移動(dòng)通信調(diào)制技術(shù)

1、第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 2.1 2.1 概述概述2.22.2數(shù)字頻率調(diào)制數(shù)字頻率調(diào)制2.32.3數(shù)字相位調(diào)制數(shù)字相位調(diào)制2.42.4平滑調(diào)頻和通用平滑調(diào)頻平滑調(diào)頻和通用平滑調(diào)頻2.52.5正交振幅調(diào)制正交振幅調(diào)制第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 知識(shí)點(diǎn) 移動(dòng)通信中的幾種數(shù)字調(diào)制方式 難點(diǎn) 各種調(diào)制信號的調(diào)制、解調(diào)方法 幾種主要調(diào)制方式的性能比較 要求掌握： MSK和GMSK調(diào)制方式及特點(diǎn) 數(shù)字相位調(diào)制幾種方式的比較了解： 幾種調(diào)制信號的頻譜特性 TFM、GTFM和QAM調(diào)制方式第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 2.1

2、概概 述述 數(shù)字調(diào)制是為了使在信道上傳送的信號特性與信道特性相匹配的一種技術(shù)。就話音業(yè)務(wù)而言，經(jīng)過話音編碼所得到的數(shù)字信號必須經(jīng)過調(diào)制才能實(shí)際傳輸。在無線通信系統(tǒng)中是利用載波來攜帶話音編碼信號，即利用話音編碼后的數(shù)字信號對載波進(jìn)行調(diào)制，當(dāng)載波的頻率按照數(shù)字信號“1”、“0”變化而對應(yīng)地變化，這稱為移頻鍵控（FSK）；相應(yīng)地，若載波相位按照數(shù)字信號“1”、“0”變化而對應(yīng)地變化則稱之為移相鍵控（PSK）；若載波的振幅按照數(shù)字信號“1”、“0”變化而相應(yīng)地變化，則稱之為振幅鍵控（ASK）。然而通常的FSK在頻率轉(zhuǎn)換點(diǎn)上的相位一般并不連續(xù)，這會(huì)使載波信號的功率譜產(chǎn)生較大的旁瓣分量。為克服這一缺點(diǎn)，一

3、些專家先后提出了一些改進(jìn)的調(diào)制方式，其中有代表性的調(diào)制方式是最小移頻鍵控（MSK）和高斯預(yù)濾波最小移頻鍵控（GMSK） 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 移動(dòng)通信必須占有一定的頻帶，然而可供使用的頻率資源卻非常有限。因此，在移動(dòng)通信中，有效地利用頻率資源是至關(guān)重要的。為了提高頻率資源的利用率，除了采用頻率再利用技術(shù)外，通過改善調(diào)制技術(shù)而提高頻譜利用率也是我們必須慎重考慮的一個(gè)問題。鑒于移動(dòng)通信的傳播條件極其惡劣，衰落會(huì)導(dǎo)致接收信號電平急劇變化，移動(dòng)通信中的干擾問題也特別嚴(yán)重，除鄰道干擾外，還有同頻道干擾和互調(diào)干擾，所以移動(dòng)通信中的數(shù)字調(diào)制技術(shù)必須具有優(yōu)良的頻譜特性和抗干擾

4、、抗衰落性能。目前在數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中廣泛使用的調(diào)制技術(shù)目前在數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中廣泛使用的調(diào)制技術(shù) 1.連續(xù)相位調(diào)制技術(shù) 這種調(diào)制技術(shù)的射頻已調(diào)波信號具有確定的相位關(guān)系而且包絡(luò)恒定，故也稱為恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)。它具有頻譜旁瓣分量低，誤碼性能好，可以使用高效率的C類功率放大器等特點(diǎn)。 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 屬于這一類的調(diào)制技術(shù)有平滑調(diào)頻（TFM）、最小移頻鍵控（MSK）和高斯預(yù)濾波最小移頻鍵控（GMSK）。其中高斯預(yù)濾波最小移頻鍵控（GMSK）的頻譜旁瓣低，頻譜利用率高，而其誤碼性能與差分移相鍵控（DPSK）差不多，因而得到了廣泛的應(yīng)用 2.線性調(diào)制技術(shù) 包括二相移

