移動(dòng)通信 第2章調(diào)制解調(diào)

1、第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 第第2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào) 2.1 概述概述 2.2 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 2.3 數(shù)字相位調(diào)制數(shù)字相位調(diào)制 2.4 正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制(QAM) 2.5 擴(kuò)展頻譜調(diào)制擴(kuò)展頻譜調(diào)制 2.6 多載波調(diào)制多載波調(diào)制 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 2.1 2.1 概概 述述 2.1.1 何謂調(diào)制與解調(diào)？何謂調(diào)制與解調(diào)？調(diào)制：在發(fā)送端把要傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)變換成調(diào)制：在發(fā)送端把要傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)變換成 適合信道傳輸?shù)母哳l信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）。適合信道傳輸?shù)母哳l信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）。 解調(diào)：在接收端需將已調(diào)信號(hào)還原成要傳輸?shù)?/p>

2、原始信解調(diào)：在接收端需將已調(diào)信號(hào)還原成要傳輸?shù)脑夹?號(hào)。號(hào)。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 2.1.2 調(diào)制的分類：調(diào)制的分類： 模擬調(diào)制模擬調(diào)制( (或連續(xù)調(diào)制或連續(xù)調(diào)制) ) ：利用輸入的模擬信號(hào)直接調(diào)：利用輸入的模擬信號(hào)直接調(diào)制制( (或改變或改變) )載波載波( (正弦波正弦波) )的振幅、頻率或相位，從而的振幅、頻率或相位，從而得到調(diào)幅得到調(diào)幅(AM)(AM)、調(diào)頻、調(diào)頻(FM)(FM)或調(diào)相或調(diào)相(PM)(PM)信號(hào)。信號(hào)。 數(shù)字調(diào)制：數(shù)字調(diào)制：利用數(shù)字信號(hào)來控制載波的振幅、頻率或利用數(shù)字信號(hào)來控制載波的振幅、頻率或相位。分為移頻鍵控相位。分為移頻鍵控(FSK)(F

3、SK)和移相鍵控和移相鍵控(PSK)(PSK)等。等。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 2.1.3 調(diào)制解調(diào)技術(shù)的主要內(nèi)容：調(diào)制解調(diào)技術(shù)的主要內(nèi)容： 調(diào)制的原理及其實(shí)現(xiàn)方法調(diào)制的原理及其實(shí)現(xiàn)方法; ;已調(diào)信號(hào)的頻譜特性已調(diào)信號(hào)的頻譜特性; ;解調(diào)的解調(diào)的原理和實(shí)現(xiàn)方法原理和實(shí)現(xiàn)方法; ;解調(diào)后的信噪比或誤碼率性能等。解調(diào)后的信噪比或誤碼率性能等。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 2.1.4 調(diào)頻信號(hào)調(diào)制解調(diào)的過程及其信號(hào)特征和性能：調(diào)頻信號(hào)調(diào)制解調(diào)的過程及其信號(hào)特征和性能： 設(shè)載波信號(hào)為設(shè)載波信號(hào)為)cos()(0tUtucc (2 - 1) 其中其中 Uc為載波信號(hào)的

4、振幅，為載波信號(hào)的振幅， c為載波信號(hào)的角頻率，為載波信號(hào)的角頻率， 0為載波信號(hào)的初始相位。為載波信號(hào)的初始相位。 調(diào)頻和調(diào)相信號(hào)可寫成一般形式：調(diào)頻和調(diào)相信號(hào)可寫成一般形式：)(cos()(ttUtucc (2 - 2) 其中其中(t)為載波的瞬時(shí)相位。為載波的瞬時(shí)相位。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 設(shè)調(diào)制信號(hào)為設(shè)調(diào)制信號(hào)為um(t), 則調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)角頻率與輸則調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)角頻率與輸入信號(hào)的關(guān)系為入信號(hào)的關(guān)系為)()(tukdttdmf (2 - 3) dukttmf)()(0(2 - 4) 其中其中kf為調(diào)制靈敏度。為調(diào)制靈敏度。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解

5、調(diào)（上） 因而調(diào)頻信號(hào)的形式為：因而調(diào)頻信號(hào)的形式為： mmfffccFMmmtmfccFMUkmtmtUtutUtuduktUtusincos)(cos)()(cos)(0(2 - 5) (2 - 6) (2 - 7) (2 - 8) 其中其中mf為調(diào)制指數(shù)。為調(diào)制指數(shù)。 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 將式將式(2 - 7)展開成級(jí)數(shù)：展開成級(jí)數(shù)：)2(sin)()2(sin)()(sin)()(sin)(sin)()(22110tmJtmJtmJtmJtmJUtucfcfcfcfcfcFM其中其中 Jk(mf)為為k階第一類貝塞爾函數(shù)：階第一類貝塞爾函數(shù)： (2 - 9)

6、02)!( !)2/() 1()(jkjfjfkjkjmmJ (2 - 10) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 1 FM信號(hào)的頻譜信號(hào)的頻譜(mf=2) oUcUc / 2cJ2(mf)J1(mf)J0(mf)J1(mf)J2(mf)振幅2B2( mf1)第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 若以若以90%能量所包括的譜線寬度能量所包括的譜線寬度(以載頻為中心以載頻為中心)作作為調(diào)頻信號(hào)的帶寬，為調(diào)頻信號(hào)的帶寬， 則調(diào)頻信號(hào)的帶寬為：則調(diào)頻信號(hào)的帶寬為： B = 2(mf+1)Fm = 2(fm+Fm) (2 - 11) 若以若以99%能量計(jì)算，能量計(jì)算，

7、則調(diào)頻信號(hào)的帶寬為：則調(diào)頻信號(hào)的帶寬為：mffFmmB)1 (2(2 - 12)第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 在接收端，輸入的高斯白噪聲在接收端，輸入的高斯白噪聲(其雙邊功率譜密度其雙邊功率譜密度為為N0/2)和信號(hào)一起通過帶寬和信號(hào)一起通過帶寬B=2(mf+1)Fm的前置放大的前置放大器，經(jīng)限幅后送入到鑒頻器，再經(jīng)低通濾波后得到所器，經(jīng)限幅后送入到鑒頻器，再經(jīng)低通濾波后得到所需的信號(hào)。在限幅器前，信號(hào)加噪聲可表示為：需的信號(hào)。在限幅器前，信號(hào)加噪聲可表示為： r(t) =uFM(t)+n(t) =Uc cosct+(t)+xc(t) cos(ct)-yc(t) sin(ct)

