移动通信第二章 调制技术2

1、第二章 调制技术目录目录什么是调制、解调？什么是调制、解调？调制的目的是什么？调制的目的是什么？调制的分类调制的分类线性调制与解调线性调制与解调恒定包络（连续相位）调制恒定包络（连续相位）调制（书（书2.5节）扩频通信节）扩频通信（书（书2.6节）多载波通信节）多载波通信调制、解调技术 使高频信号的某个参数（如幅度、频率和相使高频信号的某个参数（如幅度、频率和相位）随基带信号发生相应的变化，以此方法携带位）随基带信号发生相应的变化，以此方法携带基带信号的信息。基带信号的信息。 解调是调制的逆过程。解调是调制的逆过程。什么是什么是调制、解调调制、解调？调制的调制的目的目的是什么？是什么？ 使传输

2、的模拟信号或数字信号变换成适合信信道道传输的信号。？移动通信信道的特点？移动通信信道的特点调制、解调技术调制、解调技术调制、解调技术移动通信信道的特点：移动通信信道的特点： 调制后频带利用率高（用每调制后频带利用率高（用每Hz所传的比特数来衡量）。所传的比特数来衡量）。 已调信号的频谱旁瓣小，避免对邻道的干扰。已调信号的频谱旁瓣小，避免对邻道的干扰。 抗衰落性能好，误码率尽可能低。抗衰落性能好，误码率尽可能低。 同频复用的距离小。同频复用的距离小。 能高效率解调，降低移动台功耗。能高效率解调，降低移动台功耗。 电路易于实现。电路易于实现。所以对调制、解调技术的要求：所以对调制、解调技术的要求：

3、 带宽有限带宽有限 干扰和噪声影响大干扰和噪声影响大 存在着多径衰落存在着多径衰落调制、解调技术三三. 调制的调制的分类分类实际应用中的数字调制技术分为两类：实际应用中的数字调制技术分为两类：线性调制：PSK、QPSK、DQPSK、OQPSK、 /4-DQPSK等恒定包络（连续相位）调制：MSK、GMSK、 GFSK等模拟调制：AM、FM、PM数字调制：ASK、FSK、PSK调制、解调技术n 以上两种调制的优缺点：以上两种调制的优缺点：线性调制（一般不等幅）线性调制（一般不等幅）： 优点：频带利用率高优点：频带利用率高 缺点：要求通信设备从频率变换道放大和发射保缺点：要求通信设备从频率变换道放

4、大和发射保 持充分的线性，所以设备复杂、成本高持充分的线性，所以设备复杂、成本高恒定包络（连续相位）调制（等幅）恒定包络（连续相位）调制（等幅）： 优点：可使用功率高的优点：可使用功率高的C类放大器类放大器 缺点：频谱利用率低缺点：频谱利用率低调制、解调技术n线性调制与解调线性调制与解调 设输入信号：an，an=1，n=-, 则PSK的信号形式为： 11coscos nnccaatAtAts， 1. 相移键控调制（相移键控调制（PSK）调制、解调技术a 调制调制、解调技术b 解调调制、解调技术c 误比特率 rerfce21P re e21P相干解调：差分相干解调：调制、解调技术2. 正交相移键

5、控（正交相移键控（QPSK）和）和 交错正交相移键控（交错正交相移键控（OQPSK） ttqttitAtAtccckck sincossinsincoscoss QPSK星座图调制、解调技术a 调制星座图QPSK载波相位跳变载波相位跳变0，/2， OQPSK载波相位跳变载波相位跳变0，/2调制、解调技术b 解调采用相干解调c 比较（2PSK、QPSK、OPSK）1）QPSK比2PSK频带利用率高两倍 QPSK相当于两个相当于两个2PSK的叠加，带宽不变，的叠加，带宽不变， 而传输速率多而传输速率多1倍倍2）OQPSK比QPSK的频谱旁瓣要低3）OPSK比QPSK的抗干扰能力强调制、解调技术3.

6、 /4-DQPSK调制调制是对是对QPSK的改进：的改进：1）QPSK的相位跳变的相位跳变, , /4-DQPSK的的跳变为跳变为3 3/4，改变了频率特性。，改变了频率特性。2）QPSK只能相干解调，而只能相干解调，而/4-DQPSK可可进行非相干解调，接收设备大大简化。进行非相干解调，接收设备大大简化。调制、解调技术a 调制 )(coskcktts 调制、解调技术 tVtttttsckckckckkck sincosUsinsincoscos)(cos 调制、解调技术调制、解调技术b 解调1) 基带差分检测基带差分检测解码：解码：调制、解调技术2) 中频差分检测中频差分检测调制、解调技术3