5、相鍵控（BPSK）、四相移相鍵控（QPSK）和正交振幅調(diào)制(QAM)等。這類調(diào)制技術(shù)頻譜利用率較高但對調(diào)制器和功率放大器的線性要求非常高，因此設(shè)計(jì)難度和成本較高。近年來，由于放大器設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，可設(shè)計(jì)制造高效實(shí)用的線性放大器，才使得線性調(diào)制技術(shù)在移動(dòng)通信中得到實(shí)際應(yīng)用。 上述兩類調(diào)制技術(shù)在數(shù)字移動(dòng)通信中都有應(yīng)用，歐洲的 GSM系統(tǒng)采用的是GMSK技術(shù)；而美國和日本的數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)則采用了QPSK調(diào)制技術(shù)。 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 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 1.基本原理用基帶數(shù)據(jù)信號控制載波頻率，稱為移

6、頻鍵控（FSK），二進(jìn)制移頻鍵控記為2FSK。2FSK信號便是0符號對應(yīng)于載頻1，1符號對應(yīng)于載頻2（12）的已調(diào)波形，而且1與2 之間的改變是瞬時(shí)完成的。根據(jù)前后碼元的載波相位是否連續(xù)，分為相位不連續(xù)的移頻鍵控和相位連續(xù)的移頻鍵控。2FSK調(diào)制的實(shí)現(xiàn)非常簡單，一般采用鍵控法，即利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個(gè)不同的獨(dú)立頻率源進(jìn)行選通。2FSK信號的產(chǎn)生方法和波形如圖2.1所示。 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 1100f1f1f2f2數(shù)據(jù)波形(b) 2FSK信號波形載波f2載波f1ss(t)eo(t)(a) 2FSK信號的產(chǎn)生方法圖2.1 2FSK信號的產(chǎn)生方法

7、和波形 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 根據(jù)以上對2FSK信號的產(chǎn)生原理的分析，已調(diào)信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以表示為 )cos( )()cos()()(21nnsnnnsnotnTtgatnTtgate(2.1) 式中，g(t)為單個(gè)矩形脈沖，脈寬為Ts： ）概率為（，概率為，P11 P0na(2.2) 是的反碼，若0，則1；若1，則0，于是 P1P10概率為，）概率為（，na(2.3)第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) n、n分別是第n個(gè)信號碼元的初相位。令g(t)的頻譜為G(),an取1和0的概率相等，則e0(t)的功率譜表達(dá)式為()(161)(2)1

8、21ffGffGffPs)()()0(161112ffffGfs)()(1612222ffGffGfs)()()0(1612222ffffGfs(2.4) 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 第一、二項(xiàng)表示FSK信號功率譜的一部分由g(t)的功率譜從0搬移到f1，并在f1處有載頻分量；第三、四項(xiàng)表示FSK信號功率譜的另一部分由g(t)的功率譜從0搬移到f2，并在f2處有載頻分量。FSK信號的功率譜如圖2.2所示?？梢钥吹?，如果（f2-f1）小于fs(fs1/Ts)，則功率譜將會(huì)變?yōu)閱畏?。FSK信號的帶寬約為 sfffB212圖2.2 FSK信號的功率譜Ps( f )f0=（

