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 20131024 3.3 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行調(diào)制？無線通信為什么要進行調(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

2、和幅度。位和幅度。 也有用脈沖序列作為載波的，如擴頻調(diào)制。也有用脈沖序列作為載波的，如擴頻調(diào)制。 3.2 模擬調(diào)制 3.2.1 幅度調(diào)制 K=0.5 K=1.0 3.2.1 幅度調(diào)制（續(xù)1） 雙邊帶的頻譜 BAM=2fm 3.2.1 幅度調(diào)制（續(xù)2） 單邊帶調(diào)制 BAM=fm 3.2.1 幅度調(diào)制（續(xù)3） 導(dǎo)頻單音SSB 3.2.1 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）

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（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RZ Manchester線性碼 3.3.1 數(shù)字調(diào)制概述（續(xù)1） 二進制線型 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

4、 射頻信號 a=0.5 判決點： 4Ts、5Ts、 6Ts 3.3.2 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 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

5、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，用頻譜有效性是調(diào)制的一個主要指標，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

6、的多進制來實現(xiàn)。率的多進制來實現(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要求 和動態(tài)范圍要求等工程實現(xiàn)性能。在和動態(tài)范圍要求等工程實現(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

7、。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)范圍要求等工程實現(xiàn)性能。在和動態(tài)范圍要求等工程實現(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

8、?？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 二進制和多進制二進制和多進制 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（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

9、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：帶寬效率高，有很好的頻譜效率優(yōu)點：帶寬效率高，有很好的頻譜效率 缺點：要使用功率效率低的線性缺點：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 接收機接收機 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)

10、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 ） 3.4.4 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QPS

11、KQPSK和和OQPSKOQPSK的基礎(chǔ)上，改進的一種的基礎(chǔ)上，改進的一種 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；個相位點； 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QPSKQP

12、SK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，確定在發(fā)送期間的射機，確定在發(fā)送期間的k和和Ik、Qk的的值。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，確定在發(fā)送期間的k和Ik、Qk的值。 OQPS

13、K (1,1) (1,-1) (-1,1) (-1,-1) 001011 00-10-11 00-00-10-1010-11 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，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=-0.707 10 -/4, 2= - , I2=-1、Q2=0 11 /4, 2= -3/4, I3= -0.707 、Q3= -0.707 /4QPSK 3.5 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

14、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：可以使用功率效率高的優(yōu)點：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，從而簡化接收機的設(shè)計，鑒相器檢測，從而簡化接收機的設(shè)計， 并能很好地抵抗隨機噪聲和由瑞利衰落引起并能很好地抵抗隨機噪聲和由瑞利衰落引起 的信號波動。的信號波動。 缺點：占用帶寬比線性調(diào)制大缺點：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

15、.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 進制調(diào)制。進制調(diào)制。 優(yōu)點：適用于帶寬受限信道優(yōu)點：適用于帶寬受限信道 缺點：對定時抖動敏感。缺點：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點的方星座，在此基礎(chǔ)上附加M/2點， 每邊M/8,M=22m, M=16 M=32 3