移動(dòng)通信-第2講-調(diào)制解調(diào)

1、第1頁(yè)2022-1-30第二講Mobile Communication第2頁(yè)2022-1-30目目 錄錄第第1 1章章 概論概論 (2)(2)第第2 2章章 調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào) 第第3 3章章 移動(dòng)信道的傳播特性移動(dòng)信道的傳播特性 (3)(3)第第4 4章章 抗衰落技術(shù)抗衰落技術(shù) (1) (1)第第5 5章章 組網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)技術(shù) (4)(4)第第6 6章章 頻分多址頻分多址(FDMA)(FDMA)模擬蜂窩網(wǎng)模擬蜂窩網(wǎng) 第第7 7章章 時(shí)分多址時(shí)分多址(TDMA)(TDMA)數(shù)字蜂窩網(wǎng)數(shù)字蜂窩網(wǎng) (4)(4)第第8 8章章 碼分多址碼分多址(CDMA)(CDMA)移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)( (一一)

2、 (4) (4) 第第9 9章章 碼分多址碼分多址(CDMA)(CDMA)移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)( (二二) (1) (1)第第1010章移動(dòng)通信的展望章移動(dòng)通信的展望個(gè)人通信個(gè)人通信 (1)(1)第3頁(yè)2022-1-30第二章第二章 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)制第4頁(yè)2022-1-302.1 概概 述述(1) 移動(dòng)信道的特點(diǎn)移動(dòng)信道的特點(diǎn)帶寬有限：帶寬有限：取決于可使用的頻率資源和信道的傳播特性。干擾和噪聲大：干擾和噪聲大：取決于移動(dòng)通信工作的電磁環(huán)境。多徑衰落多徑衰落第5頁(yè)2022-1-3

3、02.1 概概 述述(2) 幾個(gè)概念幾個(gè)概念 頻譜利用率（頻譜利用率（bps/Hz）：）：高頻譜利用率：帶寬窄，主瓣窄，副瓣幅度低。 抗干擾（抗噪聲、抗多徑）：抗干擾（抗噪聲、抗多徑）：S/N大、誤碼率低。振幅和相位聯(lián)合調(diào)制（振幅和相位聯(lián)合調(diào)制（QAM）技術(shù)：）技術(shù)：另一類獲得迅速發(fā)展的新的數(shù)字調(diào)制技術(shù) 。有方案建議在新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)中使用。第6頁(yè)2022-1-302.1 概概 述述(3) 數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類恒定包絡(luò)調(diào)制（非線性調(diào)制）：恒定包絡(luò)調(diào)制（非線性調(diào)制）：已調(diào)信號(hào)具有窄的功率譜，已調(diào)信號(hào)具有窄的功率譜，對(duì)設(shè)備放大器沒有線性要求。但其頻譜利用率相對(duì)線性調(diào)制對(duì)設(shè)備放大器沒有

4、線性要求。但其頻譜利用率相對(duì)線性調(diào)制較低。較低。線性調(diào)制：線性調(diào)制：要求通信設(shè)備從變頻要求通信設(shè)備從變頻, 放大到發(fā)射的過程中保持充放大到發(fā)射的過程中保持充分的線性。線性調(diào)制具有較高的頻譜利用率，所以非常適合分的線性。線性調(diào)制具有較高的頻譜利用率，所以非常適合于在有限頻帶內(nèi)要求容納越來(lái)越多用戶的無(wú)線通訊系統(tǒng)。于在有限頻帶內(nèi)要求容納越來(lái)越多用戶的無(wú)線通訊系統(tǒng)。第7頁(yè)2022-1-302.1 概概 述述(3) 數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類舉例：舉例：QPSK信號(hào)信號(hào)q假定每個(gè)符號(hào)的包絡(luò)是矩形，即信號(hào)的包絡(luò)是恒定的，此時(shí)已調(diào)信號(hào)的假定每個(gè)符號(hào)的包絡(luò)是矩形，即信號(hào)的包絡(luò)是恒定的，此時(shí)已調(diào)信號(hào)的頻譜

5、是無(wú)限寬。頻譜是無(wú)限寬。q然而實(shí)際信道總是限帶的，因此在發(fā)送然而實(shí)際信道總是限帶的，因此在發(fā)送QPSK信號(hào)時(shí)常常經(jīng)過帶通濾波信號(hào)時(shí)常常經(jīng)過帶通濾波.限帶后的限帶后的QPSK信號(hào)已不能保持恒定包絡(luò)。信號(hào)已不能保持恒定包絡(luò)。q相鄰符號(hào)間發(fā)生相鄰符號(hào)間發(fā)生180相移時(shí)，經(jīng)限帶后會(huì)出現(xiàn)包絡(luò)為相移時(shí)，經(jīng)限帶后會(huì)出現(xiàn)包絡(luò)為0的現(xiàn)象，如圖的現(xiàn)象，如圖2.0所示。所示。q這種現(xiàn)象在非線性限帶信道中是特別不希望出現(xiàn)的，這種現(xiàn)象在非線性限帶信道中是特別不希望出現(xiàn)的，第8頁(yè)2022-1-302.1 概概 述述(3) 數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類舉例：舉例：QPSK信號(hào)信號(hào)圖2.0 QPSK限帶前后的波形第9頁(yè)2