9、f1+f2）2f2 f1f1 fsf1f0f2f2 fso第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 2.2FSK信號的解調(diào)方法FSK信號的解調(diào)方法有包絡(luò)檢波法、相干解調(diào)法和非相干解調(diào)法等。相位連續(xù)時(shí)可以采用鑒頻器解調(diào)。包絡(luò)檢波法是收端采用兩個(gè)帶通濾波器，其中心頻率分別為f1和f2，其輸出經(jīng)過包絡(luò)檢波。如果f1支路的包絡(luò)強(qiáng)于f2支路，則判為“1”；反之則判為“0”。非相干解調(diào)時(shí)，輸入信號分別經(jīng)過對cos1t和cos2t匹配的兩個(gè)匹配濾波器，其輸出再經(jīng)過包絡(luò)檢波和比較判決。如果f1支路的包絡(luò)強(qiáng)于f2支路，則判為“1”；反之則判為“0”。相干解調(diào)的原理框圖如圖2.3。2.2.2 最小頻

10、移鍵控（最小頻移鍵控（MSK）調(diào)制）調(diào)制 1.最小頻移鍵控調(diào)制原理（1）問題的引入 在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)要求發(fā)送信號具有包絡(luò)恒定、高頻分量較小的特點(diǎn) 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 圖2.3 2FSK相干解調(diào)第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 移相鍵控信號PSK(4PSK、8PSK)的缺點(diǎn)之一是，沒能從根本上消除在碼元轉(zhuǎn)換處的載波相位突變，使系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)的旁瓣功率分量，造成對鄰近波道的干擾；若將此信號通過帶限系統(tǒng)，由于旁瓣的濾除而產(chǎn)生信號包絡(luò)起伏變化，為了不失真?zhèn)鬏?，對信道的線性特性要求就過于苛刻。 兩個(gè)獨(dú)立信源產(chǎn)生的2FSK信號，一般來說在頻率轉(zhuǎn)換處相

11、位不連續(xù)，同樣使功率譜產(chǎn)生很強(qiáng)的旁瓣分量，若通過帶限系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生包絡(luò)起伏變化。 OQPSK雖然消除了QPSK信號中的180相位突變，但也沒能從根本上解決消除信號包絡(luò)起伏變化的問題。 為了克服以上缺點(diǎn)，需控制相位的連續(xù)性，這種形式的數(shù) 字頻率調(diào)制方式，稱之為相位連續(xù)變化的(恒定包絡(luò))頻移鍵控(CPFSK)。其一特例為最小(調(diào)制指數(shù))頻移鍵控（MSK）。每個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間Ts內(nèi)，頻率恰好引起/2相移變化，而相位本身的變化是連續(xù)的。 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) （2）MSK信號 MSK信號可表示為)2cos()(kskcMSKtTattSskTtsTk) 1( （2.5）

12、式中： 為載頻； 為頻偏；為第k個(gè)碼元中的相位常數(shù)。而 為第k個(gè)碼元的相位常數(shù)。而 為第k個(gè)碼元的數(shù)據(jù)，分別表示二進(jìn)制信息1和0，當(dāng)ak+1時(shí)，信號頻率cskTa2k11ka2f)2(21scT=當(dāng)ak-1時(shí)，信號頻率k第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 1f)2(21scT=最小頻差（最大頻偏）： sTfff2112（2.6） 即最小頻差等于碼元速率的一半設(shè)1/Tsfs，則調(diào)制指數(shù) 2121sssTTffh第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) （3）第k個(gè)碼元期間內(nèi)相位變化)(tkkskTta2=skTtsTk) 1( （2.7） 根據(jù)相位連續(xù)條件，要求

13、在tkTs時(shí)刻滿足)(1skkT)(skkT=（2.8） 即： ksskksskTkTaTkTa2211（2.9） 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 可得： k2)(11kaakkk=（2.10） 取k0；則式（2.10）k2)(10aa 22)(21aa 23)(32aa 2)(1kaakk=+例如： 33200111111543210kkak第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 這里的k不是每個(gè)碼元相位變化的終了值，而是線性變化的截距由式（2.5）知 MSKS)0(2cosskcTat=（2.11） 式中，ak1；(0)0 式（2.11）說明，每個(gè)信

