移動(dòng)通信第4章移動(dòng)通信中的數(shù)字調(diào)制與解調(diào)

移動(dòng)通信系統(tǒng)第四章

移動(dòng)通信中的數(shù)字調(diào)制與解調(diào)第一頁，共九十六頁。第四章移動(dòng)通信中的數(shù)字調(diào)制與解調(diào)主要內(nèi)容：4.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型4.2調(diào)制/解調(diào)的基本功能及要求4.3調(diào)制技術(shù)的基本概念4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)4.6MQAM調(diào)制技術(shù)第二頁，共九十六頁。從本章開始討論傳輸?shù)目煽啃詥栴}，首先討論調(diào)制理論。無線通信系統(tǒng)中所采用的調(diào)制方式多種多樣，從信號(hào)空間觀點(diǎn)來看，調(diào)制實(shí)質(zhì)上是從信道編碼后的漢明空間到調(diào)制后的歐式空間的映射或變換。這種映射可以是一維的，也可以是多維的，既可以采用線性變換方式，也可以采用非線性變換方式。本章我們首先引入移動(dòng)通信系統(tǒng)的抽象物理模型，然后從最基本的調(diào)制方式開始討論，主要側(cè)重各種調(diào)制方式接收性能。同時(shí)結(jié)合各類無線通信系統(tǒng)，介紹實(shí)際應(yīng)用的調(diào)制方式的基本原理和結(jié)構(gòu)。本章概述第三頁，共九十六頁。在第二章中已較詳細(xì)分析過移動(dòng)信道，本章將針對傳輸?shù)目煽啃詥栴}將移動(dòng)信道與移動(dòng)通信系統(tǒng)結(jié)合起來分析。在移動(dòng)通信中，若假設(shè)信道滿足線性時(shí)變特性，則根據(jù)不同環(huán)境條件，可以給出下列各種類型的移動(dòng)信道與相應(yīng)的移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型，如下圖所示。4.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型第四頁，共九十六頁。4.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型第五頁，共九十六頁。4.1.1理想加性白色高斯(AWGN)信道C1移動(dòng)通信中研究AWGN信道C1的目的首先是由于它是最基本、最典型的恒參信道，是研究各類信道的基礎(chǔ)。實(shí)際的移動(dòng)信道是具有時(shí)變特性的衰落信道，提高這類信道的抗干擾性能主要有兩類方法：一類是適應(yīng)信道，另一類是改造信道，即將信道改造為AWGN信道，這時(shí)研究AWGN信道將更具有實(shí)際的現(xiàn)實(shí)意義。4.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型第六頁，共九十六頁。4.1.2慢衰落信道C2慢衰落信道是移動(dòng)信道區(qū)別于有線信道的最基本特征之一，也是進(jìn)一步研究各類快衰落信道的基礎(chǔ)，慢衰落信道在有些文獻(xiàn)資料中稱為中尺度或大尺度傳播特性，或稱為陰影衰落信道?？朔ヂ涞牡湫头椒ㄓ校?.對電路交換型業(yè)務(wù)，特別是話音業(yè)務(wù)采用功率控制技術(shù)；2.對于分組交換型業(yè)務(wù)，特別是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用自適應(yīng)速率控制更合適。這些自適應(yīng)技術(shù)將在后面章節(jié)進(jìn)一步討論。

