第3章现代无线通信原理调制技术

1、第三章 无线通信中的调制技术 3.1 无线通信中的调制技术概述 3.2 模拟调制 20131024 3.3 数字调制 3.4 线性调制技术 3.5 恒包络调制技术 3.6 线性和恒包络组合调制技术 3.7 衰落和多径信道的调制性能 3.1 无线通信中的调制技术概述 无线通信为什么要进行调制？无线通信为什么要进行调制？ 天线只能高效地发送频率与天线尺寸相天线只能高效地发送频率与天线尺寸相 适应的信号。适应的信号。 调制可分为调制可分为和和 载波的波形从原理上是任意波形，通常使用载波的波形从原理上是任意波形，通常使用 正弦（余弦）信号，有三个参量，频率、相正弦（余弦）信号，有三个参量，频率、相 位

2、和幅度。位和幅度。 也有用脉冲序列作为载波的，如扩频调制。也有用脉冲序列作为载波的，如扩频调制。 3.2 模拟调制 3.2.1 幅度调制 K=0.5 K=1.0 3.2.1 幅度调制（续1） 双边带的频谱 BAM=2fm 3.2.1 幅度调制（续2） 单边带调制 BAM=fm 3.2.1 幅度调制（续3） 导频单音SSB 3.2.1 幅度调制（续4） 幅度调制的解调乘法检测器的框图 3.2.2 频率调制 直接频率调制 电路 直接频率调制 时域波形 3.2.2 频率调制（续1） 间接频率调制 相移 载波振荡器 积分限幅 倍频 3.2.2 频率调制（续2） 过零检波器 3.2.2 频率调制（续3）

3、 倾斜检波器 3.2.2 频率调制（续4） 使用PLL 的频率解调器 3.2.2 频率调制（续5） 积分检波器 3.3 数字调制 3.3.1 数字调制概述 线型码的功率 谱密度 单极性NRZ 单极性RZ Manchester线性码 3.3.1 数字调制概述（续1） 二进制线型 码的时间波 形 3.3.2 脉冲成形技术 理想的奈奎斯特 脉冲波形 3.3.2 脉冲成形技术（续1） 奈奎斯特脉冲成形 滤波器的传递函数 3.3.2 脉冲成形技术（续2） 升余弦滤波器 的传递函数 3.3.2 脉冲成形技术（续3） 升余弦滚 降滤波器 的冲激相 应 3.3.2 脉冲成形技术（续4） 使用升余弦 滤波器后的

4、 射频信号 a=0.5 判决点： 4Ts、5Ts、 6Ts 3.3.2 脉冲成形技术（续5） 高斯脉冲成形 滤波器的 冲击响应 3.3.3 调制信号的几何表示 BPSK的 星座图 小结 1 1. .调制调制/ /解调的基本功能为载荷信息、搬移频谱解调的基本功能为载荷信息、搬移频谱 两种方式：基带两种方式：基带-中频中频 基带基带-射频射频 2 2. .数字调制的实质为从信道编码后的汉明空间到调数字调制的实质为从信道编码后的汉明空间到调 制后的欧氏空间的映射或变换。映射可以为一维的，制后的欧氏空间的映射或变换。映射可以为一维的， 也可以为多位维的，可以为线性变换关系也可以为也可以为多位维的，可以

5、为线性变换关系也可以为 非线性变换关系非线性变换关系。 3 3. .抗干扰特性是调制的一个主要特性，不同调抗干扰特性是调制的一个主要特性，不同调 制方式的抗干扰特性分析；不同条件下的最佳制方式的抗干扰特性分析；不同条件下的最佳 调制方式。用误比特率（误码率）公式表示，调制方式。用误比特率（误码率）公式表示， 工程上用工程上用E Eb b/N/N0 0与误比特率与误比特率P Pb b之间的关系图表示。之间的关系图表示。 4 4. .频谱有效性是调制的一个主要指标，用频谱有效性是调制的一个主要指标，用 bps/Hzbps/Hz来度量，提高频谱有效性主要依靠高效来度量，提高频谱有效性主要依靠高效 率