6、022-1-302.1 概概 述述(3) 數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類 恒定包絡(luò)調(diào)制（非線性調(diào)制）恒定包絡(luò)調(diào)制（非線性調(diào)制）q 二進(jìn)制頻移鍵控（二進(jìn)制頻移鍵控（BFSK）q 最小頻移鍵控（最小頻移鍵控（MSK）q 高斯最小頻移鍵控（高斯最小頻移鍵控（GMSK）第10頁(yè)2022-1-302.1 概概 述述(3) 數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類 線性調(diào)制線性調(diào)制q 二進(jìn)制相移鍵控（二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）q 差分相移鍵控（差分相移鍵控（DPSK）q 四相相移鍵控（四相相移鍵控（QPSK）q 交錯(cuò)正交相移鍵控（交錯(cuò)正交相移鍵控（OQPSK）q /4 QPSK第11頁(yè)2022-1-302.1

7、概概 述述(3) 數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類 目前數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)（兩大類）目前數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)（兩大類）q 一類是以一類是以GSM為代表的，采用非線性的連續(xù)相位調(diào)制為代表的，采用非線性的連續(xù)相位調(diào)制CPM中的高斯濾波的最小頻移鍵控中的高斯濾波的最小頻移鍵控GMSK，它避開了線性要求，它避開了線性要求，可使用效率高的可使用效率高的C類功率放大器，大大降低了放大器的成本類功率放大器，大大降低了放大器的成本，但是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。，但是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。第12頁(yè)2022-1-302.1 概概 述述(3) 數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類 目前數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)（兩大類）目前數(shù)字移

8、動(dòng)通信系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)（兩大類）q另一類屬于移項(xiàng)監(jiān)控另一類屬于移項(xiàng)監(jiān)控PSK，它包括，它包括IS95中以及中以及IMT-2000中中采用的采用的BPSK，QPSK，OQPSK，平衡四項(xiàng)擴(kuò)頻調(diào)制，平衡四項(xiàng)擴(kuò)頻調(diào)制BQM以以及復(fù)數(shù)四項(xiàng)擴(kuò)頻調(diào)制及復(fù)數(shù)四項(xiàng)擴(kuò)頻調(diào)制CQM等。這類調(diào)制在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻會(huì)產(chǎn)等。這類調(diào)制在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻會(huì)產(chǎn)生相位躍變，并帶來(lái)頻譜擴(kuò)展，當(dāng)頻帶受限后又會(huì)出現(xiàn)幅度生相位躍變，并帶來(lái)頻譜擴(kuò)展，當(dāng)頻帶受限后又會(huì)出現(xiàn)幅度上的波動(dòng)。這類調(diào)制對(duì)線性度要求較高，高功放只能使用線上的波動(dòng)。這類調(diào)制對(duì)線性度要求較高，高功放只能使用線性度高而價(jià)格高昂的性度高而價(jià)格高昂的A類放大器，但是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。類放大器，

9、但是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。第13頁(yè)2022-1-302.1 概概 述述(3) 數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類 目前數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)（兩大類）目前數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)（兩大類）q 國(guó)際上，國(guó)際上，1986年以前線性高功率尚未取得突破性進(jìn)展，數(shù)年以前線性高功率尚未取得突破性進(jìn)展，數(shù)字調(diào)制技術(shù)幾乎都集中在研究和實(shí)現(xiàn)連續(xù)相位調(diào)制字調(diào)制技術(shù)幾乎都集中在研究和實(shí)現(xiàn)連續(xù)相位調(diào)制CPM，特，特別是別是MSK和和GMSK很受歡迎。很受歡迎。1987年以后由于實(shí)用性線性高年以后由于實(shí)用性線性高功放取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，并走向商業(yè)化，人們才開始將眼光轉(zhuǎn)功放取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，并走向商業(yè)化，人們才開始將眼光轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)

10、單的向?qū)崿F(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)單的QPSK系列。系列。第14頁(yè)2022-1-302.2 數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制2.2.1 頻移鍵控調(diào)制（頻移鍵控調(diào)制（FSK）2.2.2 最小頻移鍵控（最小頻移鍵控（MSK）2.2.3 高斯濾波的最小頻移鍵控（高斯濾波的最小頻移鍵控（GMSK）第15頁(yè)2022-1-302.2.1 頻移鍵控調(diào)制頻移鍵控調(diào)制FSK是幅度恒定不變的、載波信號(hào)的頻率隨著調(diào)制信號(hào)兩個(gè)是幅度恒定不變的、載波信號(hào)的頻率隨著調(diào)制信號(hào)兩個(gè)可能的信息狀態(tài)可能的信息狀態(tài)(1 和和 0 )而切換。而切換。FSK信號(hào)在相鄰比特之間可以出現(xiàn)連續(xù)相位或者不連續(xù)相位。信號(hào)在相鄰比特之間可以出現(xiàn)連續(xù)相位或者不連續(xù)相位。(1