8、 =Uc cosct+(t)+V(t) cosct+(t) =Uc(t) cos(t) (2 - 13)第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 其中其中 Uc(t)經(jīng)限幅器限幅后為一常量，而經(jīng)限幅器限幅后為一常量，而)()(cos)()()(sin)(arctan)()(tttVUtttVtttcc (2 - 14) 在大信噪比情況下，即在大信噪比情況下，即UcV(t), 有有ccccUtyttttUtVttt)()()()(sin)()()( (2 - 15) 其中第二項(xiàng)為與有用信號(hào)相關(guān)的項(xiàng)，第其中第二項(xiàng)為與有用信號(hào)相關(guān)的項(xiàng)，第三項(xiàng)取決于噪聲。三項(xiàng)取決于噪聲。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（

9、上）調(diào)制解調(diào)（上） 鑒頻器的輸出為：鑒頻器的輸出為： dttdyUtukdttdyUdttddttdtucmfccout)(1)()(1)()()( (2 - 16) 其中第一項(xiàng)為信號(hào)項(xiàng)，第二項(xiàng)為噪聲項(xiàng)。其中第一項(xiàng)為信號(hào)項(xiàng)，第二項(xiàng)為噪聲項(xiàng)。 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 經(jīng)過低通濾波后，經(jīng)過低通濾波后， 信號(hào)的功率為：信號(hào)的功率為：)(21)(2222tuktukSmfmfout(2 - 17) 噪聲的功率為：噪聲的功率為： 230022321ccoutUNdNUN(2 - 18) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 從而得輸出信噪比為：從而得輸出信噪比為： mcfc

10、mfoutoutFNUmUNUkNS022230222/233/2/ (2 - 19) 因?yàn)檩斎胄旁氡葹椋阂驗(yàn)檩斎胄旁氡葹椋?mcfmfccininFNUmFmNUBNUNS0202022/) 1(21) 1(22/2221(2 - 20) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 經(jīng)過鑒頻器解調(diào)后，信噪比的增益為：經(jīng)過鑒頻器解調(diào)后，信噪比的增益為：) 1(3/2ffininoutoutmmNSNSG (2 - 21) 但在小信噪比情況下，但在小信噪比情況下， 即即UcV(t)， 由式由式(2 - 14)得得 ：)()(sin)()()(tttVUtttcc (2 - 22) 上式中沒有單

11、獨(dú)的信號(hào)項(xiàng)存在，解調(diào)器的輸出完上式中沒有單獨(dú)的信號(hào)項(xiàng)存在，解調(diào)器的輸出完全由噪聲確定。因此解調(diào)信號(hào)要獲得信噪比增益，輸全由噪聲確定。因此解調(diào)信號(hào)要獲得信噪比增益，輸入信號(hào)必須大于某一門限值，即所謂的入信號(hào)必須大于某一門限值，即所謂的“門限效應(yīng)門限效應(yīng)”。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 2 FM解調(diào)器的性能及門限效應(yīng)解調(diào)器的性能及門限效應(yīng) FMAM同步檢波門限odBininNSdBoutoutNS第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 2.2 2.2 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制 2.2.1 移頻鍵控移頻鍵控(FSK)調(diào)制調(diào)制 設(shè)輸入到調(diào)制器的比特流為設(shè)輸入到調(diào)制器

12、的比特流為an, an=1, n=-+。FSK的輸出信號(hào)形式的輸出信號(hào)形式(第第n個(gè)比特區(qū)間個(gè)比特區(qū)間)為為)cos()cos()(2211ttts11nnaa (2 - 23) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 令令g(t)為寬度為寬度Ts的矩形脈沖且的矩形脈沖且 11101101nnnnnnaabaab則則s(t)可表示為可表示為 ：)cos()()cos()()(2211nsnsnntnTtgbtnTtgbts (2 - 24) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 令令g(t)的頻譜為的頻譜為G(), an取取+1和和-1的概率相等，的概率相等， 則則s(t)的功率

13、譜表達(dá)式為：的功率譜表達(dá)式為：)()()0(161)()(161)()()0(161)()(161)(2222222211222121ffffGfffffGfffffGfffGffGffPsssss第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 3 FSK信號(hào)的功率譜信號(hào)的功率譜 Ps(f )f0f2 f1f1 fsf1f0f2f2 fsof221ff 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 分析：第一、二項(xiàng)表示分析：第一、二項(xiàng)表示FSK信號(hào)功率譜的一部分由信號(hào)功率譜的一部分由g(t)的功率譜從的功率譜從0搬移到搬移到f1，并在，并在f1處有載頻分量；第三、處有載頻分量；第三、四

14、項(xiàng)表示四項(xiàng)表示FSK信號(hào)功率譜的另一部分由信號(hào)功率譜的另一部分由g(t)的功率譜從的功率譜從0搬移到搬移到f2，并在，并在f2處有載頻分量。從處有載頻分量。從FSK信號(hào)的功率信號(hào)的功率譜圖中可以看到，如果譜圖中可以看到，如果(f2-f1)小于小于fs(fs=1/Ts)，則功率譜，則功率譜將會(huì)變?yōu)閱畏濉?huì)變?yōu)閱畏濉?FSK信號(hào)的帶寬大約為信號(hào)的帶寬大約為sfffB212 (2 - 26) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 4 FSK的相干解調(diào)框圖的相干解調(diào)框圖 帶通濾波器相乘器低通濾波器cos(1t1)y1(t)定時(shí)脈沖x1(t)輸出輸入1比較判決帶通濾波器相乘器低通

15、濾波器cos(2t2)y2(t)x2(t)2第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 設(shè)圖設(shè)圖 2 - 4 中兩個(gè)帶通濾波器的輸出分別為中兩個(gè)帶通濾波器的輸出分別為y1(t)和和y2(t)。它們包括有用信號(hào)分量和噪聲分量。設(shè)噪聲分。它們包括有用信號(hào)分量和噪聲分量。設(shè)噪聲分量為加性窄帶高斯噪聲，量為加性窄帶高斯噪聲， 可分別表示為可分別表示為 1支路：支路： nc1(t) cos(1t+1)-ns1(t) sin(1t+1) 2支路：支路： nc2(t) cos(2t+2)-ns2(t) sin(2t+2) 其中其中nc1(t), ns1(t), nc2(t), ns2(t)是均值為是均值為

