第六講移動(dòng)通信數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)課件

第6講移動(dòng)通信數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)第6講移動(dòng)通信數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)1本章提示調(diào)制在通信系統(tǒng)中占有十分重要的地位。只有經(jīng)過(guò)調(diào)制才能將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)，而且它對(duì)系統(tǒng)的傳輸有效性和可靠性都有很大的影響。本章提示調(diào)制在通信系統(tǒng)中占有十分重要的地位。只有經(jīng)過(guò)調(diào)2本章提示數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制本質(zhì)上并無(wú)什么不同，它們同屬正弦載波調(diào)制。但是數(shù)字調(diào)制的調(diào)制信號(hào)為數(shù)字型正弦調(diào)制，模擬調(diào)制的調(diào)制信號(hào)為連續(xù)性正弦調(diào)制。模擬信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是信噪比（S/N），數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是誤碼率（Pe）。本章提示數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制本質(zhì)上并無(wú)什么不同，它們同屬3本章提示第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)采用模擬調(diào)頻（FM）傳輸模擬語(yǔ)音，其信令系統(tǒng)采用2FSK數(shù)字調(diào)制。第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)傳送的語(yǔ)音都是經(jīng)過(guò)語(yǔ)音編碼和信道編碼后的數(shù)字信號(hào)。GSM系統(tǒng)采用GMSK調(diào)制；IS-54系統(tǒng)和PDC系統(tǒng)采用/4DQPSK調(diào)制；IS-95CDMA系統(tǒng)的下行信道采用QPSK調(diào)制，其上行信道采用OQPSK調(diào)制。第三代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)將采用MQAM、QPSK或8PSK調(diào)制。本章提示第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)采用模擬調(diào)頻（FM）傳輸4本章提示由于帶寬資源受限，目前所有調(diào)制技術(shù)的主要設(shè)計(jì)思路就是最小化傳輸帶寬。相反，擴(kuò)頻技術(shù)使用的傳輸帶寬比要求的最小信號(hào)帶寬大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。在多用戶(hù)系統(tǒng)中，事實(shí)證明在多址干擾（MAI）環(huán)境，擴(kuò)頻系統(tǒng)能獲得很高的頻譜利用率。本章提示由于帶寬資源受限，目前所有調(diào)制技術(shù)的主要設(shè)計(jì)思5移動(dòng)通信數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)1數(shù)字調(diào)制技術(shù)概述2線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)3恒包絡(luò)調(diào)制4“線(xiàn)性”和“恒包絡(luò)”相結(jié)合的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)1數(shù)字調(diào)制技術(shù)概述6數(shù)字調(diào)制技術(shù)概述1.1概述1.2數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)1.3蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求1.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類(lèi)1.5調(diào)幅與調(diào)頻數(shù)字調(diào)制技術(shù)概述1.1概述7概述第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)。超大規(guī)模集成電路（VLSI）和數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)的發(fā)展使數(shù)字調(diào)制比模擬調(diào)制的傳輸系統(tǒng)更有效。概述第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)。8概述新的多用途可編程數(shù)字信號(hào)處理器使得數(shù)字調(diào)制器和解調(diào)器完全用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)成為可能。嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)方法可以在不重新設(shè)計(jì)和替換調(diào)制解調(diào)器的情況下改變和提高性能。概述新的多用途可編程數(shù)字信號(hào)處理器使得數(shù)字調(diào)制器和解調(diào)器完全9數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)通常通過(guò)功率有效性p（PowerEfficiency）和帶寬有效性B（SpectralEfficiency）來(lái)反映。功率有效性p是反映調(diào)制技術(shù)在低功率電平情況下保證系統(tǒng)誤碼性能的能力，可表述成每比特的信號(hào)能量與噪聲功率譜密度之比：數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)通常通過(guò)功率有效性p10數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)帶寬有效性B是反映調(diào)制技術(shù)在一定的頻帶內(nèi)數(shù)字有效性的能力，可表述成在給定帶寬條件下每赫茲的數(shù)據(jù)通過(guò)率：式中，R為數(shù)據(jù)速率（bit/s），B為調(diào)制射頻RF信號(hào)占用帶寬。數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)帶寬有效性B是反映調(diào)制技術(shù)在一定的頻帶11數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)由香農(nóng)（Shannon）定理：式中，C為信道容量；B為RF帶寬；S/N為信噪比；lb

=

loga，a

=

2。數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)由香農(nóng)（Shannon）定理：12數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)因此，最大可能的BMAX為對(duì)于GSM，B

=

200kHz，SNR

=

10dB，則有：

數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)因此，最大可能的BMAX為13蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求（1）數(shù)字調(diào)制的目的在于使傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)與信道特性相匹配（2）移動(dòng)通信要求采用恒定包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)（3）應(yīng)盡量避免幅-相轉(zhuǎn)換（AM/PM）效應(yīng)（4）要求調(diào)制方式具有最小的功率譜占用率蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求（1）數(shù)字調(diào)制的目的在14蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求具體地講，數(shù)字調(diào)制技術(shù)應(yīng)滿(mǎn)足如下特性要求。①為了在衰落條件下獲得所要求的誤碼率（BER），需要好的載噪比（C/N）和載干比（C/I）性能。②所用的調(diào)制技術(shù)必須在規(guī)定頻帶約束內(nèi)提供高的傳輸速率，以（bit/s）/Hz為單位。蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求具體地講，數(shù)字調(diào)制技術(shù)15蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求③應(yīng)使用高效率的功率放大器，而帶外輻射又必須降低到所需要求（?60dB～?70dB）。④恒定包絡(luò)。⑤低的載波與同道干擾（CCI）的功率比。⑥必須滿(mǎn)足快速的比特再同步要求。⑦成本低，易于實(shí)現(xiàn)。蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求③應(yīng)使用高效率的功率16數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類(lèi)1．線(xiàn)性調(diào)制方式線(xiàn)性調(diào)制方式主要有各種進(jìn)制的PSK和QAM等。線(xiàn)性調(diào)制方式又可分為頻譜高效和功率高效兩種。數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類(lèi)1．線(xiàn)性調(diào)制方式172．恒定包絡(luò)調(diào)制方式恒定包絡(luò)調(diào)制方式主要有MSK、TFM（平滑調(diào)頻）、GMSK等。其主要特點(diǎn)是這種已調(diào)信號(hào)具有包絡(luò)幅度不變的特性，其發(fā)射功率放大器可以在非線(xiàn)性狀態(tài)而不引起嚴(yán)重的頻譜擴(kuò)散。2．恒定包絡(luò)調(diào)制方式恒定包絡(luò)調(diào)制方式主要有MSK、TFM（平18調(diào)幅與調(diào)頻早期VHF頻段的移動(dòng)通信電臺(tái)大都采用調(diào)幅方式，調(diào)幅是使高頻載波信號(hào)的振幅隨調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)變化而變化，其所占帶寬為BAM＝2fm，其中，fm為音頻的上限頻率。由于信道快衰落會(huì)使模擬調(diào)幅產(chǎn)生附加調(diào)幅而造成失真，目前已很少采用。調(diào)幅與調(diào)頻早期VHF頻段的移動(dòng)通信電臺(tái)大都采用調(diào)幅方式，調(diào)19調(diào)幅與調(diào)頻調(diào)頻是使高頻載波信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，其所占帶寬為B