4.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型第七頁，共九十六頁。4.1.3快衰落信道C3、C4、C5與C6在一些文獻(xiàn)中稱它們?yōu)樾〕叨葌鞑ヌ匦?，快衰落是移?dòng)信道最主要的特色，它又可劃分為下列三類：由于傳播中天線的角度擴(kuò)散引起的空間選擇性衰落，其最有效的克服手段是空間分集和其他空域處理方法。由于多徑傳播帶來的時(shí)延功率譜的擴(kuò)散而引起的頻率選擇性衰落，它在寬帶移動(dòng)通信中尤為突出。其最有效的克服方法有自適應(yīng)均衡、正交頻分復(fù)用(OFDM)以及CDMA系統(tǒng)中的RAKE接收等。4.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型第八頁，共九十六頁。由于用戶高速移動(dòng)導(dǎo)致的頻率擴(kuò)散即多普勒頻移而引入的時(shí)間選擇性衰落。它在高速移動(dòng)通信尤為突出。其最為有效的克服方法是采用信道交織編碼技術(shù)，即將由于時(shí)間選擇性衰落帶來的大突發(fā)性差錯(cuò)信道改造成為近似性獨(dú)立差錯(cuò)的AWGN信道。上述三種類型快衰落信道可分別記為C3、C4和C5。若將時(shí)變因子單獨(dú)予以考慮，則可以構(gòu)成時(shí)變信道C6。但是實(shí)際的衰落信道特別是各類快衰落信道與時(shí)變特性是密不可分的，僅有慢衰落的時(shí)變特性可以單獨(dú)予以考慮。4.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型第九頁，共九十六頁。上述移動(dòng)信道物理模型在實(shí)際問題中往往可以分為下列四個(gè)常用信道模型：1.AWGN信道模型：這類信道服從正態(tài)(高斯)分布，是恒參信道中最典型的一類信道，也是無線移動(dòng)信道等變參信道的努力方向和改造目標(biāo)。2.陰影衰落信道：這類信道服從對數(shù)正態(tài)分布，它是研究無線移動(dòng)信道的基礎(chǔ)。4.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型第十頁，共九十六頁。3.平坦瑞利衰落信道：這類信道遵從瑞利或者萊斯(RICE)分布，它是最典型的寬帶無線和慢速移動(dòng)的信道模型。在快衰落中僅僅考慮了空間選擇性衰落。4.選擇性衰落信道，它可分為兩類：頻率選擇性衰落信道，是典型的寬帶無線和慢速移動(dòng)信道；時(shí)間選擇性衰落信道，是典型的寬帶無線和快速移動(dòng)信道。4.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型第十一頁，共九十六頁。4.1.4傳輸可靠性與抗衰落、抗干擾性能無線傳輸主要取決于下列因素。1.傳播損耗：它是從宏觀角度考慮的損耗，又稱為大尺度特性。傳播損耗是隨著距離的2－5.5次方迅速衰減，即正比于，克服它唯一的方法是增大設(shè)備能力。比如增加發(fā)射功率，提高發(fā)送與接收天線增益等。2.慢衰落：它是由陰影效應(yīng)引起的，又稱為中尺度特性，慢衰落若按90％出現(xiàn)概率，考慮其深度大約在10dB左右，對于IS-95其特性可參見下圖。這20dB就是抗慢衰落的潛在增益4.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型第十二頁，共九十六頁。4.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型第十三頁，共九十六頁。3.快衰落：它是由傳輸中角度域、時(shí)間域和頻率域擴(kuò)散而引起的空間、頻率與時(shí)間選擇性衰落，又稱為小尺度特性。①空間選擇性衰落：它是由系統(tǒng)及傳輸中角度擴(kuò)散而引起的通常又稱為平坦瑞利衰落。②頻率選擇性衰落，它是由傳播中多徑產(chǎn)生的時(shí)延功率譜即時(shí)域的擴(kuò)散而引入的。③時(shí)間選擇性衰落：它是由移動(dòng)終端快速運(yùn)動(dòng)形成的多普勒頻移即頻域擴(kuò)散而引入的以上三類快衰落及其抵抗措施與性能的改善而帶來的抗衰落潛在增益和抗白噪聲干擾的潛在增益可以利用下圖表示。4.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型第十四頁，共九十六頁。4.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型第十五頁，共九十六頁。從以上圖形及分析，可以很清楚看出，移動(dòng)信道是一類極其惡劣的信道，必須采用多種抗衰落、抗干擾手段才能保證可靠通信，從總體上來看：1.對付大尺度傳播特性所引入的衰耗僅能靠增大設(shè)備能力的方式。2.對付中尺度傳播特性的慢衰落，一般可采用鏈路自適應(yīng)方式，對于電路型話音業(yè)務(wù)適宜于采用功控的功率自適應(yīng)；而對于分組型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)則適宜于鏈路的速率自適應(yīng)。其潛在抗慢衰落能力(增益)大約為20dB左右。4.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型第十六頁，共九十六頁。對付小尺度的快衰落，對于克服平坦瑞利(空間選擇性)衰落，當(dāng)誤碼率時(shí)，大約有28dB左右的潛在增益；若再進(jìn)一步考慮頻率與時(shí)間選擇性衰落，當(dāng)時(shí)，有大于30dB潛在增益。對于加性白噪聲(AWGN)信道，其調(diào)制潛在增益大約為6dB；其編碼潛在增益，對于時(shí)，大約為7-8dB左右。上述分析對于慢時(shí)變信道，必需依據(jù)準(zhǔn)確的信道估計(jì)技術(shù)，否則將帶來一定程度的性能惡化。4.1移動(dòng)通信系統(tǒng)的物理模型第十七頁，共九十六頁。4.2.1調(diào)制/解調(diào)的基本功能目的：使傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)與信道特性相匹配，便于有效的進(jìn)行信息傳輸。載荷信息、頻譜搬移抗干擾特性頻譜有效性調(diào)制信號(hào)的峰平比

