頻譜展寬的少,所以O(shè)QPSK的性能優(yōu)于QPSK。在實(shí)際中,OQPSK比QPSK應(yīng)用更廣泛?！锻ㄐ旁碚n件》83T/4四相相移鍵控與OQPSK只有四個相位點(diǎn)不同,丌{4-QPK信號已調(diào)信號的相位被均勻地分配為相距丌}4的八個相位點(diǎn),如圖8-3a)所殺。八個相位點(diǎn)分為兩粗,分別用“●”和“”表示,如圖8-3(b)和()所殺。如果能夠使己詡信號的相位在兩組之悶突替跳變,則相位跳變偵魷只能有±45和士135凹神取值,從而免了QPK信號相位變180的現(xiàn)象。而且和鄰碼元間至少有一的相伭支化,從而使接收機(jī)容易進(jìn)行時鉀恢復(fù)和冏步。由于最大相移135°比QPK的最大相移180°小丌/4,所以稱為丌/4移位QPSK,簡稱為x14QPSK?！锻ㄐ旁碚n件》(a)星座圖星座圖之一()星座圖之二圖83T/4-QPSK信號的星座圖《通信原理課件》如果采用相干解調(diào),丌14-QPK信號的抗噪聲性能和QPK信號的桕同。但是,帶限后的丌4-QP巛K信號保持恆囟絡(luò)的性能比帶限后的QPSK好,但不如OQPK,這是因?yàn)槿咪洿笙辔蛔兓疧QPK最小,丌/4QPK其次,QPSK最大。雨要指出的是,丌/4QPSK的優(yōu)勢還在于祀可以釆用差分檢測,這是圖為丌4QP5K信號內(nèi)的信息完全包合在栽波的兩個桕鄰碼元之的相位差φ中。差分松測是一種葬相干解調(diào),這大大苘化了接收機(jī)的設(shè)葉。而且,通過硏兜還發(fā)覡,在存在多徑和衰落肘,丌14QPSK的性能忱于OQPSK,所以,丌4-QPSK日益得到重視,現(xiàn)在北美和日本的數(shù)字蛑窩移動通信親統(tǒng)中過采用丌/4-QPSK調(diào)制方式。《通信原理課件》84最小頻移鍵控(MSK)OQPK和丌/4-QPK雖然遵免了QPK信號相位突支180的現(xiàn)象,改善了包絡(luò)起伏,但是并沒有從根本上解決包絡(luò)趙伏問題。究其原因,包絡(luò)起伙是山相位的井連續(xù)變化引起的。因此,我們自然會想到使用相位連黷叟化的調(diào)制方貳,這神方式稱為連煥相位調(diào)制(CPM)。AK是一種特殊的2K信號,宅是二迸制連蛺相位頻移鍵控(CPF孓K的一種藉殊情況。在6.2、2節(jié)中討論的2F張K信號通是由兩