FM＝2(FM＋1)fm，其中FM為調(diào)制指數(shù)。調(diào)頻制在抗干擾和抗衰落性能方面優(yōu)于調(diào)幅制，對(duì)非線(xiàn)性信道有較好的適應(yīng)性，世界上幾乎所有的模擬蜂窩系統(tǒng)都使用頻率調(diào)制。調(diào)幅與調(diào)頻調(diào)頻是使高頻載波信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)的變化而20調(diào)幅與調(diào)頻單邊帶調(diào)幅系統(tǒng)只傳送一個(gè)邊帶（上邊帶或下邊帶），所以只占用普通調(diào)幅系統(tǒng)一半的帶寬。單邊帶調(diào)制技術(shù)對(duì)移動(dòng)通信還是非常有用的。隨著數(shù)字信號(hào)處理、大規(guī)模集成電路和新的單邊帶調(diào)制解調(diào)技術(shù)的進(jìn)步，單邊帶在移動(dòng)通信中的應(yīng)用還是很有前途的。調(diào)幅與調(diào)頻單邊帶調(diào)幅系統(tǒng)只傳送一個(gè)邊帶（上邊帶或下邊帶），21線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)理想的調(diào)制方式能夠使通信在低信噪比情況下提供低的誤碼率，在多徑和衰落條件下很好地工作，并且容易實(shí)現(xiàn)。一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)的分類(lèi)方法將它分為線(xiàn)性和非線(xiàn)性?xún)深?lèi)。在線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)中，傳輸信號(hào)的幅度s(t)隨調(diào)制數(shù)字信號(hào)m(t)的變化而呈線(xiàn)性變化。線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)理想的調(diào)制方式能夠使通信在低信噪比情況下提22線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)帶寬效率較高，所以非常適用于在有窄頻帶要求下，需要容納越來(lái)越多用戶(hù)的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。在線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制方案中，傳輸信號(hào)s(t)可表示為線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制方案有很好的頻譜效率，但傳輸中必須使用功率效率低的RF放大器。

線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)帶寬效率較高，所以非常適用23線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)二進(jìn)制幅度鍵控BASK二進(jìn)制相移鍵控BPSK差分相移鍵控DPSK四相相移鍵控QPSK交錯(cuò)QPSK（OQPSK）p/4四相相移鍵控QPSK

線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)二進(jìn)制幅度鍵控BASK24二進(jìn)制幅度鍵控BASK

在二進(jìn)制幅度鍵控（BinaryAmplitudeShiftKeying，BASK）中，載波幅度隨二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)序列｛m(t)｝變化，即幅度鍵控（AmplitudeShiftKeying，ASK）信號(hào)可表示為二進(jìn)制幅度鍵控BASK在二進(jìn)制幅度鍵控（BinaryAm25二進(jìn)制幅度鍵控BASK二進(jìn)制幅度鍵控BASK26二進(jìn)制相移鍵控BPSK

在二進(jìn)制相移鍵控（BinaryPhaseShiftKeying，BPSK）中，幅度恒定的載波信號(hào)根據(jù)信號(hào)兩種可能m1和m2（即二進(jìn)制數(shù)1和0）的改變而在兩個(gè)不同的相位間切換。通常這兩個(gè)相位相差180°。由于只有兩個(gè)相位，所以二進(jìn)制相移鍵控也稱(chēng)二相相移鍵控。二進(jìn)制相移鍵控BPSK在二進(jìn)制相移鍵控（BinaryPh27二進(jìn)制相移鍵控BPSK

如果正弦載波的幅度為Ac，每比特能量Eb

=

，則傳輸?shù)腂PSK信號(hào)為（6-10）

二進(jìn)制相移鍵控BPSK如果正弦載波的幅度為Ac，每比特28二進(jìn)制相移鍵控BPSK

出于方便，經(jīng)常將m1和m2一般化為?。?或?1的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)m(t)，它呈現(xiàn)兩種可能的脈沖波形中的一種。這樣傳輸信號(hào)可表示為二進(jìn)制相移鍵控BPSK出于方便，經(jīng)常將m1和m2一般化為取29二進(jìn)制相移鍵控BPSK

BPSK信號(hào)使用雙極性基帶數(shù)據(jù)波形m(t)，并可以表示為如下的復(fù)包絡(luò)形式式中，gBPSK(t)是信號(hào)的復(fù)包絡(luò)二進(jìn)制相移鍵控BPSKBPSK信號(hào)使用雙極性基帶數(shù)據(jù)波形m30二進(jìn)制相移鍵控BPSK