4.2調(diào)制解調(diào)的基本功能及要求

第十八頁，共九十六頁。綜上所述，在移動(dòng)通信中對調(diào)制方式的選擇主要有三條：首先是可靠性，即抗干擾性能，選擇具有低誤比特率的調(diào)制方式，其功率譜密度集中于主瓣內(nèi)；其次是有效性，它主要體現(xiàn)在選取頻譜有效的調(diào)制方式上，特別是多進(jìn)制調(diào)制；第三是工程上易于實(shí)現(xiàn)，它主要體現(xiàn)在恒包絡(luò)與峰平比的性能上。

4.2調(diào)制解調(diào)的基本功能及要求

第十九頁，共九十六頁。4.2.2數(shù)字式調(diào)制/解調(diào)的分類數(shù)字式調(diào)制是將數(shù)字基帶信號(hào)通過正弦型載波相乘調(diào)制成為帶通型信號(hào)。其基本原理是用數(shù)字基帶信號(hào)0與1去控制正弦載波中的一個(gè)參量。若控制載波的幅度，稱為振幅鍵控ASK；若控制載波的頻率，稱為頻率鍵控FSK；若控制載波的相位，稱為相位鍵控PSK；若聯(lián)合控制載波的幅度與相位兩個(gè)參量，稱為幅度相位調(diào)制，又稱為正交幅度調(diào)制QAM。4.2調(diào)制解調(diào)的基本功能及要求

第二十頁，共九十六頁。若將上述由0與1組成的基帶二進(jìn)制調(diào)制進(jìn)一步推廣至多進(jìn)制信號(hào)，將產(chǎn)生相應(yīng)的MASK、MFSK、MPSK和MQAM調(diào)制。在實(shí)際的移相鍵控方式中，為了克服在接收端產(chǎn)生的相位模糊度，往往將絕對移相改為相對移相DPSK以及DQPSK。另外在實(shí)際移相鍵控調(diào)制方式中，為了降低已調(diào)信號(hào)的峰平比，又引入了偏移QPSK(OQPSK)、π/4-DQPSK、正交復(fù)四相移鍵控CQPSK，以及混合相移鍵控HPSK等等。4.2調(diào)制解調(diào)的基本功能及要求

第二十一頁，共九十六頁。在二進(jìn)制基帶調(diào)制之中，為了徹底消除由于相位躍變帶來的峰平比增加和頻帶擴(kuò)展，又引入了有記憶的非線性連續(xù)相位調(diào)制CPM，最小頻移鍵控MSK，GMSK(高斯型MSK)以及平滑調(diào)頻TFM等。上述各類調(diào)制中僅有后一類，即CPM，MSK，GMSK和TFM屬于有記憶的非線性調(diào)制，其余各類調(diào)制均屬于無記憶的線性調(diào)制。上述調(diào)制中最基本的調(diào)制為2ASK、2FSK、BPSK，后面將重點(diǎn)分析它們。4.2調(diào)制解調(diào)的基本功能及要求