14、息比特間隔（Ts）內(nèi)載波相位變化為/2；而k(t)-(0)隨 t 的變化規(guī)律，如圖2.4所示。 圖中正斜率直線表示傳“1”碼時(shí)的相位軌跡，負(fù)斜率直線表示傳“0”碼時(shí)的相位軌跡，這種由相位軌跡構(gòu)成的圖形稱為相位網(wǎng)格圖(phase trellis)。在每一碼元時(shí)間內(nèi)，相對于前一碼元載波相位不是增加/2，就是減少/2，因此累計(jì)相位k(t)在每碼元結(jié)束時(shí)必定為/2的整倍數(shù)，在Ts的奇數(shù)倍時(shí)刻相位為/2的奇數(shù)倍，在Ts的偶數(shù)倍時(shí)刻相位為/2的偶數(shù)倍。 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 圖2.4 MSK的相位網(wǎng)格圖 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) （4）MSK

15、調(diào)制器 圖2.5 MSK調(diào)制器原理框圖第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) MSK調(diào)制器的工作過程為： 對輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號進(jìn)行差分編碼經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換，分成相互交錯(cuò)一個(gè)碼元寬度的兩路信號Ik和Qk用加權(quán)函數(shù)cos (t/2Ts)和sin (t/2Ts)分別對兩路數(shù)據(jù)信號Ik 和Qk進(jìn)行加權(quán)加權(quán)后的兩路信號再分別對正交載波cosct和sinct進(jìn)行調(diào)制將所得到的兩路已調(diào)信號相加，通過帶通濾波器，就得到MSK 信號 MSK解調(diào)，可用相干、非相干兩種方式 (5) MSK信號特點(diǎn) 已調(diào)信號振幅是恒定的。信號頻率偏移嚴(yán)格符合1/4Ts，相位調(diào)制指數(shù)h1/2以載波相位為基準(zhǔn)的信號相位，在一

16、個(gè)碼元期間內(nèi)準(zhǔn)確地按線性變化/2第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 在一個(gè)碼元(Ts)期間內(nèi)，信號應(yīng)是四分之一載波周期的整 數(shù)倍 碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻，信號的相位是連續(xù)的，即信號波形無突變 2.2.3 2.2.3 高斯最小移頻鍵控（高斯最小移頻鍵控（GMSK）調(diào)制）調(diào)制 MSK是二電平矩形基帶信號進(jìn)行調(diào)頻得到的，MSK信號在任一碼元間隔內(nèi)，其相位變化(增加或減小)為/2，而在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻保持相位是連續(xù)的。但MSK信號相位變化是折線，在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻產(chǎn)生尖角，從而使其頻譜特性的旁瓣滾降不快，帶外輻射還相對較大。參見圖2.7及圖2.8。 圖2.6 GMSK調(diào)制器 第二章第二章 移動(dòng)通信中

17、的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 圖2.7 MSK類信號的相位轉(zhuǎn)移軌跡 圖2.8 MSK信號的功率譜密度-60-50-40-30-20-1001.02.03.04.0 （ f fc） TbMSKOPSK功率譜密度/dB第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 為了解決這一問題，可將數(shù)字基帶信號先經(jīng)過一個(gè)高斯濾波器整形(預(yù)濾波)，得到平滑后的某種新的波形；之后再進(jìn)行調(diào)頻，可得到良好的頻譜特性，調(diào)制指數(shù)仍為0.5。 由于高斯濾波器G(f)的沖激響應(yīng)g(t)仍是高斯函數(shù)，并且g(t)的導(dǎo)數(shù)在(-，+)都是連續(xù)的。將高斯波形進(jìn)行調(diào)頻，就可使功率譜高頻分量滾降變快。因此，將輸入端接有高斯低通