可以證明，復(fù)包絡(luò)的功率譜密度（PowerSpectralDensity，PSD）為二進(jìn)制相移鍵控BPSK可以證明，復(fù)包絡(luò)的功率譜密度（Pow31二進(jìn)制相移鍵控BPSK因此，RF上BPSK信號(hào)的PSD為二進(jìn)制相移鍵控BPSK因此，RF上BPSK信號(hào)的PSD為32二進(jìn)制相移鍵控BPSK圖6-1BPSK信號(hào)的功率譜密度（PSD）二進(jìn)制相移鍵控BPSK33二進(jìn)制相移鍵控BPSK如果沒(méi)有信道引入的多徑損耗，接收的BPSK信號(hào)可表示為二進(jìn)制相移鍵控BPSK如果沒(méi)有信道引入的多徑損耗，接收的BP34二進(jìn)制相移鍵控BPSK圖6-2帶載波恢復(fù)電路的BPSK接收機(jī)框圖二進(jìn)制相移鍵控BPSK35二進(jìn)制相移鍵控BPSK在分頻器后乘法器的輸出為二進(jìn)制相移鍵控BPSK在分頻器后乘法器的輸出為36二進(jìn)制相移鍵控BPSK對(duì)于A(yíng)WGN信道許多調(diào)制方案的比特差錯(cuò)概率用信號(hào)點(diǎn)之間距離的Q(x)函數(shù)來(lái)得到。從BPSK信號(hào)的分布可以得到，相鄰點(diǎn)的距離為?？梢宰C明比特差錯(cuò)概率為式中，Q(x)函數(shù)為二進(jìn)制相移鍵控BPSK對(duì)于A(yíng)WGN信道許多調(diào)制方案的比特差錯(cuò)37差分相移鍵控DPSK如果不是利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值，而是利用前后碼元之間相位的相對(duì)變化傳送數(shù)字信息，則這種方法稱(chēng)為相對(duì)調(diào)相。差分相移鍵控（DifferentialPhaseShiftKeying，DPSK）是一種最常用的相對(duì)調(diào)相方式，采用非相干的相移鍵控形式。它不需要在接收機(jī)端有相干參考信號(hào)，而且非相干接收機(jī)容易實(shí)現(xiàn)，價(jià)格便宜，因此在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中廣泛使用。差分相移鍵控DPSK如果不是利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值，而是利用38差分相移鍵控DPSK差分相移鍵控DPSK39差分相移鍵控DPSK圖6-3DPSK發(fā)射機(jī)框圖及相關(guān)波形差分相移鍵控DPSK40差分相移鍵控DPSK圖6-4DPSK接收機(jī)框圖及相關(guān)波形差分相移鍵控DPSK41差分相移鍵控DPSK當(dāng)有加性高斯白噪聲時(shí)，平均錯(cuò)誤概率如下所示為差分相移鍵控DPSK當(dāng)有加性高斯白噪聲時(shí)，平均錯(cuò)誤概率如下所42四相相移鍵控QPSK四進(jìn)制PSK，也稱(chēng)為正交相移鍵控（QPhaseShiftKeying，QPSK）是MPSK調(diào)制中最常用的一種調(diào)制方式。由于在一個(gè)調(diào)制碼元中傳輸兩個(gè)比特，四相相移鍵控（QPSK）比BPSK的帶寬效率高兩倍。四相相移鍵控QPSK四進(jìn)制PSK，也稱(chēng)為正交相移鍵控（Q43四相相移鍵控QPSK四相相移鍵控QPSK44四相相移鍵控QPSK圖6-5QPSK信號(hào)的星座圖四相相移鍵控QPSK45四相相移鍵控QPSK在加性高斯白噪聲（AWGN）信道中平均比特差錯(cuò)概率為四相相移鍵控QPSK在加性高斯白噪聲（AWGN）信道中平均46四相相移鍵控QPSK當(dāng)用矩形脈沖時(shí)，QESK信號(hào)可表示為四相相移鍵控QPSK當(dāng)用矩形脈沖時(shí)，QESK信號(hào)可表示為47四相相移鍵控QPSK圖6-6QPSK信號(hào)的功率譜密度四相相移鍵控QPSK48四相相移鍵控QPSK圖6-7QPSK發(fā)射機(jī)的框圖四相相移鍵控QPSK49四相相移鍵控QPSK圖6-8QPSK接收機(jī)框圖四相相移鍵控QPSK50交錯(cuò)QPSK（OQPSK）

QPSK調(diào)制信號(hào)具有恒包絡(luò)特性。然而，當(dāng)QPSK進(jìn)行波形成型時(shí)，它們將失去恒包絡(luò)的性質(zhì)。OQPSK先對(duì)輸入數(shù)據(jù)作串并變換，再使其錯(cuò)開(kāi)半個(gè)輸入碼元間隔，然后分別對(duì)兩個(gè)正交的載波進(jìn)行BPSK調(diào)制，最后疊加成為OQPSK信號(hào)。它們的波形如圖6-9所示。交錯(cuò)QPSK（OQPSK）QPSK調(diào)制信號(hào)具有恒包絡(luò)特性。51交錯(cuò)QPSK（OQPSK）圖6-9OQPSK調(diào)制器中同相和正交支路時(shí)間交錯(cuò)的波形圖交錯(cuò)QPSK（OQPSK）52交錯(cuò)QPSK（OQPSK）OQPSK信號(hào)一般可以寫(xiě)為使用矩形脈沖的QPSK信號(hào)的功率譜密度可以表示為交錯(cuò)QPSK（OQPSK）OQPSK信號(hào)一般可以寫(xiě)為53p/4四相相移鍵控QPSK/4QPSK相移調(diào)制是一種正交相移鍵控技術(shù)，從最大相位跳變來(lái)看，它是OQPSK和QPSK的折中。它可以相干解調(diào)，也可以非相干解調(diào)，以避免相干檢測(cè)中相干載波的相位模糊問(wèn)題。/4QPSK調(diào)制是限制碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻相位跳變量的另一種調(diào)制方式。p/4四相相移鍵控QPSK/4QPSK相移調(diào)制是54p/4四相相移鍵控QPSK圖6-10/4QPSK信號(hào)的星座圖p/4四相相移鍵控QPSK55p/4四相相移鍵控QPSK圖6-11一般p/4QPSK的發(fā)射機(jī)框圖p/4四相相移鍵控QPSK56p/4四相相移鍵控QPSKp/4四相相移鍵控QPSK57p/4四相相移鍵控QPSKp/4四相相移鍵控QPSK58p/4四相相移鍵控QPSKp/4四相相移鍵控QPSK59p/4四相相移鍵控QPSK如果是第k個(gè)數(shù)據(jù)比特的相位，解調(diào)器中同相和正交支路兩個(gè)低通濾波器的輸出wk和zk可表示為

wk

=

cos(k-) （6-34）

zk

=

sin(k-) （6-35）p/4四相相移鍵控QPSK如果60p/4四相相移鍵控QPSK圖6-12基帶差分檢測(cè)器的框圖p/4四相相移鍵控QPSK61p/4四相相移鍵控QPSKxk

=

wkwk-1

+

zkzk-1 （6-36）yk

=

zkwk?1?wkzk?1 （6-37）xk

=

cos(k?)cos(k?1?)+sin(k?)sin(k?1?)

=

cos(k?k-1) （6-38）yk

=

sin(k?)cos(k?1?)?cos(k?)sin(k?1?)