16、0、方差為、方差為2n的高斯隨機(jī)過程。的高斯隨機(jī)過程。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 發(fā)發(fā)“+1 ”時(shí)：時(shí)：y1(t) = a cos(1t+1)+nc1(t) cos(1t+1) -ns1(t) sin(1t+1)y2(t) = nc2 cos(2t+2)-ns2(t) sin(2t+2)(2 - 27) 發(fā)發(fā)“-1”時(shí)：時(shí)： y1(t) = nc1 cos(1t+1)-ns1(t) sin(1t+1)y2(t) = a cos(2t+2)+nc2(t) cos(2t+2) -ns2(t) sin(2t+2)(2 - 28) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 經(jīng)過相

17、乘器和低通濾波后的輸出為：經(jīng)過相乘器和低通濾波后的輸出為：發(fā)發(fā)“+1 ”時(shí)：時(shí)：x1(t) = a+nc1(t)x2(t) = nc2(t)(2 - 29a) 發(fā)發(fā)“-1”時(shí)：時(shí)： x1(t) = nc1(t) x2(t) = a+nc2(t)(2 - 29b) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 設(shè)在取樣時(shí)刻，設(shè)在取樣時(shí)刻，x1(t)和和x2(t)對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)值為對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)值為x1和和x2，nc1(t)和和nc2(t)對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)值為對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)值為nc1和和nc2，則在輸入，則在輸入“+1 ”和和“-1”等概的條件下，誤比特率就等于發(fā)送比特為等概的條件下，誤比特率就等于發(fā)送比特為“+1

18、 ”或或“-1”的誤比特率，的誤比特率， 即即Pe = P(x1x2) = P(a+nc1nc2) = P(a+nc1-nc20)(2 - 30) 22121)(02/)(022rerfcdzedzzfPzazze(2 - 31) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 其中其中 為輸入信噪比，為輸入信噪比，erfc(x)為互補(bǔ)誤差函數(shù)，為互補(bǔ)誤差函數(shù)，即即222/nardzexxz22)(erfc (2 - 32) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 2.2.2 最小移頻鍵控最小移頻鍵控(MSK)調(diào)制調(diào)制 MSK是一種特殊形式的是一種特殊形式的FSK，其頻差是滿足兩個(gè)，其頻差

19、是滿足兩個(gè)頻率相互正交頻率相互正交(即相關(guān)函數(shù)等于即相關(guān)函數(shù)等于0)的最小頻差，并要求的最小頻差，并要求FSK信號(hào)的相位連續(xù)。其頻差信號(hào)的相位連續(xù)。其頻差f=f2-f1=1/2Tb，即調(diào)制，即調(diào)制指數(shù)為指數(shù)為 5 . 0/1bTfh 其中其中Tb為輸入數(shù)據(jù)流的比特寬度。為輸入數(shù)據(jù)流的比特寬度。 (2 - 33) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） MSK的信號(hào)表達(dá)式為：的信號(hào)表達(dá)式為： kkbcxtaTttS2cos)( (2 - 34) 其中其中xk是為了保證是為了保證t=kTb時(shí)相位連續(xù)而加入的相位常量。時(shí)相位連續(xù)而加入的相位常量。 令令 k = ct+k kTbt(k+1)Tb

20、 (2 - 35)其中其中 kkbkxtaT2第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） k-1(kTb) = k(kTb) (2 - 36)將式將式(2 - 35)代入式代入式(2 - 36)可得：可得：2)(11kaaxxkkkk(2 - 37) 為了保持相位連續(xù)，為了保持相位連續(xù)， 在在t=kTb時(shí)應(yīng)有下式成立：時(shí)應(yīng)有下式成立： 從上式可以看出，若從上式可以看出，若x0=0，則，則xk= 。該式。該式說明本比特內(nèi)的相位常數(shù)不僅與本比特的輸入有說明本比特內(nèi)的相位常數(shù)不僅與本比特的輸入有關(guān)，還與前一比特的輸入及相位常數(shù)有關(guān)。關(guān)，還與前一比特的輸入及相位常數(shù)有關(guān)。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上

21、）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 5 MSK的相位軌跡的相位軌跡 3/ 201 1 1 1 1 1 1 1 1Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb0akxk (t)t/ 2/ 23/ 225/ 23233344第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 6 MSK的可能相位軌跡的可能相位軌跡 Tb2Tb4Tb6Tb8Tb9Tb(t)t23 / 2 / 20 / 23 / 227Tb5Tb3Tb第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 從圖從圖 2 - 5 和圖和圖 2 - 6 可以看出：當(dāng)可以看出：當(dāng)t=2lTb，l=0，1，2，時(shí)，相位取值只能是時(shí)，相位取值

22、只能是0或或(模模2)；當(dāng)；當(dāng)t=(2l+1)Tb，l=0，1，2，時(shí)，相位取值只能是時(shí)，相位取值只能是/2(模模2)；在一；在一個(gè)比特區(qū)間內(nèi)，相位線性地增加或減少個(gè)比特區(qū)間內(nèi)，相位線性地增加或減少/2。 MSK信號(hào)表達(dá)式可正交展開為下式：信號(hào)表達(dá)式可正交展開為下式：ttTxattTxxtaTttScbkkcbkkkbcsin2sincoscos2coscos)2cos()(2 - 38) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 由式由式(2 - 37)得：得： 1111kkkkkkkaaaakxxx2)(sinsin2)(coscos2)(coscos111111kaaxkaaxkaa

23、xxkkkkkkkkkk第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 因?yàn)橐驗(yàn)?02)(sin2, 00sin111kaaaaxkkkkk1112)(cos1kaakkak=ak-1ak ak-1且且k為奇數(shù)為奇數(shù)ak ak-1且且k為偶數(shù)為偶數(shù) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 所以上式可以寫成所以上式可以寫成(令令k=2l, l=0, 1, 2, )： cosx2l = cosx2l-1 a2l+1 cosx2l+1 = a2l cosx2l (2 - 39) 由此式可以看出：由此式可以看出：I支路數(shù)據(jù)支路數(shù)據(jù)(cosxk)和和Q支路數(shù)據(jù)支路數(shù)據(jù)(akcosxk)并不是每隔并不