7、) 鉴频器检测鉴频器检测调制、解调技术4. QAMQAM调制调制 是二进制的是二进制的PSK、四进制、四进制QPSK调制的进一调制的进一步推广，通过相位和振幅的联合控制。步推广，通过相位和振幅的联合控制。调制、解调技术调制、解调技术调制、解调技术1. 频移键控调制（频移键控调制（FSK）五五. 恒定包络（连续相位）调制恒定包络（连续相位）调制带宽为：带宽为：B=|f2-f1|+2fs调制、解调技术a 调制-1 +1调制、解调技术b 解调调制、解调技术c 误比特率 221Prerfce调制、解调技术2. 最小频移键控调制（最小频移键控调制（MSK） 是一种特殊形式的是一种特殊形式的FSK，频差满

8、足两个频率，频差满足两个频率相互正交的最小频差。相互正交的最小频差。 即：即：f=f2-f1=1/(2Tb)5 . 0/1 bTfh调制指数：调制指数：Tb为输入数据流的比特宽度。为输入数据流的比特宽度。调制、解调技术012345678910111213141516-1+1+1-1-1-1-1+1+1+1+1-1+1-1-1-1+1-1-1+1-1+1+1+1-1+1+1+1-1-1-1+1+1-100-2-3-3-34-4-4-4777-7-79-1-1+1+1-1-1-1-1+1+1+1+1+1+1-1-1+1+1+1+1-1-1-1-1+1+1+1+1-1-1-1-1-1-1Tb2Tb3

9、Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb10Tb11Tb12Tb13Tb14Tb15Tb16Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb10Tb11Tb12Tb13Tb14Tb15Tb16TbTbkdkakxkcosxkcosxkcost2Tbakcosxksint2TbakcosxkttTxattTxxtaTttScbkkcbkkkbc sin2sincoscos2coscos2cos)( 调制、解调技术a 调制akcosxkcosxk调制、解调技术b 解调调制、解调技术c 与FSK比较1）频率利用高2）误码率低3）有自同步性能调制、解调技术3. 高斯最小频移键控（高斯最小频移键控（

10、GMSK）a 调制调制、解调技术b 解调调制、解调技术4. 高斯滤波的频移键控（高斯滤波的频移键控（GFSK）a 调制b 应用数字无绳电话系统数字无绳电话系统CT2、DECT等。等。2.5 扩频通信一一. 概述概述2.5 扩频通信扩频通信扩频扩频把信息的频谱扩展到宽带中进行传输的技术。把信息的频谱扩展到宽带中进行传输的技术。2. 扩频通信与常规的窄带通信方式的区别：扩频通信与常规的窄带通信方式的区别：1）信息的频谱扩展后形成宽带传输。2）相关处理后恢复成窄带信息数据。2.5 扩频通信3. 典型扩展频谱系统框图典型扩展频谱系统框图2.5 扩频通信3）隐蔽性好4）可以实现码分多址（CDMA系统使用

11、）5）抗多径干扰1） 易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率。2） 抗干扰能力强，误码率低。4. 优点优点2.5 扩频通信5. 扩频方式扩频方式 直接序列（直接序列（DS）：用比特率高很多倍的伪随机码即噪声码（PN）与信号相乘，来扩展带宽。2.5 扩频通信 跳频（跳频（FH）：用扩频码控制载波频率。：用扩频码控制载波频率。GSM系统：规定跳频频率为系统：规定跳频频率为217跳跳/秒秒2.5 扩频通信 跳时（跳时（TH）：用扩频码去控制信号传输的时片。：用扩频码去控制信号传输的时片。2.5 扩频通信二二. 直接序列扩频（直接序列扩频（DSS）组成与原理）组成与原理2.5 扩频通信扩频扩频解扩解扩

12、2.5 扩频通信伪随机序列：伪随机序列：m序列序列(PN序列序列)Gold序列序列Walsh函数函数2.5 扩频通信n主要性能指标主要性能指标1）处理增益（）处理增益（Gp）：）：频谱扩展前的信息带宽频谱扩展前的信息带宽F与频带扩展后的信号带宽与频带扩展后的信号带宽W之比。之比。FWp GFWp lg10G工程上：工程上：2）抗干扰容限：）抗干扰容限：指扩频通信系统能在多大干扰指扩频通信系统能在多大干扰环境下正常工作的能力。环境下正常工作的能力。 soutLNSGpjM Mj：抗干扰容限：抗干扰容限 Ls：接收系统的工作损耗：接收系统的工作损耗（S/N）out：信息数据被正确解调而要求的最小输

13、出信噪比：信息数据被正确解调而要求的最小输出信噪比2.5 扩频通信举例：一个扩频通信系统处理增益为举例：一个扩频通信系统处理增益为35dB。要求误。要求误码率小于码率小于10-5的信息数据解调的最小的输出信噪比的信息数据解调的最小的输出信噪比（S/N）out10dB，系统损耗为，系统损耗为Ls3dB，则干扰，则干扰容限为多少？容限为多少？解：解：）（）（db2231035Mj soutLNSGp2.6 多载波通信 多载波传输首先把一个高速的数据流分解为若干个低速多载波传输首先把一个高速的数据流分解为若干个低速的子数据流（这样每个子数据流将具有低得多的比特速率），的子数据流（这样每个子数据流将具