=

sin(k?k-1) （6-39）p/4四相相移鍵控QPSKxk

=

wkwk-1

+

zkz62p/4四相相移鍵控QPSKp/4四相相移鍵控QPSK63p/4四相相移鍵控QPSK圖6-13p/4QPSK的IF差分檢測(cè)器框圖p/4四相相移鍵控QPSK64p/4四相相移鍵控QPSK圖6-14用FM鑒頻檢測(cè)器解調(diào)p/4QPSK的框圖p/4四相相移鍵控QPSK65恒包絡(luò)調(diào)制二進(jìn)制頻移鍵控BFSK最小頻移鍵控MSK高斯濾波最小頻移鍵控GMSK恒包絡(luò)調(diào)制二進(jìn)制頻移鍵控BFSK66二進(jìn)制頻移鍵控BFSK

使用模擬信號(hào)調(diào)制的通信中，調(diào)頻和調(diào)相信號(hào)的幅度是不變的，通稱(chēng)為恒包絡(luò)調(diào)制。這種調(diào)制可用硬限幅的方法去除干擾引起的幅度變化，具有效高的抗干擾性能。恒包絡(luò)調(diào)制具有許多優(yōu)點(diǎn)，但它們占用的帶寬比線(xiàn)性調(diào)制大。二進(jìn)制頻移鍵控BFSK使用模擬信號(hào)調(diào)制的通信中，調(diào)頻和調(diào)相67二進(jìn)制頻移鍵控BFSK

二進(jìn)制頻移鍵控BFSK68二進(jìn)制頻移鍵控BFSK

FSK信號(hào)的傳輸帶寬BT，由Carson公式給出，即二進(jìn)制頻移鍵控BFSKFSK信號(hào)的傳輸帶寬BT，由Cars69二進(jìn)制頻移鍵控BFSK

圖6-15FSK信號(hào)的相干解調(diào)方框圖二進(jìn)制頻移鍵控BFSK70二進(jìn)制頻移鍵控BFSK

下面公式給出相干FSK接收機(jī)的誤碼率為二進(jìn)制頻移鍵控BFSK下面公式給出相干FSK接收機(jī)的誤碼率71二進(jìn)制頻移鍵控BFSK

圖6-16非相干FSK接收機(jī)的方框圖二進(jìn)制頻移鍵控BFSK72二進(jìn)制頻移鍵控BFSK使用非相干檢測(cè)時(shí)FSK系統(tǒng)的平均誤碼率為二進(jìn)制頻移鍵控BFSK使用非相干檢測(cè)時(shí)FSK系統(tǒng)的平均誤碼率73最小頻移鍵控MSK

連續(xù)相位調(diào)制（ContinuousPhaseModulation，CPM），它泛指載波相位以連續(xù)形式變化的一大類(lèi)頻率調(diào)制技術(shù)。最小頻移鍵控（MinimumShiftKeying，MSK）是一種特殊的連續(xù)相位的頻移鍵控（ContinuousPhaseFrequencyShiftKeying，CPFSK），其最大頻移為比特率的1/4。最小頻移鍵控MSK連續(xù)相位調(diào)制（ContinuousPh74最小頻移鍵控MSK (6-47) (6-48)

k?1(kTb)=k[(k?1)T] (6-49) (6-50)最小頻移鍵控MSK (6-47)75最小頻移鍵控MSK (6-51) (6-52) (6-53) (6-54)最小頻移鍵控MSK (6-51)76最小頻移鍵控MSK圖6-17MSK信號(hào)的功率譜密度與QPSK信號(hào)、OQPSK信號(hào)相比較最小頻移鍵控MSK77最小頻移鍵控MSK圖6-18MSK調(diào)制器的方框圖最小頻移鍵控MSK78最小頻移鍵控MSK圖6-19MSK信號(hào)相干解調(diào)電路的方框圖最小頻移鍵控MSK79最小頻移鍵控MSK最小頻移鍵控MSK80高斯濾波最小頻移鍵控GMSK斯濾波最小移頻鍵控（GaussianMinimumShiftKeying，GMSK）就是由MSK演變來(lái)的一種簡(jiǎn)單的二進(jìn)制調(diào)制方法。在GMSK中，將調(diào)制的不歸零（NRZ）數(shù)據(jù)通過(guò)預(yù)調(diào)制高斯脈沖成型濾波器，使其頻譜上的旁瓣水平進(jìn)一步降低?；鶐У母咚姑}沖成型技術(shù)平滑了MSK信號(hào)的相位曲線(xiàn)，因此使得發(fā)射頻譜上的旁瓣水平大大降低。高斯濾波最小頻移鍵控GMSK斯濾波最小移頻鍵控（Gauss81高斯濾波最小頻移鍵控GMSKGMSK預(yù)調(diào)制濾波器的脈沖響應(yīng)如下給出(6-57)傳輸函數(shù)為

HG(f)exp(?a

2f

2)(6-58)參數(shù)a與B和HG(

f

)的3dB帶寬有關(guān)，即(6-59)高斯濾波最小頻移鍵控GMSKGMSK預(yù)調(diào)制濾波器的脈沖響應(yīng)如82高斯濾波最小頻移鍵控GMSK圖6-20GMSK信號(hào)的不同BT值的射頻功率譜密度高斯濾波最小頻移鍵控GMSK83高斯濾波最小頻移鍵控GMSK高斯濾波最小頻移鍵控GMSK84高斯濾波最小頻移鍵控GMSK圖6-21采用直接FM構(gòu)成的GMSK發(fā)射機(jī)的框圖高斯濾波最小頻移鍵控GMSK85高斯濾波最小頻移鍵控GMSK圖6-22GMSK接收機(jī)方框圖高斯濾波最小頻移鍵控GMSK86“線(xiàn)性”和“恒包絡(luò)”相結(jié)合的調(diào)制技術(shù)基帶數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)RF載頻進(jìn)行恒包絡(luò)和相位（或頻率）的改變來(lái)傳輸。由于包絡(luò)和相位（頻率）有兩個(gè)自由取值，這樣調(diào)制技術(shù)可以將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成4個(gè)自由取值的或更多取值的調(diào)制信號(hào)。這樣的調(diào)制技術(shù)稱(chēng)為M進(jìn)制調(diào)制。如果它的相位和幅度可以進(jìn)一步改變的話(huà)，它就可以表示更多的信息。“線(xiàn)性”和“恒包絡(luò)”相結(jié)合的調(diào)制技術(shù)基帶數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)R87“線(xiàn)性”和“恒包絡(luò)”相結(jié)合的調(diào)制技術(shù)在M進(jìn)制的信號(hào)安排中，兩個(gè)或更多的比特位合成一組表示一個(gè)符號(hào)位，每一可能的符號(hào)位在一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)被發(fā)送出去。一般來(lái)說(shuō)，M的取值為2的倍數(shù)。依據(jù)改變的是幅度、相位還是載波的頻率，把調(diào)制技術(shù)分為MASK，MFSK，MFSK。能夠同時(shí)改變幅度和相位的載波調(diào)制技術(shù)是現(xiàn)在活躍的研究領(lǐng)域?！熬€(xiàn)性”和“恒包絡(luò)”相結(jié)合的調(diào)制技術(shù)在M進(jìn)制的信號(hào)安排中，88“線(xiàn)性”和“恒包絡(luò)”相結(jié)合的調(diào)制技術(shù)M維調(diào)制技術(shù)在帶限信道傳輸中特別具有吸引力，但由于定時(shí)抖動(dòng)（TimmingJitter）的影響限制了它的應(yīng)用。星座圖上由于相鄰信號(hào)的偏差而使信號(hào)的誤碼率增加。M維調(diào)制技術(shù)是以犧牲功率來(lái)獲得較高的帶寬效率?！熬€(xiàn)性”和“恒包絡(luò)”相結(jié)合的調(diào)制技術(shù)M維調(diào)制技術(shù)在帶限信道89“線(xiàn)性”和“恒包絡(luò)”相結(jié)合的調(diào)制技術(shù)M維相移鍵控（MPSK）M維正交振幅調(diào)制（QAM）M維頻移鍵控（MFSK）“線(xiàn)性”和“恒包絡(luò)”相結(jié)合的調(diào)制技術(shù)M維相移鍵控（MPSK90M維相移鍵控（MPSK）1．MPSK調(diào)制方式概述在M維相移鍵控（MPSK）中，載波頻率承載有M個(gè)可能值，，此處M為自然數(shù)。調(diào)制波形表達(dá)如下：(6-62)M維相移鍵控（MPSK）1．MPSK調(diào)制方式概述911．MPSK調(diào)制方式概述(6-63)(6-64)1．MPSK調(diào)制方式概述921．MPSK調(diào)制方式概述(6-65)(6-66)1．MPSK調(diào)制方式概述931．MPSK調(diào)制方式概述圖6-23MPSK星座分布圖（M=8）1．MPSK調(diào)制方式概述942．MPSK的功率譜分布MPSK的功率譜密度（PSD）可以按照BPSK和QPSK相同的方式來(lái)表示。2．MPSK的功率譜分布MPSK的功率譜密度（PSD）可以按952．MPSK的功率譜分布2．MPSK的功率譜分布962．MPSK的功率譜分布圖6-24MPSK功率譜密度(M