24、是每隔Tb秒就可能改變符號(hào)，而是每隔秒就可能改變符號(hào)，而是每隔2Tb秒才有可能改變符號(hào)。秒才有可能改變符號(hào)。I支路與支路與Q支路的碼元在時(shí)間支路的碼元在時(shí)間上錯(cuò)開上錯(cuò)開Tb秒，如圖秒，如圖 2 - 7 所示。所示。 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 7 MSK的輸入數(shù)據(jù)與各支路數(shù)據(jù)及基帶波形的關(guān)系的輸入數(shù)據(jù)與各支路數(shù)據(jù)及基帶波形的關(guān)系 0123456789101112131415161 1 11 1 1 11111 1 11 1 11 10091 11 1 1 1 1 111 1 11 1 1 1Tb6Tb7Tb8Tb9Tb13 Tb14 Tb15 Tb6Tb7Tb8

25、Tb9Tb10 Tb13 Tb14 Tb16 TbTbkdkakxkcos xkakcos xk1 1 1 11 11111 1 11 1 111 11 1 1 1 1 11 1 1 11 1 1 11 1b2coscosTtxk77777444433322Tb2Tb3Tb3Tb4Tb4Tb5Tb5Tb10 Tb11 Tb11 Tb12 Tb12 Tb15 Tb16 Tbb2sincosTtxakk第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 8 MSK調(diào)制器框圖調(diào)制器框圖串/ 并差分編碼TbcosctsinctyMSK(t)TbakdktTb2costTb2sin第第2 2講講

26、 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） MSK信號(hào)也可以將非歸零的二進(jìn)制序列直接送入信號(hào)也可以將非歸零的二進(jìn)制序列直接送入FM調(diào)制器中來產(chǎn)生，調(diào)制器中來產(chǎn)生，F(xiàn)M調(diào)制器的調(diào)制指數(shù)為調(diào)制器的調(diào)制指數(shù)為0.5。 MSK信號(hào)的單邊功率譜表達(dá)式為信號(hào)的單邊功率譜表達(dá)式為:bcbcbMSKTffTffTfP)(2cos)(1618)(2222 (2 - 40) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 9 MSK信號(hào)的功率譜信號(hào)的功率譜 1.02.03.04.0(f fc)TbMSKQPSK功率譜密度 / dB01020304050600.5 0.75第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上

27、） MSK信號(hào)可以采用鑒頻器解調(diào)，也可以采用相干信號(hào)可以采用鑒頻器解調(diào)，也可以采用相干解調(diào)。相干解調(diào)的框圖如圖解調(diào)。相干解調(diào)的框圖如圖 2 - 10 所示。圖中采用平所示。圖中采用平方環(huán)來提取相干載波。從圖中可以看出經(jīng)過低通濾波方環(huán)來提取相干載波。從圖中可以看出經(jīng)過低通濾波后，后，I支路和支路和Q支路的輸出分別為支路的輸出分別為:bkkbkTtxaTtx2sincos2coscos22 (2 - 41) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 10 MSK相干解調(diào)框圖相干解調(diào)框圖 bc2121Tf 鎖相環(huán)2bc2122Tf 鎖相環(huán)2平方器相干載波提取LPF取樣判決交替門LP

28、F取樣判決BPFTb差分譯碼sin2sin2btTctctcos2cos2btT第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 參照參照FSK的誤碼率分析，在輸入為窄帶高斯噪聲的誤碼率分析，在輸入為窄帶高斯噪聲(均值為均值為0，方差為，方差為2n)的情況，各支路的誤碼率為的情況，各支路的誤碼率為:)(erfc21rPs(2 - 42) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 與與FSK性能相比，由于各支路的實(shí)際碼元寬度為性能相比，由于各支路的實(shí)際碼元寬度為2Tb，其對(duì)應(yīng)的低通濾波器帶寬減少為原帶寬的，其對(duì)應(yīng)的低通濾波器帶寬減少為原帶寬的1/2， 從而使從而使MSK的輸出信噪比提高了一倍。的

29、輸出信噪比提高了一倍。 經(jīng)過差分譯碼后的誤比特率為經(jīng)過差分譯碼后的誤比特率為:)1 (2ssePPP (2 - 43) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 2.2.3 高斯濾波的最小移頻鍵控高斯濾波的最小移頻鍵控(GMSK)調(diào)制調(diào)制: 盡管盡管MSK信號(hào)已具有較好的頻譜和誤比特率性能，信號(hào)已具有較好的頻譜和誤比特率性能，但仍不能滿足功率譜在相鄰頻道取值但仍不能滿足功率譜在相鄰頻道取值(即鄰道輻射即鄰道輻射)低于低于主瓣峰值主瓣峰值60 dB以上的要求。這就要求在保持以上的要求。這就要求在保持MSK基基本特性的基礎(chǔ)上，對(duì)本特性的基礎(chǔ)上，對(duì)MSK的帶外頻譜特性進(jìn)行改進(jìn)，的帶外頻譜特性進(jìn)行

30、改進(jìn)，使其衰減速度加快。使其衰減速度加快。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 由由2.2.2節(jié)可以看出，節(jié)可以看出，MSK信號(hào)可由信號(hào)可由FM調(diào)制器來產(chǎn)調(diào)制器來產(chǎn)生，由于輸入二進(jìn)制非歸零脈沖序列具有較寬的頻譜，生，由于輸入二進(jìn)制非歸零脈沖序列具有較寬的頻譜，從而導(dǎo)致已調(diào)信號(hào)的帶外衰減較慢。如果將輸入信號(hào)從而導(dǎo)致已調(diào)信號(hào)的帶外衰減較慢。如果將輸入信號(hào)經(jīng)過濾波以后再送入經(jīng)過濾波以后再送入FM調(diào)制，必然會(huì)改善已調(diào)信號(hào)的調(diào)制，必然會(huì)改善已調(diào)信號(hào)的帶外特性。帶外特性。 GMSK信號(hào)就是通過在信號(hào)就是通過在FM調(diào)制器前加入高斯低通調(diào)制器前加入高斯低通濾波器濾波器(稱為預(yù)調(diào)制濾波器稱為預(yù)調(diào)制濾波器