第二十二頁，共九十六頁。移動(dòng)通信中最常用的調(diào)制方式有兩大類：1986年以前由于線性高功放未取得突破性的進(jìn)展，移動(dòng)通信中調(diào)制技術(shù)青睞于恒包絡(luò)調(diào)制的MSK和GMSK，比如GSM系統(tǒng)采用的就是GMSK調(diào)制，但是它實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，且頻譜效率較低。1986年以后，由于實(shí)用化的線性高功放已取得了突破性的進(jìn)展，人們又重新對簡單易行的BPSK和QPSK予以重視，并在它們的基礎(chǔ)上改善峰平比、提高頻譜利用率，比如OQPSK、CQPSK和HPSK。在CDMA系統(tǒng)中，由于有專門的導(dǎo)頻信道或者導(dǎo)頻符號(hào)傳送，因此CDMA體制中不采用相對移相的DPSK和DQPSK等。4.2調(diào)制解調(diào)的基本功能及要求

第二十三頁，共九十六頁。4.2.3基本調(diào)制方法原理及性能簡要分析

2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK調(diào)制原理波形如下圖所示。4.2調(diào)制解調(diào)的基本功能及要求

第二十四頁，共九十六頁。1.歐式空間距離法將二進(jìn)制的已調(diào)信號(hào)矢量表達(dá)為二維歐式空間的距離，顯然距離越大，抗干擾性就越強(qiáng)。2ASK當(dāng)基帶信號(hào)為“0”時(shí)，不發(fā)送載波，記為A0＝0V；當(dāng)基帶信號(hào)為“1”時(shí)，發(fā)送歸一化載波，記為A1＝1V；則可用下列圖型表示：4.2調(diào)制解調(diào)的基本功能及要求

第二十五頁，共九十六頁。2FSK當(dāng)基帶信號(hào)為“0”時(shí)，發(fā)送歸一化幅度的f0載波記為f0當(dāng)基帶信號(hào)為“1”時(shí)，發(fā)送歸一化幅度的f1載波記為f14.2調(diào)制解調(diào)的基本功能及要求

可用下列圖形表示：(為了使f0，f1互不干擾，f0、f1應(yīng)互相正交)第二十六頁，共九十六頁。2PSK當(dāng)基帶信號(hào)為“0”時(shí)，發(fā)送歸一化幅度相位φ0＝0載波記為φ0當(dāng)基帶信號(hào)為“1”時(shí)，發(fā)送歸一化幅度相位φ1＝載波記為φ1則可用下列圖形表示：4.2調(diào)制解調(diào)的基本功能及要求

由上，可知2PSK的抗干擾性能最佳，2FSK次之，2ASK性能最差。第二十七頁，共九十六頁。2.誤碼性能的解析表達(dá)式若三類調(diào)制方式均采用理想的相干解調(diào)方式，其誤比特率公式如下所示。2ASK

2FSK

2PSK

4.2調(diào)制解調(diào)的基本功能及要求

第二十八頁，共九十六頁。若將上述公式畫成圖形，則誤碼性能可以表達(dá)為：4.2調(diào)制解調(diào)的基本功能及要求

第二十九頁，共九十六頁。4.3.1調(diào)制技術(shù)4.3.2調(diào)幅與調(diào)頻4.3調(diào)制技術(shù)的基本概念

第三十頁，共九十六頁。4.3.1調(diào)制技術(shù)定義對信源信息進(jìn)行處理，使之變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)男盘?hào)的過程。實(shí)現(xiàn)方法通過改變高頻載波的幅度、相位或者頻率，使其隨基帶信號(hào)的變化而變化。要求考慮到移動(dòng)通信環(huán)境特點(diǎn)，需要具有抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)快衰落信道、頻譜利用率高、帶外輻射小等特點(diǎn)的調(diào)制方式4.3調(diào)制技術(shù)的基本概念