14、有低得多的比特速率）， 然后，然后， 对每个子数据流进行符号调制（符号匹配）和滤波对每个子数据流进行符号调制（符号匹配）和滤波（波形形成），（波形形成）， 再用这样的子数据流的已调符号去调制相应再用这样的子数据流的已调符号去调制相应的子载波，的子载波， 从而构成多个并行的已调信号，经过合成后进行从而构成多个并行的已调信号，经过合成后进行传输。传输。2.6 多载波通信多载波通信一一. 多载波传输系统多载波传输系统g(t)Sn, 0t0jeg(t)Sn, ktkjeg(t)Sn, N1tN 1jesn(t)信道t0j er(t)g* ( t)g* ( t)g* ( t)-tkj e-tN 1j e

15、-g(t)Sn, 0t0jeg(t)Sn, ktkjeg(t)Sn, N1tN 1jesn(t)信道t0j er(t)g* ( t)g* ( t)g* ( t)-tkj e-tN 1j e- 在单载波系统中，在单载波系统中， 一次衰落或者干扰就可以导致整个传一次衰落或者干扰就可以导致整个传输链路失效输链路失效， 但是在多载波系统中，但是在多载波系统中， 某一时刻只会有少部某一时刻只会有少部分的子信道会受到深衰落或干扰的影响分的子信道会受到深衰落或干扰的影响， 因此因此多载波系统具多载波系统具有较高的传输能力以及抗衰落和干扰能力。有较高的传输能力以及抗衰落和干扰能力。 第第1种方法种方法： 各子

16、载波间的间隔足够大，各子载波间的间隔足够大， 从而使各路子从而使各路子载波上的已调信号的频谱不相重叠载波上的已调信号的频谱不相重叠. 该方案就是传统的频分复用方式，该方案就是传统的频分复用方式， 即将整个频带划分即将整个频带划分成成N个不重叠的子带，个不重叠的子带， 每个子带传输一路子带已调信号，每个子带传输一路子带已调信号， 在接收端可用滤波器组进行分离。在接收端可用滤波器组进行分离。 这种方法的优点是实这种方法的优点是实现简单、现简单、 直接；直接； 缺点是频谱的利用率低，缺点是频谱的利用率低， 子信道之间要子信道之间要留有保护频带，留有保护频带， 而且多个滤波器的实现也有不少困难。而且多

17、个滤波器的实现也有不少困难。 在多载波传输技术中，在多载波传输技术中， 对每一路载波频率（子载波）对每一路载波频率（子载波）的选取可以有多种方法，的选取可以有多种方法， 它们的不同选取将决定最终已调它们的不同选取将决定最终已调信号的频谱宽度和形状。信号的频谱宽度和形状。ffnfnf(a)(b)(c)第第2种方法种方法： 各子载波间的间隔选取，各子载波间的间隔选取， 使得已调信号的频谱使得已调信号的频谱部分重叠，部分重叠， 使复合谱是平坦的。使复合谱是平坦的。 重叠的谱的交点在信号功率重叠的谱的交点在信号功率比峰值功率低比峰值功率低3 dB处。处。 子带已调信号之间的正交性通过交错子带已调信号之

18、间的正交性通过交错同相或正交子带的数据得到同相或正交子带的数据得到(即将数据偏移半个码元周期即将数据偏移半个码元周期)。 ffnfnf(a)(b)(c)ffnfnf(a)(b)(c)第第3种方案是种方案是： 各子载波是互相正交的，各子载波是互相正交的， 且各子载波的频谱有且各子载波的频谱有1/2的重叠。的重叠。 该调制方式被称为正交频分复用该调制方式被称为正交频分复用(OFDM)。 此时此时的系统带宽比的系统带宽比FDMA系统的带宽可以节省一半。系统的带宽可以节省一半。二二. OFDM的基本原理的基本原理g(t)Sn, 0t0jeg(t)Sn, ktkjeg(t)Sn, N1tN 1jesn(

19、t)信道t0j er(t)g* ( t)g* ( t)g* ( t)-tkj e-tN 1j e-g(t)Sn, 0t0jeg(t)Sn, ktkjeg(t)Sn, N1tN 1jesn(t)模/数数/模g(t)Sn, 0t0jet0jeg(t)Sn, ktkjetkjeg(t)Sn, N1tN 1jetN 1jesn(t)模/数数/模g(t)Sn, 0t0jeg(t)Sn, ktkjeg(t)Sn, N1tN 1jesn(t)模/数数/模g(t)Sn, 0t0jet0jeg(t)Sn, ktkjetkjeg(t)Sn, N1tN 1jetN 1jesn(t)模/数数/模g(t)Sn, 0t0je?g(t)Sn, ktk?jeg(t)Sn, N1tN 1je?数/模g(t)Sn, 0t0je?t0je?g(t)