31、)而產(chǎn)生的，如圖而產(chǎn)生的，如圖 2 - 11 所示。所示。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 11 GMSK信號(hào)的產(chǎn)生原理信號(hào)的產(chǎn)生原理 預(yù)調(diào)制濾波器輸入數(shù)據(jù)不歸零(NRZ)FM調(diào)制器調(diào)制指數(shù)為0.5第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 高斯低通濾波器的沖擊響應(yīng)為高斯低通濾波器的沖擊響應(yīng)為:bBtth2ln2)exp()(222 (2 - 44) 其中其中Bb為高斯濾波器的為高斯濾波器的3 dB帶寬。帶寬。 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 該濾波器對(duì)單個(gè)寬度為該濾波器對(duì)單個(gè)寬度為T Tb b的矩形脈沖的響應(yīng)為：的矩形脈沖的響應(yīng)為：dtQTtBQTt

32、BQtgtbbbb)2/exp(21)(2(2ln22(2ln2)(2式中(2 - 45) (2 - 46) 當(dāng)當(dāng)BbTb取不同值時(shí)，取不同值時(shí)，g(t)的波形如圖的波形如圖 2 - 12 所示。所示。 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 12 高斯濾波器的矩形脈沖響應(yīng)高斯濾波器的矩形脈沖響應(yīng) o0.20.40.60.81.00.70.40.30.250.2Tb2Tb Tb2TbtBbTbg(t)第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） GMSK的信號(hào)表達(dá)式為：的信號(hào)表達(dá)式為： dTnTgaTttStbbnbc)2(2cos)( (2 - 47) GMSK的相位軌跡

33、如圖的相位軌跡如圖 2 - 13 所示。所示。 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 13 GMSK的相位軌跡的相位軌跡 0 / 2 / 2(t)MSKGMSKt / Tb12345678第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 從圖從圖 2 - 12 和圖和圖 2 - 13 可以看出，可以看出，GMSK通過引通過引入可控的碼間干擾入可控的碼間干擾(即部分響應(yīng)波形即部分響應(yīng)波形)來達(dá)到平滑相位路來達(dá)到平滑相位路徑的目的，它消除了徑的目的，它消除了MSK相位路徑在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻的相位路徑在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻的相位轉(zhuǎn)折點(diǎn)。從圖中還可以看出，相位轉(zhuǎn)折點(diǎn)。從圖中還可以看出，GMSK信

34、號(hào)在一碼信號(hào)在一碼元周期內(nèi)的相位增量，不像元周期內(nèi)的相位增量，不像MSK那樣固定為那樣固定為/2，而，而是隨著輸入序列的不同而不同。是隨著輸入序列的不同而不同。 由式由式(2 - 47)可得可得ttttttScccsin)(sincos)(cos)(cos()(2 - 48) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 其中其中 bbbtbbnbTktkTtkTdTnTgaTt) 1()()()2(2)( (2 - 49) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 盡管盡管g(t)在理論上是在在理論上是在-t+范圍內(nèi)取值，范圍內(nèi)取值， 但但實(shí)際中需要對(duì)實(shí)際中需要對(duì)g(t)進(jìn)行截短，僅取進(jìn)

35、行截短，僅取(2N+1)Tb 區(qū)間，區(qū)間， 這這樣可以證明樣可以證明(t)在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻的取值在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻的取值(kTb)是有限的，是有限的，在當(dāng)前碼元內(nèi)的相位增量在當(dāng)前碼元內(nèi)的相位增量(t)僅與僅與(2N+1)個(gè)比特有關(guān)，個(gè)比特有關(guān)，因此因此(t)的狀態(tài)是有限的。這樣我們就可以事先制作的狀態(tài)是有限的。這樣我們就可以事先制作cos(t)和和sin(t)兩張表，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)讀出相應(yīng)的值，兩張表，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)讀出相應(yīng)的值，再進(jìn)行正交調(diào)制就可以得到再進(jìn)行正交調(diào)制就可以得到GMSK信號(hào)，如圖信號(hào)，如圖 2 - 14 所示。所示。 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 14 波形

36、存儲(chǔ)正交調(diào)制法產(chǎn)生波形存儲(chǔ)正交調(diào)制法產(chǎn)生GMSK信號(hào)信號(hào) cos(t)表地址產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)D / ALPF象限計(jì)數(shù)器sin(t)表D / ALPFcosctsincty(t)正交調(diào)制器第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 15 GMSK的功率譜密度的功率譜密度 02040608010012000.51.01.52.02.5歸一化頻率：( f fc)Tb0.40.30.20.250.161.00.70.5BbTb(MSK)功率譜密度 / dB第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 表表 2 - 1 GMSK在給定百分比功率下的占用帶寬在給定百分比功率下的占用帶寬 第第2

37、 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 16 GMSK信號(hào)對(duì)鄰道的干擾功率信號(hào)對(duì)鄰道的干擾功率 00.51.01.52.02.5f Tb (f 為信道間隔)1201008060402001.0BbTb(MSK)0.50.40.30.250.20.16鄰道干擾 / dB0.7第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 1. 一比特延遲差分檢測(cè)一比特延遲差分檢測(cè) 一比特延遲差分檢測(cè)器的框圖如圖一比特延遲差分檢測(cè)器的框圖如圖 2 - 17 所示。所示。 設(shè)中頻濾波器的輸出信號(hào)為設(shè)中頻濾波器的輸出信號(hào)為 SIF(t) = R(t) cosct+(t) (2 - 50)第第2 2講講 調(diào)

38、制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 17 一比特延遲差分檢測(cè)器的框圖一比特延遲差分檢測(cè)器的框圖 中頻濾波器GMSK遲延 TbLPF取樣判決相移2ka 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 在不計(jì)輸入噪聲與干擾的情況下，圖中相乘器的輸出為在不計(jì)輸入噪聲與干擾的情況下，圖中相乘器的輸出為 R(t) cosct+(t)R(t-Tb) sinc(t-Tb)+(t-Tb)經(jīng)經(jīng)LPF后的輸出信號(hào)為：后的輸出信號(hào)為：)()()()(sin)()(21)(bbbbcbTttTTTTtRtRtY(2 - 51) 當(dāng)當(dāng)cTb=k(2)(k為整數(shù)為整數(shù))時(shí)，時(shí)，)(sin)()(21)(bbTTtRt