=

8，16)2．MPSK的功率譜分布97M維正交振幅調(diào)制（QAM）M維正交振幅調(diào)制（QAM）信號(hào)的一般形式如下式表示：M維正交振幅調(diào)制（QAM）M維正交振幅調(diào)制（QAM）信號(hào)的98M維正交振幅調(diào)制（QAM）圖6-2516維QAM星座圖M維正交振幅調(diào)制（QAM）99M維正交振幅調(diào)制（QAM）M維正交振幅調(diào)制（QAM）100M維頻移鍵控（MFSK）在MFSK調(diào)制中，傳輸信號(hào)si(t)定義如下(6-77)M維頻移鍵控（MFSK）在MFSK調(diào)制中，傳輸信號(hào)si(t101M維頻移鍵控（MFSK）M維頻移鍵控（MFSK）102第6講移動(dòng)通信數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)第6講移動(dòng)通信數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)103本章提示調(diào)制在通信系統(tǒng)中占有十分重要的地位。只有經(jīng)過(guò)調(diào)制才能將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)，而且它對(duì)系統(tǒng)的傳輸有效性和可靠性都有很大的影響。本章提示調(diào)制在通信系統(tǒng)中占有十分重要的地位。只有經(jīng)過(guò)調(diào)104本章提示數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制本質(zhì)上并無(wú)什么不同，它們同屬正弦載波調(diào)制。但是數(shù)字調(diào)制的調(diào)制信號(hào)為數(shù)字型正弦調(diào)制，模擬調(diào)制的調(diào)制信號(hào)為連續(xù)性正弦調(diào)制。模擬信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是信噪比（S/N），數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是誤碼率（Pe）。本章提示數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制本質(zhì)上并無(wú)什么不同，它們同屬105本章提示第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)采用模擬調(diào)頻（FM）傳輸模擬語(yǔ)音，其信令系統(tǒng)采用2FSK數(shù)字調(diào)制。第二代數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)傳送的語(yǔ)音都是經(jīng)過(guò)語(yǔ)音編碼和信道編碼后的數(shù)字信號(hào)。GSM系統(tǒng)采用GMSK調(diào)制；IS-54系統(tǒng)和PDC系統(tǒng)采用/4DQPSK調(diào)制；IS-95CDMA系統(tǒng)的下行信道采用QPSK調(diào)制，其上行信道采用OQPSK調(diào)制。第三代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)將采用MQAM、QPSK或8PSK調(diào)制。本章提示第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)采用模擬調(diào)頻（FM）傳輸106本章提示由于帶寬資源受限，目前所有調(diào)制技術(shù)的主要設(shè)計(jì)思路就是最小化傳輸帶寬。相反，擴(kuò)頻技術(shù)使用的傳輸帶寬比要求的最小信號(hào)帶寬大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。在多用戶(hù)系統(tǒng)中，事實(shí)證明在多址干擾（MAI）環(huán)境，擴(kuò)頻系統(tǒng)能獲得很高的頻譜利用率。本章提示由于帶寬資源受限，目前所有調(diào)制技術(shù)的主要設(shè)計(jì)思107移動(dòng)通信數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)1數(shù)字調(diào)制技術(shù)概述2線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)3恒包絡(luò)調(diào)制4“線(xiàn)性”和“恒包絡(luò)”相結(jié)合的調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)1數(shù)字調(diào)制技術(shù)概述108數(shù)字調(diào)制技術(shù)概述1.1概述1.2數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)1.3蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求1.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類(lèi)1.5調(diào)幅與調(diào)頻數(shù)字調(diào)制技術(shù)概述1.1概述109概述第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)。超大規(guī)模集成電路（VLSI）和數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)的發(fā)展使數(shù)字調(diào)制比模擬調(diào)制的傳輸系統(tǒng)更有效。概述第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)。110概述新的多用途可編程數(shù)字信號(hào)處理器使得數(shù)字調(diào)制器和解調(diào)器完全用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)成為可能。嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)方法可以在不重新設(shè)計(jì)和替換調(diào)制解調(diào)器的情況下改變和提高性能。概述新的多用途可編程數(shù)字信號(hào)處理器使得數(shù)字調(diào)制器和解調(diào)器完全111數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)通常通過(guò)功率有效性p（PowerEfficiency）和帶寬有效性B（SpectralEfficiency）來(lái)反映。功率有效性p是反映調(diào)制技術(shù)在低功率電平情況下保證系統(tǒng)誤碼性能的能力，可表述成每比特的信號(hào)能量與噪聲功率譜密度之比：數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)通常通過(guò)功率有效性p112數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)帶寬有效性B是反映調(diào)制技術(shù)在一定的頻帶內(nèi)數(shù)字有效性的能力，可表述成在給定帶寬條件下每赫茲的數(shù)據(jù)通過(guò)率：式中，R為數(shù)據(jù)速率（bit/s），B為調(diào)制射頻RF信號(hào)占用帶寬。數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)帶寬有效性B是反映調(diào)制技術(shù)在一定的頻帶113數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)由香農(nóng)（Shannon）定理：式中，C為信道容量；B為RF帶寬；S/N為信噪比；lb