11、) 二進(jìn)制頻移鍵控的時(shí)域表示和波形二進(jìn)制頻移鍵控的時(shí)域表示和波形(2) 二進(jìn)制頻移鍵控的功率譜二進(jìn)制頻移鍵控的功率譜(3) 二進(jìn)制頻移鍵控的實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻移鍵控的實(shí)現(xiàn)(4) 二進(jìn)制頻移鍵控的抗噪聲性能二進(jìn)制頻移鍵控的抗噪聲性能2.2數(shù)字頻率調(diào)制第16頁(yè)2022-1-302.2.1 頻移鍵控調(diào)制頻移鍵控調(diào)制(1) 二進(jìn)制頻移鍵控的時(shí)域表示和波形二進(jìn)制頻移鍵控的時(shí)域表示和波形頻移鍵控：頻移鍵控：利用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息?！?”對(duì)應(yīng)載波頻率 f1，“0”對(duì)應(yīng)載波頻率 f2。如同兩個(gè)不同頻率交替發(fā)送的 ASK 信號(hào)。時(shí)域表達(dá)式：2.2數(shù)字頻率調(diào)制tnTtgatnTtgatsnsnnsn21FSK

12、2cos)(cos)()(PPaPPaaaffnnnn101110222211，概率為，概率為，概率為，概率為的反碼：，第17頁(yè)2022-1-302.2.1 頻移鍵控調(diào)制頻移鍵控調(diào)制(1) 二進(jìn)制頻移鍵控的時(shí)域表示和波形二進(jìn)制頻移鍵控的時(shí)域表示和波形2.2數(shù)字頻率調(diào)制最簡(jiǎn)單的 g(t) 為單個(gè)矩形脈沖，波形如圖 2.1 所示。2FSK 信號(hào)的另一種表示：2211FSK22cos)(2cos)()(fAtsfAtsts第18頁(yè)2022-1-302.2.1 頻移鍵控調(diào)制頻移鍵控調(diào)制(2) 二進(jìn)制頻移鍵控的功率譜二進(jìn)制頻移鍵控的功率譜兩個(gè)載波的中心頻率：fc = (f1+f2)/2兩個(gè)載波的頻差：f

13、 = f2f1調(diào)制指數(shù)調(diào)制指數(shù)/頻移指數(shù)： Rs數(shù)字基帶信號(hào)的速率2FSK 信號(hào)的功率譜示意圖見圖2.2。2.2數(shù)字頻率調(diào)制ssRfRffh12調(diào)制信號(hào)頻率最大頻率偏移mmaxmmaxFMffff第19頁(yè)2022-1-302.2.1 頻移鍵控調(diào)制頻移鍵控調(diào)制(2) 二進(jìn)制頻移鍵控的功率譜二進(jìn)制頻移鍵控的功率譜頻帶寬度： B2FSK 2BB+f2f1 BB基帶信號(hào)帶寬。（二進(jìn)制頻移鍵控已調(diào)信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同載頻的幅度鍵控已調(diào)信號(hào)之和）工程上一般?。篽=0.7/ h=0.52.2數(shù)字頻率調(diào)制第20頁(yè)2022-1-302.2.1 頻移鍵控調(diào)制頻移鍵控調(diào)制(2) 二進(jìn)制頻移鍵控的功率譜二進(jìn)制頻移鍵

14、控的功率譜2.2數(shù)字頻率調(diào)制第21頁(yè)2022-1-302.2.1 頻移鍵控調(diào)制頻移鍵控調(diào)制(3) 二進(jìn)制頻移鍵控的實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻移鍵控的實(shí)現(xiàn) 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生可以采用模擬調(diào)頻電路模擬調(diào)頻電路實(shí)現(xiàn)，也可以采用數(shù)字鍵控?cái)?shù)字鍵控的方法實(shí)現(xiàn)。2.2數(shù)字頻率調(diào)制第22頁(yè)2022-1-302.2.1 頻移鍵控調(diào)制頻移鍵控調(diào)制(3) 二進(jìn)制頻移鍵控的實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻移鍵控的實(shí)現(xiàn) 2FSK信號(hào)的解調(diào)FSK 信號(hào)可以看作是用兩個(gè)頻率交替?zhèn)鬏數(shù)玫降?，所?FSK 接收機(jī)由兩個(gè)并聯(lián)的 ASK 接收機(jī)組成。非相干接收機(jī)相干接收機(jī)其它解調(diào)方法，例如過零檢測(cè)法過零檢測(cè)法。2.2數(shù)字頻率調(diào)制第23頁(yè)2022-1-302.2.1

15、 頻移鍵控調(diào)制頻移鍵控調(diào)制(3) 二進(jìn)制頻移鍵控的實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻移鍵控的實(shí)現(xiàn) 2FSK信號(hào)的解調(diào)2.2數(shù)字頻率調(diào)制第24頁(yè)2022-1-302.2.1 頻移鍵控調(diào)制頻移鍵控調(diào)制(3) 二進(jìn)制頻移鍵控的實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻移鍵控的實(shí)現(xiàn) 2FSK信號(hào)的解調(diào)2.2數(shù)字頻率調(diào)制第25頁(yè)2022-1-302.2.1 頻移鍵控調(diào)制頻移鍵控調(diào)制(3) 二進(jìn)制頻移鍵控的實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻移鍵控的實(shí)現(xiàn) 2FSK信號(hào)的解調(diào)2.2數(shù)字頻率調(diào)制第26頁(yè)2022-1-302.2.1 頻移鍵控調(diào)制頻移鍵控調(diào)制(3) 二進(jìn)制頻移鍵控的實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制頻移鍵控的實(shí)現(xiàn) 2FSK信號(hào)的解調(diào)2.2數(shù)字頻率調(diào)制第27頁(yè)2022-1-302.2.1 頻移鍵

