数字通信技术课件

1、Institute of Communications Engineering数字通信技术Institute of Communications Engineering数字通信技术Institute of Communications Engineering数字通信技术5.6 多载波调制和正交频分复用多载波调制和正交频分复用数字通信技术一、多载波调制一、多载波调制 MCMMCM：Multi-Carrier ModulationMulti-Carrier Modulation，将待传输的数据流，将待传输的数据流分解成分解成M M个子数据流，每个子数据流的传输速率降为原个子数据流，每个子数据流的传

2、输速率降为原数据流的数据流的1/M1/M，然后用这些子数据流去并行调制，然后用这些子数据流去并行调制M M个载波。个载波。 数字通信技术一、多载波调制一、多载波调制串串/并并变换变换 +cos2 f1tcos2 f2tcos2 fMtakSMCM(t)MCMMCM基本思想的示意图基本思想的示意图数字通信技术时间弥散（时延扩展，时间弥散（时延扩展，time delay spreadtime delay spread）：）： 移动信道中，由于存在多条不同距离的传播路径，移动信道中，由于存在多条不同距离的传播路径，使发送端发送的一个脉冲，到达接收端时却是多个不同使发送端发送的一个脉冲，到达接收端时却

3、是多个不同时延脉冲在时间轴上的叠加。时延脉冲在时间轴上的叠加。 将最大时延与最小时延的差值称为时延扩展，记将最大时延与最小时延的差值称为时延扩展，记为为 。若发送的脉冲宽度为。若发送的脉冲宽度为T Ts s，则接收脉冲的宽度为：，则接收脉冲的宽度为： T Ts s + + 。时延扩展将导致时延扩展将导致ISIISI，并且码间串扰的严重程度与，并且码间串扰的严重程度与 / /T Ts s成正比。成正比。多载波调制可以降低信道传输的符号速率，即增加多载波调制可以降低信道传输的符号速率，即增加T Ts s，因此可以有效地减小甚至消除码间串扰。因此可以有效地减小甚至消除码间串扰。一、多载波调制一、多载

4、波调制数字通信技术一、多载波调制一、多载波调制多音实现的多音实现的MCMMCM（Multitone Realization MCMMultitone Realization MCM） 主要用于有线电传输系统主要用于有线电传输系统 正交频分复用的正交频分复用的MCMMCM（OFDMOFDM） 主要用于无线电传输系统主要用于无线电传输系统 多载波码分复用多载波码分复用MCMMCM（MC-CDMAMC-CDMA） 主要用于扩频通信系统主要用于扩频通信系统本章只介绍本章只介绍OFDMOFDM方式方式数字通信技术一、多载波调制一、多载波调制 图图 1.3 MC-CDMA 原原理理框框图图 cos(2fc

5、t) cos(2fct+2t/Ts) cos(2fct+2t(N-1)/Ts) Cm0 Cm1 CmN-1 bm sm(t) 数字通信技术二、二、OFDM OFDM OFDM ：Orthogonal Frequency Division Orthogonal Frequency Division MultiplexingMultiplexing，正交频分复用。，正交频分复用。 将信道分成将信道分成N N个子信道，每个子信道上一个载波，称个子信道，每个子信道上一个载波，称为子载波，各个子载波之间相互正交。实现时，将一路为子载波，各个子载波之间相互正交。实现时，将一路高速串行输入的数据信号流转换成

6、高速串行输入的数据信号流转换成N N路并行的低速子数路并行的低速子数据流，调制到每个子载波上进行传输。据流，调制到每个子载波上进行传输。数字通信技术二、二、OFDM数字通信技术二、二、OFDM数字通信技术二、二、OFDM由于由于OFDMOFDM信号是由多个不同频率，不同振幅，不同相位信号是由多个不同频率，不同振幅，不同相位的信号相互叠加的结果，因此，具有很高的峰平功率比的信号相互叠加的结果，因此，具有很高的峰平功率比（PAPRPAPR），这就要求），这就要求RFRF功率放大器要有较大的动态范围。功率放大器要有较大的动态范围。 与单载波系统相比，与单载波系统相比，OFDMOFDM系统对频偏和频漂