第三十一頁，共九十六頁。實(shí)現(xiàn)框圖4.3調(diào)制技術(shù)的基本概念

第三十二頁，共九十六頁。4.3.2調(diào)幅與調(diào)頻

調(diào)幅定義：使高頻信號(hào)的振幅隨調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)變化而變化優(yōu)點(diǎn)：結(jié)合單邊帶調(diào)制，使所占帶寬下降為原先一半，提高頻帶利用率缺點(diǎn)：抗衰落能力較弱4.3調(diào)制技術(shù)的基本概念

第三十三頁，共九十六頁。調(diào)頻使高頻信號(hào)的頻率隨調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)變化而變化優(yōu)點(diǎn)：抗干擾、抗衰落能力優(yōu)于調(diào)幅制缺點(diǎn)：與單邊帶調(diào)幅相比，占用較寬的信道帶寬，同時(shí)存在門限效應(yīng)4.3調(diào)制技術(shù)的基本概念

第三十四頁，共九十六頁。4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)4.4.1概述4.4.2窄帶數(shù)字調(diào)制技術(shù)4.4.3線性調(diào)制方式4.4.4恒定包絡(luò)調(diào)制方式第三十五頁，共九十六頁。4.4.1概述移動(dòng)通信所面臨的無線信道問題多徑，衰落，干擾，頻率資源有限移動(dòng)通信對調(diào)制解調(diào)技術(shù)的要求頻譜資源有限：高的帶寬效率用戶終端小：高的功率效率，抗非線性失真能力強(qiáng)鄰道干擾：低的帶外輻射多徑信道傳播：對多徑衰落不敏感，抗衰落能力強(qiáng)干擾受限的信道，抗干擾能力強(qiáng)解調(diào)一般采用非相干方式，或插入導(dǎo)頻的相干解調(diào)產(chǎn)業(yè)化問題：成本低，易于實(shí)現(xiàn)4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第三十六頁，共九十六頁。調(diào)制方式的性能評(píng)估功率效率和帶寬效率調(diào)制的抗干擾性主要體現(xiàn)通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)，即可靠性調(diào)制信號(hào)具有較小的功率譜占有率要求：功率譜主瓣占盡可能多的信號(hào)能量，具有快速滾降特性，帶外衰減大，旁瓣小調(diào)制的頻譜有效性主要體現(xiàn)通信系統(tǒng)的數(shù)量指標(biāo)，即有效性頻帶利用率：bit/s/HZ4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第三十七頁，共九十六頁。分類辦法：按調(diào)制信號(hào)分：模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制按相位連續(xù)性分：相位不連續(xù)調(diào)制和相位連續(xù)調(diào)制按信號(hào)恒定性分：恒包絡(luò)調(diào)制和非恒包絡(luò)調(diào)制按調(diào)制方式分：調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第三十八頁，共九十六頁。具體分類如下圖：4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第三十九頁，共九十六頁。各類二進(jìn)制調(diào)制波形：4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第四十頁，共九十六頁。4.4.2窄帶數(shù)字調(diào)制技術(shù)簡介窄帶數(shù)字調(diào)制技術(shù)是數(shù)字移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，它能夠壓縮每個(gè)用戶的信號(hào)頻譜，便于復(fù)接，從而提高頻譜利用率和系統(tǒng)容量。自從1978年提出平滑調(diào)頻(TFM)方式以來，相繼出現(xiàn)了GMSK、/4QPSK等多種窄帶數(shù)字調(diào)制方式。4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第四十一頁，共九十六頁。分類線性調(diào)制方式PSK–BPSK、QPSK、OQPSK、/4QPSKQAM–16QAM、64QAM、256QAM恒定包絡(luò)調(diào)制方式MSKTFMGMSK4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第四十二頁，共九十六頁。各種移動(dòng)通信系統(tǒng)所采取的調(diào)制方法4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第四十三頁，共九十六頁。應(yīng)用/4QPSK相位遷移時(shí)不通過原點(diǎn)，因此，信號(hào)包絡(luò)受功放非線性影響較小不僅適用于相干解調(diào)，而且也適用于對脈沖信號(hào)也很容易實(shí)現(xiàn)的延遲解調(diào)和頻率解調(diào)與TDMA方式配合良好4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第四十四頁，共九十六頁。應(yīng)用GMSK載波幅度恒定，相位軌跡連續(xù)平滑可采取多種解調(diào)方案，如相干解調(diào)、延遲解調(diào)、頻率解調(diào)等4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第四十五頁，共九十六頁。數(shù)字調(diào)相BPSKQPSKOQPSK/4QPSK4.4.3線性調(diào)制技術(shù)4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第四十六頁，共九十六頁。PSK以基帶數(shù)據(jù)信號(hào)來調(diào)制載波的相位BPSK將二進(jìn)制信號(hào){0,1}映射為{1,-1}，用以調(diào)制載波：當(dāng)輸入為“+1”時(shí)，對應(yīng)的信號(hào)附加相位為“0”，當(dāng)輸入為“-1”時(shí)，對應(yīng)的信號(hào)附加相位為“”。4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第四十七頁，共九十六頁。BPSK調(diào)制公式若輸入信號(hào)為經(jīng)映射的比特流{an}，an=±1，則BPSK信號(hào)可記為S(t)=an