39、RtY(2 - 52) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 其中其中R(t)和和R(t-Tb)是信號(hào)的包絡(luò)，永遠(yuǎn)是正值。因是信號(hào)的包絡(luò)，永遠(yuǎn)是正值。因而而Y(t)的極性取決于相差信息的極性取決于相差信息(Tb)。令判決門限為零，。令判決門限為零， 即判決規(guī)則為即判決規(guī)則為 Y(t) 0 判為判為“+1” Y(t) 0 判為判為“-1”第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 2. 二比特延遲差分檢測(cè)二比特延遲差分檢測(cè) 二比特延遲差分檢測(cè)器的框圖如圖二比特延遲差分檢測(cè)器的框圖如圖 2 - 18 所示。所示。 圖中相乘器的輸出信號(hào)為：圖中相乘器的輸出信號(hào)為：R(t) cosct+(t

40、)R(t-2Tb) cosc(t-2Tb)+(t-2Tb) = R(t)R(t-2Tb) cosct+(t) cosc(t-2Tb)+(t-2Tb) (2 - 53)第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖 2 - 18 二比特延遲差分檢測(cè)器的框圖 中頻濾波器GMSK遲延2TbLPF取樣判決ka 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 經(jīng)經(jīng)LPF后的輸出后的輸出 為：為：)2()()()()2()()2()2(2cos)2()(21)(bbbbbbbcbTtTtTttTtTTTTTtRtRtY(2 - 54) 其中其中 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 當(dāng)當(dāng)2cTb=

41、k(2)(k為整數(shù)為整數(shù))時(shí)時(shí))2()(sin)()(sin)()(cos)()()cos2()(21)(bbbbbbbTtTtTttTtTtTttTtRtRtY (2 - 55) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 如果在中頻濾波器后插入一個(gè)限幅器，則可以去如果在中頻濾波器后插入一個(gè)限幅器，則可以去掉振幅的影響。上式中，掉振幅的影響。上式中，內(nèi)的第一項(xiàng)為偶函數(shù)，在內(nèi)的第一項(xiàng)為偶函數(shù)，在(Tb)不超過不超過/2的范圍時(shí)，它不會(huì)為負(fù)。它實(shí)際上的范圍時(shí)，它不會(huì)為負(fù)。它實(shí)際上反映的是直流分量的大小，對(duì)判決不起關(guān)鍵作用，反映的是直流分量的大小，對(duì)判決不起關(guān)鍵作用， 但但需要把判決門限增加一相

42、應(yīng)的直流分量需要把判決門限增加一相應(yīng)的直流分量； 第二項(xiàng)第二項(xiàng)sin(t)-(t-Tb) sin(t-Tb)-(t-2Tb) (2 - 56)才是判決的依據(jù)。才是判決的依據(jù)。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 檢測(cè)器只要設(shè)置一個(gè)判決門限檢測(cè)器只要設(shè)置一個(gè)判決門限， 并令判決規(guī)則為并令判決規(guī)則為 Y(t) 判為判為“+1” Y(t) 判為判為“-1”第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 19 差分編碼的差分編碼的GMSK調(diào)制器調(diào)制器 FM(h0.5)遲延 Tb高斯濾波akck第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） GMSK信號(hào)在衰落信道中傳輸時(shí)，檢測(cè)的誤碼率

43、信號(hào)在衰落信道中傳輸時(shí)，檢測(cè)的誤碼率和其它調(diào)制方式一樣，與信噪比和其它調(diào)制方式一樣，與信噪比(Eb/N0)、多普勒頻移、多普勒頻移等多種因素有關(guān)。圖等多種因素有關(guān)。圖 2 - 20 是其相干檢測(cè)的誤碼率特是其相干檢測(cè)的誤碼率特性。圖性。圖 2 - 21 給出了二比特延遲差分檢測(cè)的誤碼率特給出了二比特延遲差分檢測(cè)的誤碼率特性，兩者比較，后者的誤碼率特性優(yōu)于前者。性，兩者比較，后者的誤碼率特性優(yōu)于前者。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 20 GMSK相干檢測(cè)的誤碼率特性相干檢測(cè)的誤碼率特性 010203040506070106105104103102101(Eb / N0

44、) / dBPe無衰落BbTb0.25fD40 Hz12 Hz4 Hz慢瑞利衰落第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 21 GMSK二比特延遲差分檢測(cè)的誤碼率特性二比特延遲差分檢測(cè)的誤碼率特性 010203040506070106105104103102101(Eb / N0) / dBPe相干檢測(cè)二比特延遲差分檢測(cè)BbTb0.25fD40 Hz第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 2.2.4 高斯濾波的移頻鍵控高斯濾波的移頻鍵控(GFSK)調(diào)制調(diào)制 由前面的討論可知，由前面的討論可知，MSK和和GMSK兩種調(diào)制方式兩種調(diào)制方式對(duì)調(diào)制指數(shù)是有嚴(yán)格規(guī)定的，即對(duì)調(diào)制指

45、數(shù)是有嚴(yán)格規(guī)定的，即h=0.5，從而對(duì)調(diào)制器，從而對(duì)調(diào)制器也有嚴(yán)格的要求。也有嚴(yán)格的要求。GFSK吸取了吸取了GMSK的優(yōu)點(diǎn)，但放的優(yōu)點(diǎn)，但放松了對(duì)調(diào)制指數(shù)的要求，通常調(diào)制指數(shù)在松了對(duì)調(diào)制指數(shù)的要求，通常調(diào)制指數(shù)在0.40.7之間之間即可滿足要求。例如在第二代無繩電話系統(tǒng)即可滿足要求。例如在第二代無繩電話系統(tǒng)(CT-2)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，發(fā)射準(zhǔn)中規(guī)定，發(fā)射“+1”時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率比時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率比f(wàn)c低低14.4 kHz到到25.2 kHz。GFSK 調(diào)制的原理框圖如圖調(diào)制的原理框圖如圖 2 - 22 所示。所示。 GFSK與與GMSK類似，是連續(xù)相位的恒包絡(luò)調(diào)制。類似，是連續(xù)相位的恒包絡(luò)調(diào)制。 第第2

46、 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 22 GFSK調(diào)制的原理框圖調(diào)制的原理框圖 FM(h0.40.7)高斯濾波輸入數(shù)據(jù)不歸零(NRZ)GFSK信號(hào)第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 2.3 數(shù)字相位調(diào)制數(shù)字相位調(diào)制 2.3.1 移相鍵控移相鍵控(PSK)調(diào)制調(diào)制 設(shè)輸入比特率為設(shè)輸入比特率為an, an=1, n=-+, 則則PSK的信號(hào)形式為：的信號(hào)形式為： )cos()cos()(tAtAtScc11nnaanTbt(n+1)Tb (2 - 57)第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） S(t)還可以表示為還可以表示為 21coscos)(nccnatAt