7、更敏感。系统对频偏和频漂更敏感。 数字通信技术OFDM与FDM二、二、OFDM数字通信技术二、二、OFDM OFDMOFDM实现原理框图实现原理框图 数字通信技术二、二、OFDM) 1(32100NnTnffNn，10, 0 )2exp()(Re)(NnnmTttfjndts nmnmndTtTmnjndtfjtfjndmdNTNNnTNnmnNN0)()(2exp)()2exp()2exp()()(010010数字通信技术二、二、OFDM)2exp()()2exp()()(010tfjtXtfjndtsNnnm10)2exp()()(NnStNTnjndtX) 1(0)2exp()()()(

8、10NknkNjndkTXkXNns数字通信技术二、二、OFDM信息信息序列序列串并串并变换变换IFFT并串并串变换变换插入保插入保护间隔护间隔组帧组帧正交数正交数字信号字信号QAM调制调制信道估计信道估计序列序列(a) 发射机工作原理发射机工作原理同步同步序列序列并串并串变换变换FFT串并串并变换变换移去保移去保护间隔护间隔解帧解帧正交数正交数字信号字信号QAM解调解调信道估计信道估计捕获与同步捕获与同步(b) 接收机工作原理接收机工作原理信息信息序列序列Institute of Communications Engineering数字通信技术5.7 频带信号的传输特性频带信号的传输特性数字

9、通信技术一、引言一、引言信号的传输特性包括传输的信号的传输特性包括传输的有效性有效性和和可靠性可靠性。有效性由。有效性由功率谱特性决定，可靠性由误比特率特性决定。功率谱特性决定，可靠性由误比特率特性决定。频带信号的功率谱特性不仅与调制方式有关，还与调制频带信号的功率谱特性不仅与调制方式有关，还与调制前的滤波器特性有关。前的滤波器特性有关。 数字通信技术二、功率谱特性二、功率谱特性22)(2)(2sin)()(sin)(bcbcQscscQQPSKTffTffCTffTffCfS22)()(sin)()(sin)(bcbcBscscBBPSKTffTffCTffTffCfS数字通信技术二、功率谱

10、特性二、功率谱特性2222)(161)(2cos)(bcbcMMSKTffTffCfSMN2log22)()(sin)()(sin)(bcbcMQAMscscMQAMMQAMTffNTffNCTffTffCfS数字通信技术二、功率谱特性二、功率谱特性fS(f)-40-30-20-10fcfc+3/4Tbfc-3/4Tbfc+1/2Tbfc-1/2Tbfc+1/Tbfc-1/2TbBPSK/ /DBPSK信号信号QPSK/ /DQPSK/ /OQPSK信信号号MSK信号信号数字通信技术二、功率谱特性二、功率谱特性 MSKMSK信号的功率谱较信号的功率谱较QPSKQPSK宽，但其旁瓣以宽，但其旁瓣

11、以1/f1/f4 4速率速率迅速下降，而迅速下降，而QPSKQPSK的旁瓣则以的旁瓣则以1/f1/f2 2的速率下降。对于的速率下降。对于- -50dB50dB带宽和包含带宽和包含99%99%功率的带宽，功率的带宽，MSKMSK分别是分别是8.18/T8.18/Tb b和和1.17/T1.17/Tb b，而，而QPSKQPSK则分别是则分别是100/T100/Tb b和和10.3/T10.3/Tb b，数字通信技术二、功率谱特性二、功率谱特性数字通信技术二、功率谱特性二、功率谱特性归归一一化化功功率率谱谱密密度度(dB)A A值减小时，值减小时，SQAMSQAM功率功率谱的带外辐射减小。谱的带

12、外辐射减小。数字通信技术二、功率谱特性二、功率谱特性数字通信技术二、功率谱特性二、功率谱特性数字通信技术二、功率谱特性二、功率谱特性HzsbMNNBTMNOFDMsOFDM/log11log22HzsbMOFDM/log2HzsbMOFDM/log212数字通信技术三、抗噪声性能三、抗噪声性能数字调制信号的抗噪声性能用数字调制信号的抗噪声性能用误比特率误比特率PbPb或或误误码率码率PePe（即误符号率）衡量。（即误符号率）衡量。数字通信技术三、抗噪声性能三、抗噪声性能021nEerfcPbb1010-2-21010-5-51010-6-61010-7-71010-8-81010-9-9101