18、濾波器的MSK調(diào)制器稱為高斯濾波最小移頻鍵控(GMSK)。圖2.6為GMSK調(diào)制器的原理圖。GMSK信號的產(chǎn)生可用簡單的高斯低通濾波器及FM調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)。GMSK信號的解調(diào)可采用正交相干解調(diào)，也可采用鑒相器或差分檢測器。2.2.4 MSK類調(diào)制的性能比較類調(diào)制的性能比較 1.已調(diào)信號的相位轉(zhuǎn)移軌跡第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 圖2.7給出了MSK類信號的相位轉(zhuǎn)移軌跡，它包括MSK、SFSK(正弦移頻鍵控)、TFM和GMSK。由圖可見，MSK信號在碼元轉(zhuǎn)換的時(shí)刻，雖然相位是連續(xù)的，但其相位轉(zhuǎn)移軌跡呈鋸齒狀；TFM信號的相位最為平滑，因此而得名平滑調(diào)頻；GMSK信號的相位

19、轉(zhuǎn)移軌跡也比較平滑，所以，它的頻譜特性要比MSK好得多，也優(yōu)于SFBK。 2.已調(diào)信號的頻譜 對數(shù)字移動(dòng)通信來說，調(diào)制方式的主要性能要求是節(jié)約頻帶和減少差錯(cuò)概率。因此，要求調(diào)制信號的能量集中在頻譜主瓣內(nèi)，旁瓣的功率要小，且滾降要快。圖2.8示出了MSK、GMSK與QPSK和DQPSK的功率譜。圖中Bb為高斯濾波器的3dB帶寬，Tb為碼元寬度，參變量BbTb稱為高斯濾波器的3dB歸一化帶寬。由圖可見，BbTb越小頻譜越集中。BbTb+時(shí)的GMSK就是MSK，它的主瓣寬于QPSK/DQPSK，但帶外高頻滾降要快一些。至于GMSK，滾降 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 特性大

20、為改善。若信道帶寬為25kHz，數(shù)據(jù)速率為16kbit/s，當(dāng)取BbTb0.25時(shí)，帶外輻射功率可比總功率小60dB。 在GSM系統(tǒng)中所使用的調(diào)制是BbTb0.25的GMSK技術(shù)，其調(diào)制速率是270.833kbit/s，使用的是Viterbi(維特比)算法進(jìn)行的解調(diào)。3.誤碼率 (1)MSK相干解調(diào) 021NEerfcPbb（2.12） (2)GMSK第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 0min221NderfcPb（2.13） 式中，dmin是傳號信號與空號信號的最小距離。 圖2.9為MSK與GMSK的比特差錯(cuò)概率。圖中fD是參變量，表示衰落速度。從圖中可以看出，在瑞利衰

21、落信道環(huán)境下，MSK的性能優(yōu)于GMSK。若與QPSK類信號相比較（如圖2.10所示），MSK與QPSK的比特差錯(cuò)率相同。在瑞利衰落環(huán)境下，/4-QPSK的性能優(yōu)于GMSK。 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 圖2.9 MSK信號的比特差錯(cuò)概率第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 圖2.10 QPSK類信號的比特差錯(cuò)概率第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 2.3 數(shù)字相位調(diào)制數(shù)字相位調(diào)制 2.3.1 2.3.1 絕對移相鍵控（絕對移相鍵控（BPSKBPSK）和相對移相鍵控（）和相對移相鍵控（DPSKDPSK）調(diào)制）調(diào)制BPSK就是絕對移

22、相鍵控、亦即二相移相鍵控。DPSK則是差分移相鍵控，亦稱相對移相鍵控。BPSK和DPSK都是二相制即用二進(jìn)制數(shù)字信號來控制載波的相位 0tt01011001010t000000t000000數(shù)據(jù)B P S K波形D P S K波形載波圖2.11 BPSK和DPSK波形圖第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 從圖中可以看出：BPSK的主瓣寬度為2/Tb，并有較大和較多的旁瓣，這是不連續(xù)相位調(diào)制波形的特點(diǎn)，由于在信號“1”、“0”交替轉(zhuǎn)換處，相位有突變（或叫突跳），因此旁瓣大。頻譜效率 ：信號傳輸速率/帶寬= bbTT210.5b/s（每赫） 即每赫茲帶寬傳輸0.5b/s，若以基

