調(diào)制解調(diào)技術(shù)及

調(diào)制解調(diào)技術(shù)及一.模擬調(diào)制技術(shù)二.數(shù)字調(diào)制技術(shù)第一節(jié)、基本調(diào)制技術(shù)

第2頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)、基本調(diào)制技術(shù)

調(diào)制的目的是把要傳輸?shù)哪M信號或數(shù)字信號變換成適合信道傳輸?shù)男盘枴Ｒ苿油ㄐ判诺赖幕咎卣魇牵?.帶寬有限，取決于可使用的頻率資源和信道的傳播特性；2.干擾和噪聲影響大，是移動通信工作的電磁環(huán)境所決定的；3.存在多徑衰落。第3頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)、基本調(diào)制技術(shù)

移動通信對調(diào)制方式的選擇主要有：1.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)；2.有效性，主要體現(xiàn)在選取頻譜利用率高的調(diào)制方式上，特別是多進制調(diào)制；3.工程上易于實現(xiàn)。已調(diào)信號應(yīng)具有高的頻譜利用率和較強的抗干擾、抗衰落的能力

第4頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)、基本調(diào)制技術(shù)

一.模擬調(diào)制技術(shù)第5頁,共39頁，2024年2月25日，星期天選擇恒包絡(luò)角度調(diào)制方式。若以99%能量所包括的譜線寬度(以載頻為中心)作為調(diào)角信號的帶寬，單一頻率調(diào)制的調(diào)頻信號帶寬為

Fm=Ω/2π為調(diào)制頻率，Δfm=mf·Fm為調(diào)制頻偏。經(jīng)過鑒頻器解調(diào)后，信噪比的增益為第一節(jié)、基本調(diào)制技術(shù)

一.模擬調(diào)制技術(shù)第6頁,共39頁，2024年2月25日，星期天目前應(yīng)用的模擬FM移動通信系統(tǒng)：話音最高頻率fm=3kHz;最大調(diào)制頻偏

f=5kHz,則單路信號帶寬為多少？

B=2(fm+

f)=16kHz按照FDM原理，保護頻帶Bg=9kHz，則一個信道的寬度為25kHz（即載波頻率點間隔25kHz）。FM標(biāo)準(zhǔn)測試信號（標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制）：fm=1000Hz，△f達(dá)3kHz，則信噪比增益為多少？第一節(jié)、基本調(diào)制技術(shù)

第7頁,共39頁，2024年2月25日，星期天移動通信選擇數(shù)字調(diào)制的要求：低接收信噪比時有小的誤碼率，抗干擾、抗衰落的能力強，占用最小帶寬，易于實現(xiàn)。調(diào)制方案的性能衡量標(biāo)準(zhǔn)：功率效率--在低功率下保持正確傳輸?shù)哪芰?。（Eb／N0越小越好）帶寬效率—有限帶寬內(nèi)容納數(shù)據(jù)量的能力。（Rb／B越大越好）在信道頻帶受限時為了提高頻帶利用率，通常采用多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。其代價是增加信號功率和實現(xiàn)上的復(fù)雜性。脈沖成型技術(shù)可消除碼間串?dāng)_和保持小的信號帶寬，因而得到廣泛應(yīng)用。第一節(jié)、基本調(diào)制技術(shù)

二.數(shù)字調(diào)制技術(shù)

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脈沖成型濾波器（升余弦低通濾波器。）的頻譜和時域波形。第一節(jié)、基本調(diào)制技術(shù)

二.數(shù)字調(diào)制技術(shù)

第9頁,共39頁，2024年2月25日，星期天目前所使用的主要調(diào)制方式有線性調(diào)制技術(shù)：QPSK調(diào)制恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)：GMSK調(diào)制“線性”和“恒包絡(luò)”相結(jié)合的調(diào)制技術(shù)：QAM調(diào)制擴頻調(diào)制技術(shù)：直接序列擴頻、跳頻編碼調(diào)制相結(jié)合技術(shù)：TCM調(diào)制多載波技術(shù)：OFDM調(diào)制目前所使用的主要調(diào)制方式第10頁,共39頁，2024年2月25日，星期天一.高斯濾波的最小移頻鍵控(GMSK)二.π/4-DQPSK調(diào)制第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)第11頁,共39頁，2024年2月25日，星期天1986年以前由于線性高功放未取得突破性的進展，移動通信中調(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，但是它實現(xiàn)較復(fù)雜，

且頻譜效率較低。1986年以后實用化的線性高功放取得了突破性的進展，移動通信中調(diào)制技術(shù)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，比如在CDMA系統(tǒng)中采用DQPSK。第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)第12頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)一.高斯濾波的最小移頻鍵控(GMSK)1.移頻鍵控(FSK)調(diào)制設(shè)輸入到調(diào)制器的比特流為｛an｝,an=±1,

n=-∞~+∞。FSK的輸出信號形式(第n個比特區(qū)間)為調(diào)制指數(shù)，當(dāng)h=0.5時，兩個S1與S2正交。2.相位連續(xù)移相鍵控（CPFSK）在一個比特區(qū)間內(nèi)，相位線性地增加或減少π/2，且在t=kTb時相位連續(xù)。第13頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)一.高斯濾波的最小移頻鍵控(GMSK)

3.最小移頻鍵控(MSK)調(diào)制

MSK是一種特殊的CPFSK，調(diào)制指數(shù)為0.5：

h=0.5是移頻鍵控為保證良好誤碼性能所允許的最小調(diào)制指數(shù)。h=0.5時，波形相關(guān)系數(shù)為0，信號是正交的；h=0.5時，滿足在碼元交替點相位連續(xù)的條件；信號表達(dá)式為第14頁,共39頁，2024年2月25日，星期天