16、控調(diào)制頻移鍵控調(diào)制(4) 二進(jìn)制頻移鍵控的抗噪聲性能二進(jìn)制頻移鍵控的抗噪聲性能 2.2數(shù)字頻率調(diào)制2b21:2FSKreP誤碼率非相干rQP b:FSK2誤碼率相干接收信噪比222/Ar 第28頁(yè)2022-1-302.2.2 最小頻移鍵控最小頻移鍵控 (1) 最小頻移鍵控的概念最小頻移鍵控的概念(2) 最小頻移鍵控的相位變化特性最小頻移鍵控的相位變化特性(3) 最小頻移鍵控的實(shí)現(xiàn)最小頻移鍵控的實(shí)現(xiàn)(4) 最小頻移鍵控的功率譜最小頻移鍵控的功率譜2.2數(shù)字頻率調(diào)制第29頁(yè)2022-1-302.2.2 最小頻移鍵控最小頻移鍵控 (1) 最小頻移鍵控的概念最小頻移鍵控的概念相位躍變引起相位對(duì)時(shí)間的變

17、化率（角頻率）很大，這樣就相位躍變引起相位對(duì)時(shí)間的變化率（角頻率）很大，這樣就會(huì)使信號(hào)功率譜擴(kuò)展，旁瓣增大，對(duì)相鄰頻道的信號(hào)形成干會(huì)使信號(hào)功率譜擴(kuò)展，旁瓣增大，對(duì)相鄰頻道的信號(hào)形成干擾。擾。為了使信號(hào)功率盡可能集中于主瓣內(nèi)，主瓣之外的功率譜衰為了使信號(hào)功率盡可能集中于主瓣內(nèi)，主瓣之外的功率譜衰減的速度較快，信號(hào)的相位就不能突變。相位與時(shí)間的關(guān)系減的速度較快，信號(hào)的相位就不能突變。相位與時(shí)間的關(guān)系曲線應(yīng)是平滑的。曲線應(yīng)是平滑的。2.2數(shù)字頻率調(diào)制第30頁(yè)2022-1-302.2.2 最小頻移鍵控最小頻移鍵控 (1) 最小頻移鍵控的概念最小頻移鍵控的概念如果FSK兩路信號(hào) s1(t) 和s2(t)

18、 滿足正交條件： 的最小頻差；并且滿足FSK信號(hào)的相位連續(xù)： 調(diào)制指數(shù)為：2.2數(shù)字頻率調(diào)制0)()(021Tdttsts比特寬度bbTTfff21125 . 0121bbb12RTRffh比特寬度bT參見：參見：現(xiàn)代通信原理現(xiàn)代通信原理曹志剛曹志剛清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社第31頁(yè)2022-1-302.2.2 最小頻移鍵控最小頻移鍵控 (1) 最小頻移鍵控的概念最小頻移鍵控的概念MSK信號(hào)在第信號(hào)在第k個(gè)碼元的波形可表示為：個(gè)碼元的波形可表示為： 其中：其中： xk 是為了保持相位連續(xù)加入的相位常量。是為了保持相位連續(xù)加入的相位常量。 2.2數(shù)字頻率調(diào)制2cos22cos)(cos)(kk

19、bckkckcxtaTtxtafttttS222)(faTadttdkbkk第32頁(yè)2022-1-302.2.2 最小頻移鍵控最小頻移鍵控 (1) 最小頻移鍵控的概念最小頻移鍵控的概念為了構(gòu)成調(diào)制解調(diào)器，將該信號(hào)正交展開：為了構(gòu)成調(diào)制解調(diào)器，將該信號(hào)正交展開：2.2數(shù)字頻率調(diào)制)382(sin)2sin(coscos)2cos(cos)(ttTxattTxtScbkkcbk*)382(sin)2sin(cos)2cos()(cos,cos:令ttTBttTAtSxaBxAcbkcbkkkkkk第33頁(yè)2022-1-302.2.2 最小頻移鍵控最小頻移鍵控 (1) 最小頻移鍵控的概念最小頻移鍵控

20、的概念由上式可見，只要用基帶波形：由上式可見，只要用基帶波形：對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制就可得到對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制就可得到 MSK 第第 k 個(gè)碼元信號(hào)。個(gè)碼元信號(hào)。 2.2數(shù)字頻率調(diào)制tTBtTAbkbk2sin2cos和ttTBttTAtScbkcbksin)2sin(cos)2cos()(第34頁(yè)2022-1-302.2.2 最小頻移鍵控最小頻移鍵控 (2) 最小頻移鍵控的相位變化特性最小頻移鍵控的相位變化特性在每個(gè)比特間隔內(nèi)載波相位變化 +/2 或 /2；累積相位 (t) 在每比特結(jié)束時(shí)必定為 /2 的整數(shù)倍；(t) 的軌跡是一條連續(xù)的折線。2.2數(shù)字頻率調(diào)制第35頁(yè)2022-1-302.2.2 最小