13、0-3-31010-4-441012141668Eb/N0 Pb数字通信技术三、抗噪声性能三、抗噪声性能/4-DQPSK误比特率性能误比特率性能 瑞利衰落时的误比特率性能瑞利衰落时的误比特率性能 数字通信技术三、抗噪声性能三、抗噪声性能BbTb = 0.2BbTb = 0.25BbTb = 理论的对称传输GMSK的静态误比特率Eb/N0(dB)误比特率检测前带通滤波器BiTb =0.63数字通信技术三、抗噪声性能三、抗噪声性能平均Eb/N0(dB)误比特率无衰落瑞利衰落（估计）GMSK的动态误比特率数字通信技术三、抗噪声性能三、抗噪声性能M 的改善量的改善量 81.65164.20327.02

14、649.950nEbMQAM相对于相对于MPSK的的 的改善量的改善量 0nEb数字通信技术三、抗噪声性能三、抗噪声性能 MQAM信号的频带效率和功率效率信号的频带效率和功率效率 (取取 = 1) M416642561024 4096 QAM 123456Eb/n0(PM=10e-6)dB 10.515.018.524.028.033.5数字通信技术三、抗噪声性能三、抗噪声性能载波偏移对载波偏移对128-OFDM系系统信噪比的影响（多普勒统信噪比的影响（多普勒频移为频移为0）子信道带宽的载波偏移子信道带宽的载波偏移数字通信技术三、抗噪声性能三、抗噪声性能OFDMOFDM系统系统BERBER分析

15、分析多普勒频移和载波偏移多普勒频移和载波偏移 对对128-OFDM128-OFDM系统的共同影响系统的共同影响 数字通信技术四、滤波和限幅对传输性能的影响四、滤波和限幅对传输性能的影响对信号进行带限滤波导致已调信号的包络波动，而后再对信号进行带限滤波导致已调信号的包络波动，而后再经过信道非线性饱和区的限幅，进一步加剧了信号的畸经过信道非线性饱和区的限幅，进一步加剧了信号的畸变，结果使传输性能下降。主要表现在：变，结果使传输性能下降。主要表现在：性能恶化的程度与带限的已调信号的包络起伏程度以及性能恶化的程度与带限的已调信号的包络起伏程度以及滤波的程度有关滤波的程度有关数字通信技术实测的带限实测的

16、带限QPSK及带限并硬限幅及带限并硬限幅QPSK的频谱的频谱 垂直：垂直：10dB/格格水平：水平：20kHz/格格四、滤波和限幅对传输性能的影响四、滤波和限幅对传输性能的影响数字通信技术四、滤波和限幅对传输性能的影响四、滤波和限幅对传输性能的影响抗信道的非线性性能抗信道的非线性性能滤波和限幅导致功率谱再生滤波和限幅导致功率谱再生0 0-60-60-50-50-40-40-30-30-20-20-10-101/2Ts1/Ts3/2Ts2/Ts5/2Ts3/Ts0QPSKMSKOQPSKIJF-QPSKf-ff-fc c数字通信技术四、滤波和限幅对传输性能的影响四、滤波和限幅对传输性能的影响抗噪

17、声性能下降抗噪声性能下降OQPSK滤波和限幅对调制信号抗噪声性能的影响。滤波和限幅对调制信号抗噪声性能的影响。（其中（其中B B是滤波器的双边是滤波器的双边3dB3dB带宽，带宽，T Tb b是比特宽度）是比特宽度）归一化带宽归一化带宽BTb数字通信技术QPSKQPSK、OQPSKOQPSK、MSKMSK、GMSKGMSK调制信号可以表示为：调制信号可以表示为：ttAttAttAtscccsin)(sincos)(cos)(cos()(五、讨论五、讨论(a) 正交调制器的一般结构正交调制器的一般结构成形滤波器cosctS(t)90成形滤波器串并U(t)BPF加权滤波器加权滤波器ikqkI(t)

18、Q(t)bsTT2)(sin)()(cos)(tAtQtAtI数字通信技术带通CR90STR判决判决并/串匹配滤波器匹配滤波器TbS(t) + n(t)(b) 正交解调器的一般结构正交解调器的一般结构Tb积分清洗器积分清洗器或或 的匹配滤波器的匹配滤波器五、讨论五、讨论数字通信技术3 3、调制技术的发展过程、调制技术的发展过程 以前的调制技术基本是沿着改善调制信号功率谱特性的思路发展的。以前的调制技术基本是沿着改善调制信号功率谱特性的思路发展的。（1）减小相位调制的跳变量：）减小相位调制的跳变量：BPSK /2-DBPSK； QPSK /4-DQPSK OQPSK；（2）发展到连续相位调制：发展到连续相位调制：MSK，CPM；（3）努力改善连续相位调