47、AatS nTbt(n+1)Tb (2 - 58)第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 設(shè)設(shè)g(t)是寬度為是寬度為Tb的矩形脈沖，其頻譜為的矩形脈沖，其頻譜為G()，則，則PSK信號(hào)的功率譜為信號(hào)的功率譜為(假定假定“+1”和和“-1”等概出現(xiàn)等概出現(xiàn))：2020)()(41)(ffGffGfPs(2 - 59) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 若輸入噪聲為窄帶高斯噪聲若輸入噪聲為窄帶高斯噪聲(其均值為其均值為0，方差為，方差為2n)，則在輸入序列，則在輸入序列“+1”和和“-1”等概出現(xiàn)的條件下，等概出現(xiàn)的條件下， 相干解調(diào)后的誤比特率為：相干解調(diào)后的誤比特率為：)e

48、rfc(21rPe (2 - 60) 在相同的條件下，在相同的條件下， 差分相干解調(diào)的誤比特率為：差分相干解調(diào)的誤比特率為： reeP21 (2 - 61) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 23 PSK的解調(diào)框圖的解調(diào)框圖 (a) 相干解調(diào)；相干解調(diào)； (b) 差分相干解調(diào)差分相干解調(diào)帶通濾波器輸入抽樣時(shí)鐘低通濾波器抽樣判決器輸出(a)cosct帶通濾波器輸入抽樣時(shí)鐘低通濾波器抽樣判決器輸出(b)遲延器Tb第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 2.3.2 四相移相鍵控四相移相鍵控(QPSK)調(diào)制和交錯(cuò)四相移相鍵控調(diào)制和交錯(cuò)四相移相鍵控 (OQPSK)調(diào)制調(diào)制

49、 QPSK和和OQPSK的產(chǎn)生原理如圖的產(chǎn)生原理如圖 2 - 24 所示。所示。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 24 QPSK和和OQPSK信號(hào)的產(chǎn)生原理信號(hào)的產(chǎn)生原理 (a) QPSK的產(chǎn)生；的產(chǎn)生； (b) OQPSK的產(chǎn)生的產(chǎn)生串 / 并變換cosctsinct(b)(a)串 / 并變換cosctsinctTb第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 假定輸入二進(jìn)制序列為假定輸入二進(jìn)制序列為an，an=1，則在，則在kTst(k+1)Ts(Ts=2Tb)的區(qū)間內(nèi)，的區(qū)間內(nèi)，QPSK的產(chǎn)生器的輸?shù)漠a(chǎn)生器的輸出為出為(令令n=2k+1)：)43cos()43c

50、os()4cos()4cos()(tAtAtAtAtScccc) 1)(1() 1)(1() 1)(1() 1)(1(1111nnnnnnnnaaaaaaaa(2 - 62) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 由圖由圖2.24(b)可知，可知，OQPSK調(diào)制與調(diào)制與QPSK調(diào)制類似，調(diào)制類似，不同之處是在正交支路引入了一個(gè)比特不同之處是在正交支路引入了一個(gè)比特(半個(gè)碼元半個(gè)碼元)的時(shí)的時(shí)延，這使得兩個(gè)支路的數(shù)據(jù)不會(huì)同時(shí)發(fā)生變化，延，這使得兩個(gè)支路的數(shù)據(jù)不會(huì)同時(shí)發(fā)生變化， 因而因而不可能像不可能像QPSK那樣產(chǎn)生那樣產(chǎn)生的相位跳變，而僅能產(chǎn)生的相位跳變，而僅能產(chǎn)生/2的相位跳變，如圖

51、的相位跳變，如圖 2- 25(b)所示。因此，所示。因此， OQPSK頻譜旁瓣要低于頻譜旁瓣要低于QPSK信號(hào)的旁瓣。信號(hào)的旁瓣。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 25 QPSK和和OQPSK的星座圖和相位轉(zhuǎn)移圖的星座圖和相位轉(zhuǎn)移圖 (a) QPSK; (b) OQPSK11101Q11011QII(a)(b)第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 2.3.3 /4-DQPSK調(diào)制調(diào)制 /4-DQPSK是對(duì)是對(duì)QPSK信號(hào)的特性進(jìn)行改進(jìn)的一種信號(hào)的特性進(jìn)行改進(jìn)的一種調(diào)制方式，改進(jìn)之一是將調(diào)制方式，改進(jìn)之一是將QPSK的最大相位跳變的最大相位跳變，降為降為3/4，

52、從而改善了，從而改善了/4-DQPSK的頻譜特性。改的頻譜特性。改進(jìn)之二是解調(diào)方式，進(jìn)之二是解調(diào)方式，QPSK只能用相干解調(diào)，而只能用相干解調(diào)，而/4-DQPSK既可以用相干解調(diào)也可以采用非相干解調(diào)。既可以用相干解調(diào)也可以采用非相干解調(diào)。/4-DQPSK已應(yīng)用于美國(guó)的已應(yīng)用于美國(guó)的IS-136數(shù)字蜂窩系統(tǒng)、日數(shù)字蜂窩系統(tǒng)、日本的本的(個(gè)人個(gè)人)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)(PDC)和美國(guó)的個(gè)人接入通信和美國(guó)的個(gè)人接入通信系統(tǒng)系統(tǒng)(PACS)中。中。第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） /4-DQPSK調(diào)制器的原理框圖如圖調(diào)制器的原理框圖如圖2 - 26所示，所示， 輸輸入數(shù)據(jù)經(jīng)串入數(shù)據(jù)經(jīng)串

53、/并變換之后得到同相通道并變換之后得到同相通道I和正交通道和正交通道Q的的兩種非歸零脈沖序列兩種非歸零脈沖序列SI和和SQ。通過差分相位編碼，。通過差分相位編碼， 使使得在得在kTst(k+1)Ts 時(shí)間內(nèi)，時(shí)間內(nèi)，I通道的信號(hào)通道的信號(hào)Uk和和Q通道通道的信號(hào)的信號(hào)Vk發(fā)生相應(yīng)的變化，再分別進(jìn)行正交調(diào)制之后發(fā)生相應(yīng)的變化，再分別進(jìn)行正交調(diào)制之后合成為合成為/4-DQPSK信號(hào)。信號(hào)。(這里這里Ts是是SI和和SQ的碼寬，的碼寬， Ts=2Tb。)第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 26 /4-DQPSK信號(hào)的產(chǎn)生原理框圖信號(hào)的產(chǎn)生原理框圖 串 / 并變換sinctLP