21、頻移鍵控最小頻移鍵控 (2) 最小頻移鍵控的相位變化特性最小頻移鍵控的相位變化特性載波載波相位變化在一個(gè)相位變化在一個(gè) 碼元交換點(diǎn)連續(xù)：碼元交換點(diǎn)連續(xù)：A 信號(hào)碼元在時(shí)間上信號(hào)碼元在時(shí)間上 錯(cuò)開了錯(cuò)開了Tb秒。秒。2.2數(shù)字頻率調(diào)制llllllxaxaxx221212122coscosQcoscosI支路：支路：斜率為正斜率為負(fù), 1, 1kkaa圖2.2.8 MSK的相位軌跡第36頁(yè)2022-1-302.2.2 最小頻移鍵控最小頻移鍵控 (2) 最小頻移鍵控的相位變化特性最小頻移鍵控的相位變化特性2.2數(shù)字頻率調(diào)制012345678910111213141516-1+1+1-1-1-1-1+

22、1+1+1+1-1+1-1-1-1+1-1-1+1-1+1+1+1-1+1+1+1-1-1-1+1+1-100-2-3-3-34-4-4-4777-7-79-1-1+1+1-1-1-1-1+1+1+1+1+1+1-1-1+1+1+1+1-1-1-1-1+1+1+1+1-1-1-1-1-1-1Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb10Tb11Tb12Tb13Tb14Tb15Tb16Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb10Tb11Tb12Tb13Tb14Tb15Tb16TbTbkdkakxkcos xkcos xkcost2Tbakcos xksint2Tbakcos

23、 xk圖 2.2.9 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 第37頁(yè)2022-1-302.2.2 最小頻移鍵控最小頻移鍵控 (3) 最小頻移鍵控的實(shí)現(xiàn)最小頻移鍵控的實(shí)現(xiàn)根據(jù)式(2-38)或(2-38*)，MSK調(diào)制器和解調(diào)器示于圖2.2.10和圖2.2.12。2.2數(shù)字頻率調(diào)制圖 2.10 MSK調(diào)制器框圖 第38頁(yè)2022-1-302.2.2 最小頻移鍵控最小頻移鍵控 (3) 最小頻移鍵控的實(shí)現(xiàn)最小頻移鍵控的實(shí)現(xiàn)2.2數(shù)字頻率調(diào)制圖2.2.12 MSK相干解調(diào)框圖 第39頁(yè)2022-1-302.2.2 最小頻移鍵控最小頻移鍵控 (4) 最小頻移鍵控的功率譜最小頻移鍵控的功率譜2.2數(shù)

24、字頻率調(diào)制圖2.2.11 MSK信號(hào)的功率譜第40頁(yè)2022-1-302.2.2 最小頻移鍵控最小頻移鍵控 (4) 最小頻移鍵控的功率譜最小頻移鍵控的功率譜具有較寬主瓣，第一個(gè)零點(diǎn)出現(xiàn)在 0.75(f fc )Tb 處， 頻譜利用率仍低于QPSK ;旁瓣衰減速率快，(f fc ) Tb4 ，對(duì)相鄰頻道干擾較小。與FSK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1/2，從而使MSK的輸出信噪比提高了一倍。2.2數(shù)字頻率調(diào)制（各支路的誤碼率）)(21rerfcPs第41頁(yè)2022-1-302.2.3 高斯濾波的最小頻移鍵控高斯濾波的最小頻移鍵控 (1) 為什么

25、要采用為什么要采用 GMSK 調(diào)制調(diào)制(2) GMSK調(diào)制定義調(diào)制定義(3) 對(duì)預(yù)調(diào)濾波器的要求對(duì)預(yù)調(diào)濾波器的要求(4) 高斯預(yù)調(diào)制濾波器高斯預(yù)調(diào)制濾波器(5) GMSK的相位軌跡的相位軌跡(6) GMSK的功率譜的功率譜(7) GMSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)2.2數(shù)字頻率調(diào)制第42頁(yè)2022-1-302.2.3 高斯濾波的最小頻移鍵控高斯濾波的最小頻移鍵控 (1) 為什么要采用為什么要采用 GMSK 調(diào)制調(diào)制?MSK信號(hào)已具有較好的特點(diǎn)頻譜和誤比特率特性，但在一些通信場(chǎng)合，如移動(dòng)通信中，MSK 所占頻帶仍較寬；MSK 頻譜的帶外衰減仍不夠快。在 25kHz 信道間隔內(nèi)傳輸 16kb

26、/s 的數(shù)字信號(hào)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生臨道干擾。在移動(dòng)通信中采用高速率傳送時(shí)，要求有更緊湊的功率譜（比如要求帶外輻射低于6080 db). 因此需要進(jìn)一步壓縮帶寬。2.2數(shù)字頻率調(diào)制為什么？第43頁(yè)2022-1-302.2.3 高斯濾波的最小頻移鍵控高斯濾波的最小頻移鍵控 (2) GMSK調(diào)制定義調(diào)制定義GMSK調(diào)制：調(diào)制：以 MSK 為基礎(chǔ)，在其前面引入一個(gè)預(yù)調(diào)濾波器（高斯低通濾波器），通過改變高斯濾波器的帶寬，對(duì)已調(diào)信號(hào)的頻譜進(jìn)行控制。用這種方法可以做到在 25kHz 的信道間隔中傳輸16kb/s 的數(shù)字信號(hào)時(shí)，臨道輻射功率低于 70dB60dB，并保持較好的誤碼性能。2.2數(shù)字頻率調(diào)制第44頁(yè)20