23、帶帶寬來計(jì)算，那就是每赫茲1b/s。 BPSK在解調(diào)時(shí)存在相位模糊問題，實(shí)際上較少采用，常用的是DPSK調(diào)制。 DPSK檢測是根據(jù)后一碼元對前一碼元的相位差進(jìn)行的，即以前一碼元的相位為參考點(diǎn) 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 23bTAbcrf3bcrf2bcrf bcrf bcrf2bcrf3圖2.12 BPSK的頻譜 BPSK的調(diào)制器非常簡單，只要把數(shù)字信號與載波頻率Acos0t相乘即可。不過這里數(shù)字信號的“0”要用“-1”來表示（在數(shù)字通信中，符號“1”用“+1”來表示，“0”則用“-1”來表示），所以它的調(diào)制器如圖2.13所示。第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移

24、動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 數(shù)字信號載波調(diào)制信號圖2.13 BPSK調(diào)制 解調(diào)有兩種方法，一種稱為相干解調(diào)，另一種稱為非相干解調(diào)。相干解調(diào)即在接收機(jī)中產(chǎn)生一個(gè)與收到的載波信號同頻同相的參考載波信號，稱為相干載波。將它與收到的信號相成后，再積分采樣判決。如果收到的信號與載波信號同相，則相成為正值，積分后采樣必為一大于0的值，即可判為“1”。如果收到的信號與參考信號相反，則相乘之后必為負(fù)值，積分采樣后判為“0”，因此解調(diào)完成。但此時(shí)從信號中提取的參考載波相位有可能不是真正與發(fā)方載波同相，而正好是相反的，故存在相位模糊的問題。DPSK的調(diào)制規(guī)則和BPSK一樣，只是它以前一比特的相位為參考，因此只要在BPSK

25、的調(diào)制器前加一個(gè)差分編碼器就可以。這個(gè)差分編碼器符合如下規(guī)則：第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) kd1kkdb=式中，dk為差分編碼器輸出；dk-1為差分編碼器前一比特的輸出；bk為調(diào)制信號的輸入 為了節(jié)約帶寬，很少采用2DPSK，而采用4DPSK,它相當(dāng)于只傳輸1/2fs的信息流，對于8kb/s來說，只要采用12.5kHz的信道寬度就可以了，再高的進(jìn)制會(huì)使誤碼性能變壞，所以一般不采用。2.3.2 QPSK2.3.2 QPSK、OQPSKOQPSK、/4-QPSK/4-QPSK和和/4-DQPSK/4-DQPSK調(diào)制調(diào)制1.正交移相鍵控（QPSK）調(diào)制正交移相鍵控（QPS

26、K）調(diào)制，也稱四相移相鍵控（4PSK）調(diào)制。它具有4種相位狀態(tài)，各對應(yīng)于四進(jìn)制的4組數(shù)據(jù)，即00，01，10，11。如圖2.14(b)所示。第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 圖2.14 QPSK調(diào)制器及相位 2.交錯(cuò)正交（或四相）移相鍵控（OQPSK）調(diào)制 交錯(cuò)正交移相鍵控（OQPSK）調(diào)制是I、Q兩支路在時(shí)間上錯(cuò)開一個(gè)碼元的時(shí)間Tb進(jìn)行調(diào)制，這樣可以避免在QPSK兩支路中碼元轉(zhuǎn)換總是同時(shí)的，使載波可能會(huì)產(chǎn)生的相位跳變。 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 圖 2.15 QPSK和 OQPSK 的星座圖和相位轉(zhuǎn)移圖 3. /4四相移相鍵控（/4-QPS