=

loga，a

=

2。數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)由香農(nóng)（Shannon）定理：114數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)因此，最大可能的BMAX為對(duì)于GSM，B

=

200kHz，SNR

=

10dB，則有：

數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)因此，最大可能的BMAX為115蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求（1）數(shù)字調(diào)制的目的在于使傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)與信道特性相匹配（2）移動(dòng)通信要求采用恒定包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù)（3）應(yīng)盡量避免幅-相轉(zhuǎn)換（AM/PM）效應(yīng)（4）要求調(diào)制方式具有最小的功率譜占用率蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求（1）數(shù)字調(diào)制的目的在116蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求具體地講，數(shù)字調(diào)制技術(shù)應(yīng)滿(mǎn)足如下特性要求。①為了在衰落條件下獲得所要求的誤碼率（BER），需要好的載噪比（C/N）和載干比（C/I）性能。②所用的調(diào)制技術(shù)必須在規(guī)定頻帶約束內(nèi)提供高的傳輸速率，以（bit/s）/Hz為單位。蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求具體地講，數(shù)字調(diào)制技術(shù)117蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求③應(yīng)使用高效率的功率放大器，而帶外輻射又必須降低到所需要求（?60dB～?70dB）。④恒定包絡(luò)。⑤低的載波與同道干擾（CCI）的功率比。⑥必須滿(mǎn)足快速的比特再同步要求。⑦成本低，易于實(shí)現(xiàn)。蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求③應(yīng)使用高效率的功率118數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類(lèi)1．線(xiàn)性調(diào)制方式線(xiàn)性調(diào)制方式主要有各種進(jìn)制的PSK和QAM等。線(xiàn)性調(diào)制方式又可分為頻譜高效和功率高效兩種。數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類(lèi)1．線(xiàn)性調(diào)制方式1192．恒定包絡(luò)調(diào)制方式恒定包絡(luò)調(diào)制方式主要有MSK、TFM（平滑調(diào)頻）、GMSK等。其主要特點(diǎn)是這種已調(diào)信號(hào)具有包絡(luò)幅度不變的特性，其發(fā)射功率放大器可以在非線(xiàn)性狀態(tài)而不引起嚴(yán)重的頻譜擴(kuò)散。2．恒定包絡(luò)調(diào)制方式恒定包絡(luò)調(diào)制方式主要有MSK、TFM（平120調(diào)幅與調(diào)頻早期VHF頻段的移動(dòng)通信電臺(tái)大都采用調(diào)幅方式，調(diào)幅是使高頻載波信號(hào)的振幅隨調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)變化而變化，其所占帶寬為BAM＝2fm，其中，fm為音頻的上限頻率。由于信道快衰落會(huì)使模擬調(diào)幅產(chǎn)生附加調(diào)幅而造成失真，目前已很少采用。調(diào)幅與調(diào)頻早期VHF頻段的移動(dòng)通信電臺(tái)大都采用調(diào)幅方式，調(diào)121調(diào)幅與調(diào)頻調(diào)頻是使高頻載波信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，其所占帶寬為B

FM＝2(FM＋1)fm，其中FM為調(diào)制指數(shù)。調(diào)頻制在抗干擾和抗衰落性能方面優(yōu)于調(diào)幅制，對(duì)非線(xiàn)性信道有較好的適應(yīng)性，世界上幾乎所有的模擬蜂窩系統(tǒng)都使用頻率調(diào)制。調(diào)幅與調(diào)頻調(diào)頻是使高頻載波信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)的變化而122調(diào)幅與調(diào)頻單邊帶調(diào)幅系統(tǒng)只傳送一個(gè)邊帶（上邊帶或下邊帶），所以只占用普通調(diào)幅系統(tǒng)一半的帶寬。單邊帶調(diào)制技術(shù)對(duì)移動(dòng)通信還是非常有用的。隨著數(shù)字信號(hào)處理、大規(guī)模集成電路和新的單邊帶調(diào)制解調(diào)技術(shù)的進(jìn)步，單邊帶在移動(dòng)通信中的應(yīng)用還是很有前途的。調(diào)幅與調(diào)頻單邊帶調(diào)幅系統(tǒng)只傳送一個(gè)邊帶（上邊帶或下邊帶），123線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)理想的調(diào)制方式能夠使通信在低信噪比情況下提供低的誤碼率，在多徑和衰落條件下很好地工作，并且容易實(shí)現(xiàn)。一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)的分類(lèi)方法將它分為線(xiàn)性和非線(xiàn)性?xún)深?lèi)。在線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)中，傳輸信號(hào)的幅度s(t)隨調(diào)制數(shù)字信號(hào)m(t)的變化而呈線(xiàn)性變化。線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)理想的調(diào)制方式能夠使通信在低信噪比情況下提124線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)帶寬效率較高，所以非常適用于在有窄頻帶要求下，需要容納越來(lái)越多用戶(hù)的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。在線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制方案中，傳輸信號(hào)s(t)可表示為線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制方案有很好的頻譜效率，但傳輸中必須使用功率效率低的RF放大器。

線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)帶寬效率較高，所以非常適用125線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)二進(jìn)制幅度鍵控BASK二進(jìn)制相移鍵控BPSK差分相移鍵控DPSK四相相移鍵控QPSK交錯(cuò)QPSK（OQPSK）p/4四相相移鍵控QPSK

線(xiàn)性數(shù)字調(diào)制技術(shù)二進(jìn)制幅度鍵控BASK126二進(jìn)制幅度鍵控BASK

在二進(jìn)制幅度鍵控（BinaryAmplitudeShiftKeying，BASK）中，載波幅度隨二進(jìn)制調(diào)制信號(hào)序列｛m(t)｝變化，即幅度鍵控（AmplitudeShiftKeying，ASK）信號(hào)可表示為二進(jìn)制幅度鍵控BASK在二進(jìn)制幅度鍵控（BinaryAm127二進(jìn)制幅度鍵控BASK二進(jìn)制幅度鍵控BASK128二進(jìn)制相移鍵控BPSK

在二進(jìn)制相移鍵控（BinaryPhaseShiftKeying，BPSK）中，幅度恒定的載波信號(hào)根據(jù)信號(hào)兩種可能m1和m2（即二進(jìn)制數(shù)1和0）的改變而在兩個(gè)不同的相位間切換。通常這兩個(gè)相位相差180°。由于只有兩個(gè)相位，所以二進(jìn)制相移鍵控也稱(chēng)二相相移鍵控。二進(jìn)制相移鍵控BPSK在二進(jìn)制相移鍵控（BinaryPh129二進(jìn)制相移鍵控BPSK