27、22-1-302.2.3 高斯濾波的最小頻移鍵控高斯濾波的最小頻移鍵控 (3) 對(duì)預(yù)調(diào)濾波器的要求對(duì)預(yù)調(diào)濾波器的要求帶寬窄，且應(yīng)具有良好的截止特性；為防止 FM 調(diào)制器的瞬時(shí)頻偏過大，濾波器應(yīng)具有較低的過沖脈沖響應(yīng)；為便于進(jìn)行相干解調(diào)，要求保持濾波器輸出脈沖面積不變。2.2數(shù)字頻率調(diào)制第45頁(yè)2022-1-302.2.3 高斯濾波的最小頻移鍵控高斯濾波的最小頻移鍵控 (4) 高斯預(yù)調(diào)制濾波器高斯預(yù)調(diào)制濾波器GMSK低通濾波器的沖擊響應(yīng)為:2.2數(shù)字頻率調(diào)制)442()exp()(222tth帶寬高斯濾波器的dBBBbb32ln2Tb矩形脈沖寬度第46頁(yè)2022-1-302.2.3 高斯濾波的最

28、小頻移鍵控高斯濾波的最小頻移鍵控 (4) 高斯預(yù)調(diào)制濾波器高斯預(yù)調(diào)制濾波器2.2數(shù)字頻率調(diào)制第47頁(yè)2022-1-302.2.3 高斯濾波的最小頻移鍵控高斯濾波的最小頻移鍵控 (5) GMSK的相位軌跡的相位軌跡 通過可控的碼間干擾平滑了相位路徑。消除了相位轉(zhuǎn)折點(diǎn)。2.2數(shù)字頻率調(diào)制第48頁(yè)2022-1-302.2.3 高斯濾波的最小頻移鍵控高斯濾波的最小頻移鍵控 (6) GMSK的功率譜的功率譜2.2數(shù)字頻率調(diào)制隨隨BbTb的減小的減小, 功率譜衰減功率譜衰減明顯加快。對(duì)于明顯加快。對(duì)于GSM系統(tǒng)系統(tǒng)，BbTb = 0.3 時(shí)即可滿足時(shí)即可滿足(ffc)Tb=1.5時(shí)功率譜密度低時(shí)功率譜密度

29、低于于60db的要求。的要求。第49頁(yè)2022-1-302.2.3 高斯濾波的最小頻移鍵控高斯濾波的最小頻移鍵控 (7) GMSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)用硬件實(shí)現(xiàn)以上沖激相應(yīng)的高斯低通濾波器是很困難的，可用硬件實(shí)現(xiàn)以上沖激相應(yīng)的高斯低通濾波器是很困難的，可用軟件輔助實(shí)現(xiàn)。先將用軟件輔助實(shí)現(xiàn)。先將GMSK信號(hào)正交展開，如信號(hào)正交展開，如 (2-48) 式式，分別算出分別算出 I支路支路和和Q支路支路兩張數(shù)據(jù)表，存于兩張數(shù)據(jù)表，存于ROM中，再根據(jù)中，再根據(jù)輸入數(shù)據(jù)地址讀出輸入數(shù)據(jù)地址讀出ROM數(shù)據(jù)數(shù)據(jù), 經(jīng)正交調(diào)制合成，就能由經(jīng)正交調(diào)制合成，就能由波形波形存儲(chǔ)正交調(diào)制法存儲(chǔ)正交調(diào)制法產(chǎn)

30、生產(chǎn)生GMSK信號(hào)。信號(hào)。2.2數(shù)字頻率調(diào)制)482(sin)(sincos)(cos)(tttttScc第50頁(yè)2022-1-302.2.3 高斯濾波的最小頻移鍵控高斯濾波的最小頻移鍵控 (7) GMSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)2.2數(shù)字頻率調(diào)制第51頁(yè)2022-1-302.3 數(shù)字相位調(diào)制數(shù)字相位調(diào)制 第52頁(yè)2022-1-302.3.1 相移鍵控調(diào)制相移鍵控調(diào)制Phase Shift Keying線性調(diào)制技術(shù)線性調(diào)制技術(shù)幅度恒定的載波信號(hào)的相位，隨著兩個(gè)二進(jìn)制信號(hào)幅度恒定的載波信號(hào)的相位，隨著兩個(gè)二進(jìn)制信號(hào) 1, 0 的改變而在的改變而在 0 和和之間跳變。之間跳變。2.3數(shù)字相

31、位調(diào)制 第53頁(yè)2022-1-302.3.1 相移鍵控調(diào)制相移鍵控調(diào)制2.3數(shù)字相位調(diào)制 第54頁(yè)2022-1-302.3.1 相移鍵控調(diào)制相移鍵控調(diào)制(1) PSK信號(hào)的定義信號(hào)的定義輸入比特流為：PSK信號(hào)形式：2.3數(shù)字相位調(diào)制 )572()1(1)(cos1)(cos)(bbncncPSKTntnTatAatAtSnaann, 1,第55頁(yè)2022-1-302.3.1 相移鍵控調(diào)制相移鍵控調(diào)制(1) PSK信號(hào)的定義信號(hào)的定義還可寫為： 當(dāng) an=1時(shí)，其相位為 0； 當(dāng) an=1時(shí)，其相位為。2.3數(shù)字相位調(diào)制 21cos)(ncPSKatAtS第56頁(yè)2022-1-302.3.1