第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)一.高斯濾波的最小移頻鍵控(GMSK)

xk是為保證在t=kTb時相位連續(xù)而加入的相位常量。第k個碼元的相位：要求相位連續(xù)：

第15頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)

MSK的相位軌跡θ（t）

由下列兩式可得出MSK的相位軌跡第16頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)

MSK的可能相位軌跡θ（t）

π在一個比特區(qū)間Tb內(nèi)，相位θ（t）線性增加或減少π／2，且在t=kTb時，相位連續(xù)。第17頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)按二進制考慮，bk為ak差分編碼結(jié)果第18頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)MSK調(diào)制器bkbQbIbI與bQ持續(xù)時間為2Tb第19頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)MSK相干解調(diào)第20頁,共39頁，2024年2月25日，星期天

第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)在移動通信中，一般要求必須衰減60-70dB。MSK信號仍不能滿足這樣的要求。第21頁,共39頁，2024年2月25日，星期天

為了壓縮MSK信號的功率譜，有效地抑制MSK信號的帶外功率輻射，可在MSK調(diào)制前加入預(yù)調(diào)制濾波器，對矩形波形進行濾波.

第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)預(yù)調(diào)制濾波器應(yīng)具有以下特性：(1)帶寬窄并且具有陡峭的截止特性；（為了抑制高頻分量）(2)脈沖響應(yīng)的過沖較小；（為了防止過大的瞬時頻偏）

第22頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)一.高斯濾波的最小移頻鍵控(GMSK)1.GMSK信號的產(chǎn)生簡單的GMSK發(fā)射機的原理框圖第23頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)一種滿足上述特性的預(yù)調(diào)制濾波器是高斯低通濾波器。高斯低通濾波器的沖擊響應(yīng)為

高斯濾波器的輸出脈沖經(jīng)MSK調(diào)制得到GMSK信號，其相位路徑由脈沖的形狀決定。由于高斯濾波后的脈沖無陡峭沿，也無拐點，因此，相位路徑得到進一步平滑。

GMSK信號的功率譜密度隨BbTb值的減小變得緊湊起來。

第24頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)第25頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)

GMSK在給定百分比功率（落入帶寬內(nèi)功率與總功率的比值）下的占用帶寬值在BbTb一定時，ΔfTb(歸一化頻道間隔)越大則鄰道干擾越小。在ΔfTb一定時，BbTb越小則鄰道干擾越小。第26頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)一比特延遲差分檢測GMSK解調(diào)器在不計輸入噪聲與干擾的情況下，圖中相乘器的輸出為

R(t)cos［ωct+θ(t)］·R(t-Tb)sin［ωc(t-Tb)+θ(t-Tb)］經(jīng)LPF后的輸出信號為第27頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)一比特延遲差分檢測GMSK解調(diào)器當(dāng)ωcTb=k(2π)(k為整數(shù))時式中，R(t)和R(t-Tb)是信號的包絡(luò)，永遠(yuǎn)是正值。因而Y(t)的極性取決于相差信息Δθ(Tb)。令判決門限為零，即判決規(guī)則為

Y(t)＞0判為“+1”Y(t)＜0判為“-1”在輸入“+1”時θ(t)增大，在輸入“-1”時θ(t)減小。判決后可恢復(fù)出原來的數(shù)據(jù)第28頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)二比特延遲差分檢測GMSK解調(diào)器判決的依據(jù)sin［θ(t)-θ(t-Tb)］：對應(yīng)于原始數(shù)據(jù)ak經(jīng)差分編碼后的ck,sin［θ(t-Tb)-θ(t-2Tb)］：則對應(yīng)于ck-1，編碼兩者相乘等效于ck與ck-1模2加第29頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)差分編碼的規(guī)則MSK用FM調(diào)制器來產(chǎn)生，要求FM調(diào)制器的調(diào)制指數(shù)為0.5。若發(fā)端進行差分編碼：，可得解調(diào)輸出為：而相應(yīng)的在發(fā)端，需對原始數(shù)據(jù)ak進行差分編碼：第30頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)GSM的調(diào)制方式是GMSK方式。高斯濾波器的歸一化帶寬BT=0.3。能滿足鄰信道（f-fc=1.5／Tb）功率電平小于-60dB的要求。基于200kHz的載頻間隔及270.833kb/s的信道傳輸速率，其頻譜利用率為1.35b/s/Hz。第31頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)二.π/4-DQPSK調(diào)制QPSK信號調(diào)制之后，其載波相位躍變?yōu)?80度相位跳變180°，則包絡(luò)會經(jīng)過幅度的0點，失去恒包絡(luò)特性。第32頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)OQPSK是基于QPSK的一類改進型。

將QPSK中并行的I、Q兩路碼元錯開半個碼元，使得兩個支路的數(shù)據(jù)不會同時發(fā)生變化，因而不可能像QPSK那樣產(chǎn)生±π的相位跳變，而僅能產(chǎn)生±π/2的相位跳變，稱這類QPSK為偏移QPSK或OQPSK。第33頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)

通過I、Q路碼元錯開半個碼元，調(diào)制之后，其載波相位躍變由180度降至90度，減小了過零點相位躍變。保持恒包絡(luò)特性O(shè)QPSK已被用于北美和日本的數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)。第34頁,共39頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)、移動通信的數(shù)字調(diào)制技術(shù)

π/4-DQPSK是一種正交相移鍵控調(diào)制方式，它綜合了QPSK和OQPSK兩種調(diào)制方式的優(yōu)點。對于QPSK而言，最大相位跳變值為180°，而OQPSK調(diào)制的最大相位跳變值為90°，π/4-DQPSK最大相位跳變是±3π/4。采用Gray編碼的雙比特碼（xk，yk）與相移Δθk的關(guān)系