如果正弦載波的幅度為Ac，每比特能量Eb

=

，則傳輸?shù)腂PSK信號(hào)為（6-10）

二進(jìn)制相移鍵控BPSK如果正弦載波的幅度為Ac，每比特130二進(jìn)制相移鍵控BPSK

出于方便，經(jīng)常將m1和m2一般化為?。?或?1的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)m(t)，它呈現(xiàn)兩種可能的脈沖波形中的一種。這樣傳輸信號(hào)可表示為二進(jìn)制相移鍵控BPSK出于方便，經(jīng)常將m1和m2一般化為取131二進(jìn)制相移鍵控BPSK

BPSK信號(hào)使用雙極性基帶數(shù)據(jù)波形m(t)，并可以表示為如下的復(fù)包絡(luò)形式式中，gBPSK(t)是信號(hào)的復(fù)包絡(luò)二進(jìn)制相移鍵控BPSKBPSK信號(hào)使用雙極性基帶數(shù)據(jù)波形m132二進(jìn)制相移鍵控BPSK

可以證明，復(fù)包絡(luò)的功率譜密度（PowerSpectralDensity，PSD）為二進(jìn)制相移鍵控BPSK可以證明，復(fù)包絡(luò)的功率譜密度（Pow133二進(jìn)制相移鍵控BPSK因此，RF上BPSK信號(hào)的PSD為二進(jìn)制相移鍵控BPSK因此，RF上BPSK信號(hào)的PSD為134二進(jìn)制相移鍵控BPSK圖6-1BPSK信號(hào)的功率譜密度（PSD）二進(jìn)制相移鍵控BPSK135二進(jìn)制相移鍵控BPSK如果沒(méi)有信道引入的多徑損耗，接收的BPSK信號(hào)可表示為二進(jìn)制相移鍵控BPSK如果沒(méi)有信道引入的多徑損耗，接收的BP136二進(jìn)制相移鍵控BPSK圖6-2帶載波恢復(fù)電路的BPSK接收機(jī)框圖二進(jìn)制相移鍵控BPSK137二進(jìn)制相移鍵控BPSK在分頻器后乘法器的輸出為二進(jìn)制相移鍵控BPSK在分頻器后乘法器的輸出為138二進(jìn)制相移鍵控BPSK對(duì)于A(yíng)WGN信道許多調(diào)制方案的比特差錯(cuò)概率用信號(hào)點(diǎn)之間距離的Q(x)函數(shù)來(lái)得到。從BPSK信號(hào)的分布可以得到，相鄰點(diǎn)的距離為。可以證明比特差錯(cuò)概率為式中，Q(x)函數(shù)為二進(jìn)制相移鍵控BPSK對(duì)于A(yíng)WGN信道許多調(diào)制方案的比特差錯(cuò)139差分相移鍵控DPSK如果不是利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值，而是利用前后碼元之間相位的相對(duì)變化傳送數(shù)字信息，則這種方法稱(chēng)為相對(duì)調(diào)相。差分相移鍵控（DifferentialPhaseShiftKeying，DPSK）是一種最常用的相對(duì)調(diào)相方式，采用非相干的相移鍵控形式。它不需要在接收機(jī)端有相干參考信號(hào)，而且非相干接收機(jī)容易實(shí)現(xiàn)，價(jià)格便宜，因此在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中廣泛使用。差分相移鍵控DPSK如果不是利用載波相位的絕對(duì)數(shù)值，而是利用140差分相移鍵控DPSK差分相移鍵控DPSK141差分相移鍵控DPSK圖6-3DPSK發(fā)射機(jī)框圖及相關(guān)波形差分相移鍵控DPSK142差分相移鍵控DPSK圖6-4DPSK接收機(jī)框圖及相關(guān)波形差分相移鍵控DPSK143差分相移鍵控DPSK當(dāng)有加性高斯白噪聲時(shí)，平均錯(cuò)誤概率如下所示為差分相移鍵控DPSK當(dāng)有加性高斯白噪聲時(shí)，平均錯(cuò)誤概率如下所144四相相移鍵控QPSK四進(jìn)制PSK，也稱(chēng)為正交相移鍵控（QPhaseShiftKeying，QPSK）是MPSK調(diào)制中最常用的一種調(diào)制方式。由于在一個(gè)調(diào)制碼元中傳輸兩個(gè)比特，四相相移鍵控（QPSK）比BPSK的帶寬效率高兩倍。四相相移鍵控QPSK四進(jìn)制PSK，也稱(chēng)為正交相移鍵控（Q145四相相移鍵控QPSK四相相移鍵控QPSK146四相相移鍵控QPSK圖6-5QPSK信號(hào)的星座圖四相相移鍵控QPSK147四相相移鍵控QPSK在加性高斯白噪聲（AWGN）信道中平均比特差錯(cuò)概率為四相相移鍵控QPSK在加性高斯白噪聲（AWGN）信道中平均148四相相移鍵控QPSK當(dāng)用矩形脈沖時(shí)，QESK信號(hào)可表示為四相相移鍵控QPSK當(dāng)用矩形脈沖時(shí)，QESK信號(hào)可表示為149四相相移鍵控QPSK圖6-6QPSK信號(hào)的功率譜密度四相相移鍵控QPSK150四相相移鍵控QPSK圖6-7QPSK發(fā)射機(jī)的框圖四相相移鍵控QPSK151四相相移鍵控QPSK圖6-8QPSK接收機(jī)框圖四相相移鍵控QPSK152交錯(cuò)QPSK（OQPSK）