32、相移鍵控調(diào)制相移鍵控調(diào)制(2) PSK信號(hào)解調(diào)信號(hào)解調(diào) 可用相干解調(diào)和非相干解調(diào)要求在接收機(jī)端知道載波的相位和頻率。2.3數(shù)字相位調(diào)制 圖2.3.1 PSK的解調(diào)框圖 (a)相干解調(diào)第57頁(yè)2022-1-302.3.1 相移鍵控調(diào)制相移鍵控調(diào)制(2) PSK信號(hào)解調(diào)信號(hào)解調(diào) 可用相干解調(diào)和非相干解調(diào) 不需要在接收端有相干參考信號(hào)，接收機(jī)容易制造而且便宜。2.3數(shù)字相位調(diào)制 圖2.3.2 PSK的解調(diào)框圖 (b)差分相干解調(diào)第58頁(yè)2022-1-302.3.1 相移鍵控調(diào)制相移鍵控調(diào)制(3) PSK的誤碼率的誤碼率輸入為窄帶高斯噪聲：均值為0，方差為2n輸入信號(hào)幅度為1相干解調(diào)的誤碼率：相干解調(diào)

33、的誤碼率：2.3數(shù)字相位調(diào)制 )602(erfc21rPe為噪聲方差。為信號(hào)幅度，式中，nnaar,222第59頁(yè)2022-1-302.3.1 相移鍵控調(diào)制相移鍵控調(diào)制(3) PSK的誤碼率的誤碼率差分相干解調(diào)的誤碼率：差分相干解調(diào)的誤碼率：在相同的誤碼率情況下，在相同的誤碼率情況下，PSK所需所需SNR比比FSK低低 3db。2.3數(shù)字相位調(diào)制 )612(21reeP為噪聲方差。為信號(hào)幅度，式中，nnaar,222第60頁(yè)2022-1-302.3.2 四相相移鍵控調(diào)制四相相移鍵控調(diào)制（Quadrature PSK）也稱四進(jìn)制相移鍵控調(diào)制也稱四進(jìn)制相移鍵控調(diào)制BPSK二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制，對(duì)應(yīng)于

34、載波相位差二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制，對(duì)應(yīng)于載波相位差180的兩個(gè)相位。為了提高頻譜利用率，提出四進(jìn)的兩個(gè)相位。為了提高頻譜利用率，提出四進(jìn)制相移鍵控（制相移鍵控（QPSK）。）。 2.3數(shù)字相位調(diào)制 第61頁(yè)2022-1-302.3.2 四相相移鍵控調(diào)制四相相移鍵控調(diào)制2.3數(shù)字相位調(diào)制 第62頁(yè)2022-1-302.3.2 四相相移鍵控調(diào)制四相相移鍵控調(diào)制(1) QPSK工作原理工作原理在一個(gè)調(diào)制符中傳送兩個(gè)比特，在一個(gè)調(diào)制符中傳送兩個(gè)比特，QPSK 的帶寬效率比的帶寬效率比 BPSK 高兩倍。高兩倍。載波的相位為載波的相位為四個(gè)四個(gè)間隔相等的值，如：間隔相等的值，如：2.3數(shù)字相位調(diào)制 4,43

35、,4,43或23,2,0第63頁(yè)2022-1-302.3.2 四相相移鍵控調(diào)制四相相移鍵控調(diào)制(2) QPSK的數(shù)學(xué)表示的數(shù)學(xué)表示 令令 g(t) 為寬度為寬度Ts的脈沖，的脈沖，QPSK信號(hào)可以寫成：信號(hào)可以寫成： 式中，ak 為基帶信號(hào) 為相鄰信號(hào)的相位間隔2.3數(shù)字相位調(diào)制 kkcskkcsQPSKatkTtgtkTtgtS4coscos)(4第64頁(yè)2022-1-302.3.2 四相相移鍵控調(diào)制四相相移鍵控調(diào)制(2) QPSK的數(shù)學(xué)表示的數(shù)學(xué)表示用三角展開：用三角展開：2.3數(shù)字相位調(diào)制 信號(hào)信號(hào)中含有四種不同的中含有四種不同的 k 值，與四進(jìn)制數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)。值，與四進(jìn)制數(shù)字信號(hào)對(duì)應(yīng)。

36、kkcstkTtgsinsin)(kkcstkTtgcoscos)()(tSQPSKI 支路Q支路第65頁(yè)2022-1-302.3.2 四相相移鍵控調(diào)制四相相移鍵控調(diào)制(3) QPSK的星座圖的星座圖為將輸入二進(jìn)制信號(hào)變換為四進(jìn)制數(shù)，把每?jī)蓚€(gè)比特分成一為將輸入二進(jìn)制信號(hào)變換為四進(jìn)制數(shù)，把每?jī)蓚€(gè)比特分成一組，共有四種組合：組，共有四種組合：2.3數(shù)字相位調(diào)制 第66頁(yè)2022-1-302.3.2 四相相移鍵控調(diào)制四相相移鍵控調(diào)制(3) QPSK的星座圖的星座圖基于這種表示，QPSK信號(hào)可用有四個(gè)點(diǎn)的二維星座圖表示：2.3數(shù)字相位調(diào)制 第67頁(yè)2022-1-302.3.2 四相相移鍵控調(diào)制四相相移