27、K）調(diào)制 /4-QPSK調(diào)制是在移動(dòng)通信上獲得較多應(yīng)用的一種調(diào)制。是相位只有/4、3/4的四相調(diào)制。 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 圖2.16 /4QPSK的相位和相移路徑 /4-QPSK的調(diào)制器的簡化方框圖如圖2.17所示 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 圖2.17 /4QPSK調(diào)制器簡化方框圖 首先二進(jìn)制的數(shù)據(jù)經(jīng)串/并變換為兩個(gè)并行的數(shù)據(jù)流，此并行數(shù)據(jù)流通常各自經(jīng)過差分編碼器以構(gòu)成差分/4-QPSK，或叫/4-DQPSK。并行的兩個(gè)信號流SI及SQ通過信號形成電路，輸出uk與vk在信號的每一比特周期中，除和SI和SQ有關(guān)外，還和前一比特狀態(tài)

28、uk-1與vk-1有關(guān)，即： kkkkkkkkkkvuvvuucossinsincos1111(2.14) 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 式中的k則由當(dāng)前的符號SI及SQ的信息按下列關(guān)系確定，即：當(dāng)SISQ為“11”時(shí)， =/4；當(dāng)SISQ為“01”時(shí)， =3/4；當(dāng)SISQ為“00”時(shí)， =3/4 當(dāng)SISQ為“10”時(shí)， =/4。 kkkk4./4差分四相移相鍵控（/4-DQPSK）調(diào)制/4-DQPSK是對QPSK信號特性改進(jìn)后的一種調(diào)制方式。主要是將QPSK的最大相位跳變，降為3/4，這樣就改善了/4-DQPSK的頻譜特性。 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移

29、動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 圖2.18 /4-DPSK調(diào)制器的原理框圖 圖2.19 /4-DQPSK的相位關(guān)系 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 11/41/1/113/41/1/113/41/1/11/41/1/表2.1 /4DQPSK的相位跳變規(guī)則上述規(guī)則決定了在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻的相位跳變量只有/4和3/4這4種取值。而從/4-DQPSK的相位關(guān)系圖中可看出信號的相位跳變必定在圖4.39中的“”組和“”組之間跳變。在相鄰碼元，僅會(huì)出現(xiàn)從“”組到“”組相位點(diǎn)（或從“”組到“”組）的跳變，而不會(huì)在同組內(nèi)跳變。同時(shí)也可以看到Uk和Vk只可能有0、1/和1等5種取值，它們分別對應(yīng)于圖2.

30、19中的8個(gè)相位點(diǎn)的坐標(biāo)值。 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 2.4 2.4 平滑調(diào)頻（平滑調(diào)頻（TFMTFM）和通用平滑調(diào)頻（）和通用平滑調(diào)頻（GTFMGTFM） 2.4.1 2.4.1 平滑調(diào)頻（平滑調(diào)頻（TFMTFM） 新的數(shù)字調(diào)制方法中使用較早的是平滑調(diào)頻（TFM），是從快速移頻鍵控（MSK）發(fā)展來的。TFM的發(fā)明是對MSK的進(jìn)一步改進(jìn)，MSK雖然有較窄的主瓣和較小的旁瓣，但有些情況仍然滿足不了要求。原因是它在碼元交替處的相位雖是連續(xù)的，但它仍然有一個(gè)銳轉(zhuǎn)折點(diǎn)。平滑調(diào)頻的改進(jìn)思想是將相位的銳轉(zhuǎn)折處加以平滑，這種平滑與GMSK的濾波方法不同，除了減小銳轉(zhuǎn)折以外，還

31、減小相位的變化率。因?yàn)樵谝葡噫I控中信號從“0”變到“1”，已調(diào)信號相應(yīng)從變到0，或從0變到（指二相；若四相時(shí)，可以有4種最終相位（即90、180、270和360）。 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 對于正弦信號，相位的時(shí)間微分就是頻率的變化。當(dāng)相位成直線變化時(shí)，頻移是常數(shù)，且頻率移動(dòng)最小，故稱這種DPSK為MSK或FFSK。由于FFSK的相位在轉(zhuǎn)折處仍有不連續(xù)，見圖2.20。這些不連續(xù)處是發(fā)散點(diǎn)，也就是頻率急劇變化的點(diǎn)，因而會(huì)產(chǎn)生較大的帶外輻射，形成較嚴(yán)重的鄰道干擾。有資料計(jì)算，對于16kb/s的碼元，它對25kHz鄰道間隔的中頻通帶邊緣的功率密度為-14dB。 圖2.