6、的多进制来实现。率的多进制来实现。 5 5. .调制信号的峰平比为已调信号的峰值功率与调制信号的峰平比为已调信号的峰值功率与 平均功率的比值，影响功放器件的线性度要求平均功率的比值，影响功放器件的线性度要求 和动态范围要求等工程实现性能。在和动态范围要求等工程实现性能。在CDMACDMA系统系统 中，降低峰平比可以提高功率效率。中，降低峰平比可以提高功率效率。 6 6. .工程上要求调制、解调设备简单可靠，体积工程上要求调制、解调设备简单可靠，体积 小，造价低。小，造价低。 7 7. .无线通信中对调制方式的选择主要有：可靠无线通信中对调制方式的选择主要有：可靠 性（抗干扰）、有效性、设备简单

7、。性（抗干扰）、有效性、设备简单。 8 8. .调制信号的峰平比为已调信号的峰值功率与调制信号的峰平比为已调信号的峰值功率与 平均功率的比值，影响功放器件的线性度要求平均功率的比值，影响功放器件的线性度要求 和动态范围要求等工程实现性能。在和动态范围要求等工程实现性能。在CDMACDMA系统系统 中，降低峰平比可以提高功率效率。中，降低峰平比可以提高功率效率。 9 9. .工程上要求调制、解调设备简单可靠，体积工程上要求调制、解调设备简单可靠，体积 小，造价低。小，造价低。 1010. .无线通信中对调制方式的选择主要有：可无线通信中对调制方式的选择主要有：可 靠性（抗干扰）、有效性、设备简单

8、。靠性（抗干扰）、有效性、设备简单。 11 11. .数字调制的分类：数字调制的分类： 幅度、频率、相位、幅度和相位幅度、频率、相位、幅度和相位 二进制和多进制二进制和多进制 直接和差分（克服相位模糊）直接和差分（克服相位模糊） 线性调制（线性调制（ASK,PSK)ASK,PSK)和非线性调制和非线性调制 连续相位连续相位( (MSKMSK、CPMCPM、GMSKGMSK、TFM)TFM)和非连续相位和非连续相位 恒包络调制恒包络调制( (连续相位的连续相位的FSKFSK和理想矩形波调制的和理想矩形波调制的 PSK)PSK)和非恒包络和非恒包络 3.4 线性调制技术 3.4.1 线性调制技术概

9、述 传输信号的幅度随调制数字信号的变化而线传输信号的幅度随调制数字信号的变化而线 性变化的调制方式，叫线性调制技术。性变化的调制方式，叫线性调制技术。 优点：带宽效率高，有很好的频谱效率优点：带宽效率高，有很好的频谱效率 缺点：要使用功率效率低的线性缺点：要使用功率效率低的线性RFRF放大器放大器 ( (甲类甲类) )。 一般都不是恒包络调制一般都不是恒包络调制 3.4.2 BPSK 调制 BPSK的功 率谱密度 3.4.2 BPSK调制（续1） BPSKBPSK 接收机接收机 3.4.3 DPSK调制 3.4.3 DPSK调制（续1） 3.4.4 QPSK调制 3.4.4 QPSK 调制（续

10、1/10） 3.4.4 QPSK 调制（续2 /10 ） 3.4.4 QPSK 调制（续3 /10 ） 3.4.4 QPSK 调制（续4 /10 ） 3.4.4 QPSK 调制（续5 /10 ） 3.4.4 QPSK 调制（续6 /10 ） 3.4.4 QPSK 调制（续7 /10 ） 3.4.4 QPSK 调制（续8 /10 ） 3.4.4 QPSK 调制（续9 /10 ） 3.4.4 QPSK 调制（续10 /10 ） QPSK (1,1) (-1,1) (1,-1) (-1,-1) OQPSK (1,1) (1,-1) (-1,1) (-1,-1) /4QPSK/4QPSK是在是在QPS