AcosωctBPSK解調(diào)方式相干解調(diào)差分相干解調(diào)4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第四十八頁，共九十六頁。QPSK假設(shè)輸入二進(jìn)制序列為{an}，an=±1，經(jīng)串并轉(zhuǎn)換后兩支路信號(hào)分別記為aI(t)，aQ(t)，則QPSK信號(hào)可記為

S(t)=aI(t)cosωct-aQ(t)sinωct4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第四十九頁，共九十六頁。QPSK調(diào)制原理圖4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第五十頁，共九十六頁。

QPSK信號(hào)相位的星座圖4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第五十一頁，共九十六頁。OQPSKOQPSK的調(diào)制方法與QPSK類似，僅在一條正交支路上引入了一個(gè)比特的延時(shí)，以使得兩支路的數(shù)據(jù)不會(huì)同時(shí)發(fā)生變化，降低最大相位跳變4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第五十二頁，共九十六頁。

OQPSK相位的星象圖4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第五十三頁，共九十六頁。OQPSK與QPSK的區(qū)別QPSK最大相位跳變±，而OQPSK的相位跳變僅為±/2OQPSK可以避免QPSK中的180度相移，減少隨機(jī)相位影響，降低對射頻放大器的線性要求4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第五十四頁，共九十六頁。/4QPSK從相位變化角度來看，其最大相位變化為±135度，低于QPSK的180度，但高于OQPSK的90度/4QPSK的性能優(yōu)于OQPSK4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第五十五頁，共九十六頁。/4QPSK調(diào)制原理4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第五十六頁，共九十六頁。/4QPSK調(diào)制原理S(t)=I(t)cosωct-Q(t)sinωct