37、鍵控調(diào)制(1) QPSK工作原理工作原理2.3數(shù)字相位調(diào)制 先將輸入數(shù)據(jù)作串并變換，即將二進(jìn)制數(shù)據(jù) 2比特分為一組，共四種組合,每組又有同相 I 分量和正交Q分量，用它們分別對(duì)兩個(gè)正交的載波進(jìn)行BPSK調(diào)制。最后再疊加成QPSK信號(hào)。原理如圖2.24。第68頁(yè)2022-1-302.3.2 四相相移鍵控調(diào)制四相相移鍵控調(diào)制(4) QPSK與與BPSK的比較的比較 參見通信原理教程，樊昌信，P.1522.3數(shù)字相位調(diào)制 第69頁(yè)2022-1-302.3.3 交錯(cuò)正交相移鍵控交錯(cuò)正交相移鍵控交錯(cuò)交錯(cuò)QPSK (Offset QPSK):(1) 為什么要用為什么要用OQPSK？在QPSK調(diào)制中，I 支

38、路和Q支路信號(hào)的相位跳變?cè)诿?Ts=2Tb 同時(shí)發(fā)生，此時(shí)如果I 支路和Q 支路信號(hào)的值都改變，將發(fā)生 180的最大相移，參見圖2.25。這會(huì)導(dǎo)致信號(hào)包絡(luò)在瞬間通過零點(diǎn)。這會(huì)導(dǎo)致信號(hào)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，將集聚高頻能量，帶來(lái)旁瓣再生和頻譜擴(kuò)展。但移動(dòng)信道總是有限帶寬，其旁瓣將會(huì)干擾鄰近頻道.2.3數(shù)字相位調(diào)制 第70頁(yè)2022-1-302.3.3 交錯(cuò)正交相移鍵控交錯(cuò)正交相移鍵控(2) OQPSK的定義的定義將將OQPSK信號(hào)的：信號(hào)的：偶比特流：偶比特流：Ak=cosk g(tkTs)奇比特流：奇比特流：Bk=sink g(tkTs) Ts=2Tb錯(cuò)開一個(gè)

39、比特（半個(gè)符號(hào)期) , 即每Tb 秒跳變一次。其波形圖如圖2.3.3所示：2.3數(shù)字相位調(diào)制 第71頁(yè)2022-1-302.3.3 交錯(cuò)正交相移鍵控交錯(cuò)正交相移鍵控(2) OQPSK的定義的定義OQPSK調(diào)制器中同相I和正交Q支路時(shí)間交錯(cuò)波形圖：2.3數(shù)字相位調(diào)制 圖2.3.3 OQPSK交錯(cuò)波形第72頁(yè)2022-1-302.3.3 交錯(cuò)正交相移鍵控交錯(cuò)正交相移鍵控(2) OQPSK的定義的定義這樣，SI (t)和SQ(t) 的跳變瞬時(shí)被錯(cuò)開了，比特跳變每TB秒發(fā)生一次。因此通過更頻繁的轉(zhuǎn)換相位，在任意給定時(shí)刻，OQPSK信號(hào)最大相移限制在90。消除了QPSK信號(hào)的 180相位跳變。所以，旁瓣

40、低于QPSK。參見圖2.3.4、圖2.3.52.3數(shù)字相位調(diào)制 第73頁(yè)2022-1-302.3.3 交錯(cuò)正交相移鍵控交錯(cuò)正交相移鍵控(2) OQPSK的定義的定義2.3數(shù)字相位調(diào)制 第74頁(yè)2022-1-302.3.4 /4-DQPSK 調(diào)制調(diào)制(1) 為什么要用為什么要用 -DQPSK 信號(hào)？信號(hào)？QPSK和和OQPSK的缺點(diǎn)：的缺點(diǎn)：QPSK 具有 180的相位變化，經(jīng)過非線性傳輸后會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的頻譜擴(kuò)散；OQPSK 很難采用差分相干解調(diào)。 -DQPSK 信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)：信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)：綜合了 QPSK 和 OQPSK的特點(diǎn)，既沒有 180的相位跳變，又可以方便地采用差分相干解調(diào)，已應(yīng)用于北美和日本的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)北美和日本的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。2.3數(shù)字相位調(diào)制 44第75頁(yè)2022-1-302.3.4 /4-DQPSK 調(diào)制調(diào)制(2) -DQPSK 信號(hào)定義信號(hào)定義 由把碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻的相位突跳限于 或 ，已調(diào)信號(hào)的相位均勻分割為相隔 的 8 個(gè)相位點(diǎn)，并將它分為兩組，分別用“紅色紅色”和“綠色綠色”表示，使已調(diào)信號(hào)的相位在“紅色紅色”組和“綠色綠色”組之間交替地跳變，這樣相位跳變就只可能有 和 的 4 種取值。由此，信號(hào)的頻譜特性也得到了改善。2.3數(shù)字相位調(diào)制 44443443第76頁(yè)2022-1-302.3.4 /4-DQPSK