32、20 TFM的相位變化 第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) TFM是把FFSK的相位轉(zhuǎn)折處加以平滑，如圖2.20的實(shí)線部分，這樣就使帶外輻射大為減小。根據(jù)計(jì)算，此時(shí)同樣傳輸速率的鄰道通帶邊緣的功率密度降至-67dB，使用非線性放大器時(shí)，TFM的頻譜不僅不受影響，而且還可以使用與模擬調(diào)頻同樣的射頻和中頻電路。另外，接收機(jī)的靈敏度和在有、無衰落條件下的誤碼性能都是良好的，因此，TFM適用于窄帶數(shù)字話音調(diào)制方式。圖2.21是TFM信號產(chǎn)生示意圖，而圖2.22是幾種調(diào)制的頻譜比較，可見，MSK的帶外輻射最大。 圖2.21 TFM信號產(chǎn)生示意圖第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通

33、信中的調(diào)制技術(shù) 圖2.22 幾種調(diào)制的頻譜比較 2.4.2 2.4.2 通用平滑調(diào)頻（通用平滑調(diào)頻（GTFMGTFM） 通用平滑調(diào)頻（GTFM）是TFM的一種延伸或通用化，它與TFM的不同是對前置濾波器中的相干編碼器選擇了不同參數(shù)第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 的組合，如圖2.23所示，其相干編碼器中有和兩個(gè)參數(shù)，只有選擇不同的和就可得到GTFM信號，而和取值范圍為01間，當(dāng)0.25，0.5時(shí)，GTFM就是TFM信號，即TFM是GTFM的一種特例。所以改變和值所產(chǎn)生的信號叫通用平滑調(diào)頻（GTFM）。 圖2.23 GTFM信號的產(chǎn)生第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通

34、信中的調(diào)制技術(shù) 采用GTFM可使頻帶利用與抗干擾性能得到折衷以做到檢測，非相干檢測時(shí)誤碼率性能達(dá)到優(yōu)化，還能使頻譜特性保持和TFM類似。 GTFM（包括TFM）可用相干解調(diào)，也可用非相干解調(diào)，它的非相干解調(diào)如圖2.24所示，中頻信號輸入經(jīng)鑒頻濾波后，再通過解碼器就得到原數(shù)據(jù)。 圖2.24 GTFM非相干解調(diào)器第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 2.5 2.5 正交振幅調(diào)制（正交振幅調(diào)制（QAMQAM） 正交振幅調(diào)制（QAM：Quadrature Amplitude Modulation）又稱正交雙邊帶調(diào)制。是將兩路獨(dú)立的基帶波形分別對兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊

35、帶調(diào)制，所得到的兩路已調(diào)信號疊加起來的過程，稱為正交振幅調(diào)制。在QAM系統(tǒng)中，由于兩路已調(diào)信號在相同的帶寬內(nèi)頻譜正交，可以在同一頻帶內(nèi)并行傳輸兩路數(shù)據(jù)信息，因此，其頻帶利用率和單邊帶系統(tǒng)相同，QAM方式一般用于高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中。在QAM方式中，基帶信號可以是二電平的，又可以是多電平的，若為多電平時(shí)，就構(gòu)成多進(jìn)制正交振幅調(diào)制。 其原理圖為：第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) 圖2.25 正交幅度調(diào)制信號的產(chǎn)生和解調(diào)第二章第二章 移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信中的調(diào)制技術(shù) A路的基帶信號 與載波 相乘，形成抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號 )(1tStccosttSteccos)()(11（2.15） B路基帶信號 與載波 相乘，形成另一路抑制載波的雙邊帶調(diào)幅信號 )(2tSttccsin2costtSt