QPSK調(diào)制信號(hào)具有恒包絡(luò)特性。然而，當(dāng)QPSK進(jìn)行波形成型時(shí)，它們將失去恒包絡(luò)的性質(zhì)。OQPSK先對(duì)輸入數(shù)據(jù)作串并變換，再使其錯(cuò)開(kāi)半個(gè)輸入碼元間隔，然后分別對(duì)兩個(gè)正交的載波進(jìn)行BPSK調(diào)制，最后疊加成為OQPSK信號(hào)。它們的波形如圖6-9所示。交錯(cuò)QPSK（OQPSK）QPSK調(diào)制信號(hào)具有恒包絡(luò)特性。153交錯(cuò)QPSK（OQPSK）圖6-9OQPSK調(diào)制器中同相和正交支路時(shí)間交錯(cuò)的波形圖交錯(cuò)QPSK（OQPSK）154交錯(cuò)QPSK（OQPSK）OQPSK信號(hào)一般可以寫(xiě)為使用矩形脈沖的QPSK信號(hào)的功率譜密度可以表示為交錯(cuò)QPSK（OQPSK）OQPSK信號(hào)一般可以寫(xiě)為155p/4四相相移鍵控QPSK/4QPSK相移調(diào)制是一種正交相移鍵控技術(shù)，從最大相位跳變來(lái)看，它是OQPSK和QPSK的折中。它可以相干解調(diào)，也可以非相干解調(diào)，以避免相干檢測(cè)中相干載波的相位模糊問(wèn)題。/4QPSK調(diào)制是限制碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻相位跳變量的另一種調(diào)制方式。p/4四相相移鍵控QPSK/4QPSK相移調(diào)制是156p/4四相相移鍵控QPSK圖6-10/4QPSK信號(hào)的星座圖p/4四相相移鍵控QPSK157p/4四相相移鍵控QPSK圖6-11一般p/4QPSK的發(fā)射機(jī)框圖p/4四相相移鍵控QPSK158p/4四相相移鍵控QPSKp/4四相相移鍵控QPSK159p/4四相相移鍵控QPSKp/4四相相移鍵控QPSK160p/4四相相移鍵控QPSKp/4四相相移鍵控QPSK161p/4四相相移鍵控QPSK如果是第k個(gè)數(shù)據(jù)比特的相位，解調(diào)器中同相和正交支路兩個(gè)低通濾波器的輸出wk和zk可表示為

wk

=

cos(k-) （6-34）

zk

=

sin(k-) （6-35）p/4四相相移鍵控QPSK如果162p/4四相相移鍵控QPSK圖6-12基帶差分檢測(cè)器的框圖p/4四相相移鍵控QPSK163p/4四相相移鍵控QPSKxk

=

wkwk-1

+

zkzk-1 （6-36）yk

=

zkwk?1?wkzk?1 （6-37）xk

=

cos(k?)cos(k?1?)+sin(k?)sin(k?1?)

=

cos(k?k-1) （6-38）yk

=

sin(k?)cos(k?1?)?cos(k?)sin(k?1?)

=

sin(k?k-1) （6-39）p/4四相相移鍵控QPSKxk

=

wkwk-1

+

zkz164p/4四相相移鍵控QPSKp/4四相相移鍵控QPSK165p/4四相相移鍵控QPSK圖6-13p/4QPSK的IF差分檢測(cè)器框圖p/4四相相移鍵控QPSK166p/4四相相移鍵控QPSK圖6-14用FM鑒頻檢測(cè)器解調(diào)p/4QPSK的框圖p/4四相相移鍵控QPSK167恒包絡(luò)調(diào)制二進(jìn)制頻移鍵控BFSK最小頻移鍵控MSK高斯濾波最小頻移鍵控GMSK恒包絡(luò)調(diào)制二進(jìn)制頻移鍵控BFSK168二進(jìn)制頻移鍵控BFSK

使用模擬信號(hào)調(diào)制的通信中，調(diào)頻和調(diào)相信號(hào)的幅度是不變的，通稱(chēng)為恒包絡(luò)調(diào)制。這種調(diào)制可用硬限幅的方法去除干擾引起的幅度變化，具有效高的抗干擾性能。恒包絡(luò)調(diào)制具有許多優(yōu)點(diǎn)，但它們占用的帶寬比線(xiàn)性調(diào)制大。二進(jìn)制頻移鍵控BFSK使用模擬信號(hào)調(diào)制的通信中，調(diào)頻和調(diào)相169二進(jìn)制頻移鍵控BFSK

二進(jìn)制頻移鍵控BFSK170二進(jìn)制頻移鍵控BFSK

FSK信號(hào)的傳輸帶寬BT，由Carson公式給出，即二進(jìn)制頻移鍵控BFSKFSK信號(hào)的傳輸帶寬BT，由Cars171二進(jìn)制頻移鍵控BFSK

圖6-15FSK信號(hào)的相干解調(diào)方框圖二進(jìn)制頻移鍵控BFSK172二進(jìn)制頻移鍵控BFSK

下面公式給出相干FSK接收機(jī)的誤碼率為二進(jìn)制頻移鍵控BFSK下面公式給出相干FSK接收機(jī)的誤碼率173二進(jìn)制頻移鍵控BFSK

圖6-16非相干FSK接收機(jī)的方框圖二進(jìn)制頻移鍵控BFSK174二進(jìn)制頻移鍵控BFSK使用非相干檢測(cè)時(shí)FSK系統(tǒng)的平均誤碼率為二進(jìn)制頻移鍵控BFSK使用非相干檢測(cè)時(shí)FSK系統(tǒng)的平均誤碼率175最小頻移鍵控MSK

連續(xù)相位調(diào)制（ContinuousPhaseModulation，CPM），它泛指載波相位以連續(xù)形式變化的一大類(lèi)頻率調(diào)制技術(shù)。最小頻移鍵控（MinimumShiftKeying，MSK）是一種特殊的連續(xù)相位的頻移鍵控（ContinuousPhaseFrequencyShiftKeying，CPFSK），其最大頻移為比特率的1/4。最小頻移鍵控MSK連續(xù)相位調(diào)制（ContinuousPh176最小頻移鍵控MSK (6-47) (6-48)

k?1(kTb)=k[(k?1)T] (6-49) (6-50)最小頻移鍵控MSK (6-47)177最小頻移鍵控MSK (6-51) (6-52) (6-53) (6-54)最小頻移鍵控MSK (6-51)178最小頻移鍵控MSK圖6-17MSK信號(hào)的功率譜密度與QPSK信號(hào)、OQPSK信號(hào)相比較最小頻移鍵控MSK179最小頻移鍵控MSK圖6-18MSK調(diào)制器的方框圖最小頻移鍵控MSK180最小頻移鍵控MSK圖6-19MSK信號(hào)相干解調(diào)電路的方框圖最小頻移鍵控MSK181最小頻移鍵控MSK最小頻移鍵控MSK182高斯濾波最小頻移鍵控GMSK斯濾波最小移頻鍵控（GaussianMinimumShiftKeying，GMSK）就是由MSK演變來(lái)的一種簡(jiǎn)單的二進(jìn)制調(diào)制方法。在GMSK中，將調(diào)制的不歸零（NRZ）數(shù)據(jù)通過(guò)預(yù)調(diào)制高斯脈沖成型濾波器，使其頻譜上的旁瓣水平進(jìn)一步降低?；鶐У母咚姑}沖成型技術(shù)平滑了MSK信號(hào)的相位曲線(xiàn)，因此使得發(fā)射頻譜上的旁瓣水平大大降低。高斯濾波最小頻移鍵控GMSK斯濾波最小移頻鍵控（Gauss183高斯濾波最小頻移鍵控GMSKGMSK預(yù)調(diào)制濾波器的脈沖響應(yīng)如下給出(6-57)傳輸函數(shù)為

HG(f)exp(?a

2f

2)