54、FcosctLPF放大輸入數(shù)據(jù)差分相位編碼SISQUkVk / 4-DPSK信號(hào)第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 設(shè)已調(diào)信號(hào)設(shè)已調(diào)信號(hào) Sk(t) = cos(ct+k) (2 - 63) 其中其中k為為kTst(k+1)Ts之間的附加相位。上式可展開之間的附加相位。上式可展開成成 Sk(t) = cosct cosk-sinct sink (2 - 64) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 當(dāng)前碼元的附加相位當(dāng)前碼元的附加相位k是前一碼元附加相位是前一碼元附加相位k-1與與當(dāng)前碼元相位跳變量當(dāng)前碼元相位跳變量k之和，即之和，即 k = k-1+k (2 - 65) U

55、k = cosk = cos(k-1+k) = cosk-1cosk-sink-1sink (2 - 66) Vk = sink = sin(k-1+k) = sink-1cosk+cosk-1sink (2 - 67)第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 其中其中sink-1=Vk-1，cosk-1=Uk-1，上面兩式可改寫為，上面兩式可改寫為 Uk = Uk-1cos k-Vk-1sink Vk = Vk-1cos k+Uk-1sink (2 - 68)第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 表表 2 - 2 /4-DQPSK的相位跳變規(guī)則的相位跳變規(guī)則第第2 2講講 調(diào)制解

56、調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 27 /4-DQPSK的相位關(guān)系的相位關(guān)系(1, 0)(1, 0)I(0, 1)(0, 1)oQ)2/1 ,2/1 ()2/1 ,2/1 ()2/1 ,2/1 ()2/1 ,2/1 (第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 為了使已調(diào)信號(hào)功率譜更加平滑，對(duì)圖為了使已調(diào)信號(hào)功率譜更加平滑，對(duì)圖 2 - 26 中中的低通濾波器的低通濾波器(LPF)的特性應(yīng)有一定的要求。美國(guó)的的特性應(yīng)有一定的要求。美國(guó)的IS-136數(shù)字蜂窩網(wǎng)中，規(guī)定這種濾波器應(yīng)具有線性相數(shù)字蜂窩網(wǎng)中，規(guī)定這種濾波器應(yīng)具有線性相位特性和平方根升余弦的頻率響應(yīng)，它的傳輸函數(shù)為位特性和平方根升

57、余弦的頻率響應(yīng)，它的傳輸函數(shù)為02) 12(sin1211)(sfTfGssssTfTfTTf212121210(2 - 69) 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 設(shè)該濾波器的矩形脈沖響應(yīng)函數(shù)為設(shè)該濾波器的矩形脈沖響應(yīng)函數(shù)為g(t)，那么最后，那么最后形成的形成的/4-DQPSK信號(hào)可以表示為：信號(hào)可以表示為：tkTtgtkTtgtSckksckkssinsin)(coscos)()(2 - 70)第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 28 /4-DQPSK基帶信號(hào)的眼圖基帶信號(hào)的眼圖 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 由式由式(2 - 70)可以

58、看出，可以看出，/4-DQPSK是一種線性調(diào)是一種線性調(diào)制。它具有較高的頻譜利用率，但其包絡(luò)不恒定。若制。它具有較高的頻譜利用率，但其包絡(luò)不恒定。若在發(fā)射中采用非線性功率放大器，將會(huì)使已調(diào)信號(hào)的在發(fā)射中采用非線性功率放大器，將會(huì)使已調(diào)信號(hào)的頻譜展寬，從而降低了頻譜利用率，不能滿足對(duì)相鄰頻譜展寬，從而降低了頻譜利用率，不能滿足對(duì)相鄰信道的干擾功率電平比本信道的功率電平低信道的干擾功率電平比本信道的功率電平低6070 dB的要求；若采用線性功率放大器，則其功率效率較差。的要求；若采用線性功率放大器，則其功率效率較差。為改善功率放大器的動(dòng)態(tài)范圍，一種實(shí)用的為改善功率放大器的動(dòng)態(tài)范圍，一種實(shí)用的/4-

59、DQPSK的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)如圖的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 2 - 29 所示。它采用了笛卡所示。它采用了笛卡爾坐標(biāo)負(fù)反饋控制和爾坐標(biāo)負(fù)反饋控制和AB類功率放大器。它的中心頻率類功率放大器。它的中心頻率為為145 MHz，數(shù)據(jù)速率為，數(shù)據(jù)速率為32 kb/s，發(fā)端采用滾降因子，發(fā)端采用滾降因子為為0.5的升余弦濾波器時(shí)，實(shí)測(cè)的信號(hào)功率譜如圖的升余弦濾波器時(shí)，實(shí)測(cè)的信號(hào)功率譜如圖 2 - 30 所示。所示。 第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 29 具有笛卡爾坐標(biāo)負(fù)反饋控制的發(fā)射機(jī)框圖具有笛卡爾坐標(biāo)負(fù)反饋控制的發(fā)射機(jī)框圖LPFLPF功率放大調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生 90第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）

60、調(diào)制解調(diào)（上） 圖圖 2 - 30 發(fā)射信號(hào)的功率譜發(fā)射信號(hào)的功率譜(數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)速率32 kb/s) (a) 已調(diào)信號(hào)經(jīng)過已調(diào)信號(hào)經(jīng)過AB類功放后的發(fā)射信號(hào)功率譜；類功放后的發(fā)射信號(hào)功率譜； (b) 已調(diào)信號(hào)經(jīng)過負(fù)反饋控制的功放后的發(fā)射信號(hào)功率譜已調(diào)信號(hào)經(jīng)過負(fù)反饋控制的功放后的發(fā)射信號(hào)功率譜第第2 2講講 調(diào)制解調(diào)（上）調(diào)制解調(diào)（上） 1. 基帶差分檢測(cè)基帶差分檢測(cè) 基帶差分檢測(cè)的框圖如圖基帶差分檢測(cè)的框圖如圖 2 - 31 所示。所示。 圖中，本圖中，本地正交載波地正交載波cos(ct+)和和sin(ct+)只要求與信號(hào)的未只要求與信號(hào)的未調(diào)載波調(diào)載波c同頻，并不要求相位相干，可以允許有一