其中I(t)、Q(t)分別為數(shù)字脈沖Ik、Qk通過低通濾波器所得信號(hào)，且有Ik=cosθk=Ik-1

cosΦk-Qk-1

sinΦkQk=sinθk=Ik-1

sinΦk-Qk-1

cosΦk

其中θk=θk-1+Φk4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第五十七頁，共九十六頁。Φk

與I、Q路支信號(hào)mI,k、mQ,k的關(guān)系

mI,k、mQ,k=1、1，Φk=

/4mI,k、mQ,k=0、1，Φk=3

/4mI,k、mQ,k=0、0，Φk=-3

/4mI,k、mQ,k=1、0，Φk=-

/44.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第五十八頁，共九十六頁。/4QPSK調(diào)制相位星座圖4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第五十九頁，共九十六頁。/4QPSK解調(diào)方式基帶差分檢波IF差分檢波FM鑒頻器檢波4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第六十頁，共九十六頁。π/4QPSK的性能頻譜特性從相位變化特性來看，其頻譜特性優(yōu)于QPSK，次于OQPSK傳輸誤碼率具有較優(yōu)的傳輸性能4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第六十一頁，共九十六頁。4.4.4恒定包絡(luò)調(diào)制方式頻移鍵控(FSK)2FSK假設(shè)輸入比特流為{an}，an=±1，則輸出信號(hào)為S(t)=cos(ω1t+φ1)當(dāng)an=+1S(t)=cos(ω2t+φ2)當(dāng)an=-1解調(diào)方法：包絡(luò)檢波法、相干解調(diào)、非相干解調(diào)4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第六十二頁，共九十六頁。最小頻移鍵控(MSK)是一種相位連續(xù)、包絡(luò)恒定的調(diào)制方法定義對于輸入比特流{an}，an=±1，調(diào)制信號(hào)為S(t)=cos((ωc+an

/2Ts)t+Φn)4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第六十三頁，共九十六頁。MSK的調(diào)制和解調(diào)4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第六十四頁，共九十六頁。MSK信號(hào)的特點(diǎn)調(diào)制信號(hào)振幅恒定信號(hào)相位在一個(gè)碼元周期內(nèi)變化±1/2碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻，相位連續(xù)無突變4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第六十五頁，共九十六頁。高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)實(shí)現(xiàn)簡單，在MSK調(diào)制器前端置高斯濾波器特點(diǎn)：改善已調(diào)波的相位路徑，消除相位尖角，以抑制高頻分量，使功率譜高頻分量滾降變快是GSM的優(yōu)選方案4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第六十六頁，共九十六頁。MSK類調(diào)制性能比較相位轉(zhuǎn)移軌跡4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第六十七頁，共九十六頁。MSK類調(diào)制性能比較頻譜特性4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第六十八頁，共九十六頁。MSK類調(diào)制性能比較誤碼率4.4數(shù)字調(diào)制技術(shù)第六十九頁，共九十六頁。4.5.1概述4.5.2偽隨機(jī)序列4.5.3直接序列擴(kuò)頻4.5.4跳頻擴(kuò)頻4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第七十頁，共九十六頁。4.5.1概述擴(kuò)頻調(diào)制的思想根據(jù)香農(nóng)公式C=W×Log2(1+S/N)，展寬信號(hào)帶寬W，以帶寬的增加來換取傳輸性能的改善分類直接序列擴(kuò)頻(DS)：采用比特率很高的隨機(jī)序列去調(diào)制載波，拓寬信號(hào)帶寬頻率跳變調(diào)制(FH)：用序列去控制載波的中心頻率，使其離散的在一個(gè)給定的頻帶內(nèi)跳變，形成一個(gè)寬帶的離散頻率譜4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第七十一頁，共九十六頁。擴(kuò)頻的定義用來傳輸信息的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信息本身帶寬的一種傳輸方式頻帶擴(kuò)展用獨(dú)立于信息的偽隨機(jī)序列來實(shí)現(xiàn)，在接收端用同步接收進(jìn)行解擴(kuò)和數(shù)據(jù)恢復(fù)4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第七十二頁，共九十六頁。擴(kuò)頻系統(tǒng)特點(diǎn)具有選擇地址的能力在共用信道中能實(shí)現(xiàn)CDMA復(fù)用信號(hào)的功率譜密度低，電磁污染小易于加密抗干擾、抗衰落能力強(qiáng)4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第七十三頁，共九十六頁。4.5.2偽隨機(jī)序列適用于擴(kuò)頻的偽隨機(jī)序列的特點(diǎn)比特率能夠滿足擴(kuò)展帶寬的需求自相關(guān)要大，互相關(guān)要小有近似噪聲的頻譜性質(zhì)常用序列m序列Gold序列4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第七十四頁，共九十六頁。4.5.3直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻直接用具有高速率的擴(kuò)頻碼序列在發(fā)端去擴(kuò)展信號(hào)的頻譜。而在收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行解擴(kuò)，把展寬的擴(kuò)頻信號(hào)還原成原始的信息。4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第七十五頁，共九十六頁。擴(kuò)頻的過程