11、KQPSK和和OQPSKOQPSK的基础上，改进的一种的基础上，改进的一种 恒包络调制（近似）方式。恒包络调制（近似）方式。 1 1. .相位跳变时的相位差为相位跳变时的相位差为 /4/4或或3 3 /4/4； 2 2. .允许使用非相干检测，以避免相干检测中载波允许使用非相干检测，以避免相干检测中载波 出现的相位模糊问题；出现的相位模糊问题； 3 3. .与与OQPSKOQPSK一样，是一种限制相位跳变的调制方式；一样，是一种限制相位跳变的调制方式； 4 4. .有有8 8个相位点；个相位点； 5 5. .带限的带限的 /4QPSK/4QPSK信号的恒包络特性比信号的恒包络特性比QPSKQP

12、SK好，比好，比 OQPSKOQPSK差，对于多径干扰的信道，性能比差，对于多径干扰的信道，性能比OQPSKOQPSK好。好。 例：设例：设0=90o,输入比特流为输入比特流为001011 (-1 -1 1 -1 1 1)用用 QPSK 发送，比特从左到右送入发发送，比特从左到右送入发 射机，确定在发送期间的射机，确定在发送期间的k和和Ik、Qk的的值。值。 QPSK (1,1) (-1,1) (1,-1) (-1,-1) 例：设0=270o,输入比特流为001011 (-1 -1 1 - 1 1 1)用 QPSK 发送，比特从左到右送入发射 机，确定在发送期间的k和Ik、Qk的值。 OQPS

13、K (1,1) (1,-1) (-1,1) (-1,-1) 001011 00-10-11 00-00-10-1010-11 例：设0=0o,输入比特流为001011用 /4QPSK 发送，比特从左到右送入发射机，确定在发送期 间的 k和Ik、Qk的值。 解： 0=0o , I0=1、Q0=0 00 -3/4, 1= -3/4 , I1=-0.707、Q0=-0.707 10 -/4, 2= - , I2=-1、Q2=0 11 /4, 2= -3/4, I3= -0.707 、Q3= -0.707 /4QPSK 3.5 恒包络调制技术 3.5.1 恒包络调制技术概述 不论调制信号如何变化，载波

14、的幅度是不论调制信号如何变化，载波的幅度是 恒定，这种的调制方式，叫恒包络调制。恒定，这种的调制方式，叫恒包络调制。 优点：可以使用功率效率高的优点：可以使用功率效率高的C C类放大器，类放大器， 占用的频带不增加；带外辐射低；可用限幅占用的频带不增加；带外辐射低；可用限幅 器器鉴相器检测，从而简化接收机的设计，鉴相器检测，从而简化接收机的设计， 并能很好地抵抗随机噪声和由瑞利衰落引起并能很好地抵抗随机噪声和由瑞利衰落引起 的信号波动。的信号波动。 缺点：占用带宽比线性调制大缺点：占用带宽比线性调制大。 3.5.2 FSK调制 3.5.2 FSK 调制（续1/1） 3.5.3 MSK 调制 3

15、.5.3 MSK 调制（续1/1） 3.5.4 GMSK 调制 3.5.4 GMSK 调制（续1 /5 ） 3.5.4 GMSK 调制（续2 /5 ） 3.5.4 GMSK 调制（续3 /5 ） 3.5.4 GMSK 调制（续4 /5 ） 3.5.4 GMSK 调制（续5/5） 3.6 线性和恒包络组合调制技术 3.6.1 线性和恒包络组合调制技术概述 同时改变载波的包络和相位（频率），为多同时改变载波的包络和相位（频率），为多 进制调制。进制调制。 优点：适用于带宽受限信道优点：适用于带宽受限信道 缺点：对定时抖动敏感。缺点：对定时抖动敏感。 获得更好的带宽特性的同时，牺牲了功率效获得更好的带宽特性的同时，牺牲了功率效 率。率。 3.6.2 MPSK 调制 3.6.2 MPSK 调制（续1/2） 3.6.2 MPSK 调制（续2/2） 3.6.3 QAM 调制 3.6.3 QAM 调制（续1/4） 3.6.3 QAM 调制（续2/4） 先构造M/2点的方星座，在此基础上附加M/2点， 每边M/8,M=22m, M=16 M=32 3