發(fā)端擴(kuò)頻收端解擴(kuò)4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第七十六頁，共九十六頁。為了擴(kuò)展信號(hào)的頻譜，可以采用窄的脈沖序列去進(jìn)行調(diào)制某一載波，得到一個(gè)很寬的雙邊帶的直擴(kuò)信號(hào)。采用的脈沖越窄，擴(kuò)展的頻譜越寬。如果信號(hào)的總能量不變，則頻譜的展寬，使各頻譜成分的幅度下降，換句話說，信號(hào)的功率譜密度降低。4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第七十七頁，共九十六頁。發(fā)端信息的頻譜被擴(kuò)展了以后，能量被均勻地分布在較寬的頻帶上，功率譜密度下降；擴(kuò)頻信號(hào)解擴(kuò)以后，寬帶信號(hào)恢復(fù)成窄帶信息，功率譜密度上升；干擾信號(hào)只經(jīng)過了一次被模二相加的調(diào)制過程，頻譜被擴(kuò)展，功率譜密度下降。4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第七十八頁，共九十六頁。擴(kuò)頻增益定義為頻譜擴(kuò)展前的信息帶寬F與頻帶擴(kuò)展后的信號(hào)帶寬W之比G＝W／F

在擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中．接收機(jī)作擴(kuò)頻解調(diào)后，只提取偽隨機(jī)編碼相關(guān)處理后的帶寬為F的信息，而排除掉寬頻帶W中的外部干擾、噪音和其地用戶的通信影響。因此，處理增益G反映了擴(kuò)頻通信系統(tǒng)信噪比改善的程度。4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第七十九頁，共九十六頁。直接序列擴(kuò)頻的特點(diǎn)1.頻譜的擴(kuò)展是直接由高碼率的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行調(diào)制而得到的。2.擴(kuò)頻碼序列多采用偽隨機(jī)碼，也稱為偽噪聲(PN)碼序列。3.擴(kuò)頻調(diào)制方式多采用BPSK或QPSK等幅調(diào)制。4.接收端多采用產(chǎn)生本地偽隨機(jī)碼序列對接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解擴(kuò)，或采用匹配濾波器來解擴(kuò)信號(hào)。5.擴(kuò)頻和解擴(kuò)的偽隨機(jī)碼序列應(yīng)有嚴(yán)格的同步，碼的捕獲和跟蹤多采用匹配濾波器或利用偽隨機(jī)碼的優(yōu)良的相關(guān)特性在延遲鎖定環(huán)中實(shí)現(xiàn)。6.一般需要用窄帶通濾波器來排除干擾，以實(shí)現(xiàn)其抗干擾能力的提高。4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第八十頁，共九十六頁。4.5.4跳頻擴(kuò)頻跳頻擴(kuò)頻用一定碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變。與直擴(kuò)系統(tǒng)靠頻譜擴(kuò)展來對抗干擾不同，跳頻是靠“躲避”干擾來提升性能的。4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第八十一頁，共九十六頁。跳頻擴(kuò)頻的系統(tǒng)原理框圖4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第八十二頁，共九十六頁。跳頻信號(hào)4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第八十三頁，共九十六頁?？焯吐凑疹l率跳變的速率分為快跳頻和慢跳頻快跳慢跳4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第八十四頁，共九十六頁。跳頻圖案選擇載頻信號(hào)以一定的速度和順序，在多個(gè)頻率點(diǎn)上跳變傳遞，接收端以相應(yīng)的速度和順序接收并解調(diào)。這個(gè)預(yù)先設(shè)定的載波頻率跳變的規(guī)律就是跳頻圖案，跳頻圖案與偽碼的選擇有關(guān)。好的跳頻圖案應(yīng)該滿足以下要求圖案本身隨機(jī)性好，使每個(gè)分頻率出現(xiàn)概率相同圖案的密鑰要大，跳頻圖案數(shù)目足夠多，使難破解圖案的正交性要好，不同圖案出現(xiàn)頻率幾率小，利于多址4.5擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)第八十五頁，共九十六頁。

為了提高頻譜效率，在LTE、WiMax、802.11n等寬帶無線通信系統(tǒng)