第05讲-载波传输

1、无线通信工程无线通信工程姚彦教授姚彦教授清华大学微波与数字通信国家重点实验室清华大学微波与数字通信国家重点实验室20012001年年1111月月2424日日第五讲第五讲载波传输载波传输n引言引言n复包络分析法复包络分析法n多相移相键控多相移相键控n正交移幅键控正交移幅键控n连续相位移频键控连续相位移频键控n载波同步载波同步n时钟同步时钟同步引引 言言引言引言（1）n模拟调制和数字调制n以正弦波为载波的调制（无论是模拟调制还是数字调制）总是可以分成：调幅、调相、调频三大类n数字信号的调幅、调相、调频一般称为：移幅键控、移相键控、移频键控n数字信号的解调可以分成：相干解调和非相干解调二大类引言引言

2、（2）n数字信号调制数字信号调制 要关心的：l频谱性能l包络性能n数字信号解调数字信号解调 要关心的：l误码性能复包络分析法复包络分析法表示法表示法n载波键控信号可以表示为：n其中：称为载波键控信号的复包络。n多相移相键控n正交移幅键控n连续相位移频键控tjetuts0)(Re)()()()()()(tjytxetatutjkjMjIStjeekTtgetatuk02)()()()(iyikxkTiTtgytykTtgxtxtjytxtu)()()()()()()(0其中：kkSkdtjkTtqIftAetu)(2)()()(其中：调制与解调过程调制与解调过程n调制过程调制过程 复数调制器n解

3、调过程解调过程 复数解调器相乘相乘合路coswtsinwtx(t)y(t)s (t)分路相乘相乘s (t)coswt-sinwtx(t)y(t)求功率谱密度求功率谱密度n载波键控信号的功率谱密度n载波键控信号的功率等于它的等效基带信号功率的一半。 n窄带噪声信号的功率谱密度n若N0代表窄带噪声的单边功率谱密度，则它也代表等效基带噪声中同相或者正交分量的双边功率谱密度。 )()(41)(00ffSffSfSuus)()()(0,0,ffSffSfSQnInn单边通过带通信道通过带通信道n带通信道H(f)的等效低通信道HB(f)：n时域响应：n载波键控信号通过一个带通系统，等效为它的等效基带信号通

4、过等效基带系统。 )()()(0*0ffHffHfHBBtjBethth0)(Re2)(多相移相键控多相移相键控n绝对移相绝对移相n相对移相相对移相n相干解调相干解调n延时相干解调延时相干解调n非相干解调非相干解调n正交展开正交展开n其中：其中：n二相移相键控二相移相键控 M2，0=/2, Ik0,1 xk=(0,0) yk=(1,-1)n四相移相键控四相移相键控 M4，0=/4, Ik0,1,2,3 xk=(0.7,-0.7,-0.7,0.7) yk=(0.7,0.7,-0.7,-0.7)n八相移相键控八相移相键控 M8，0=/8, Ik0,1,2,3,4,5,6,7 xk=(0.9,0.4

5、,-0.4,-0.9,-0.9,-0.4,0.4,0.9) yk=(0.4,0.9,0.9,0.4,-0.4,-0.9,-0.9,-0.4)()()()2(sin)()2cos()()(002skkskkskkkskkjMjISkTtgyjkTtgxkTtgMIjkTtgMIeekTtgtuok)2sin()2cos(00MIyMIxkkkkn多相键控信号的矢量表示多相键控信号的矢量表示n功率谱密度功率谱密度20)(21)(ffGTfSss2002)()(sin2)(ssssTffTffTAfSn相位逻辑：自然码相位逻辑：自然码n相位逻辑：格雷码相位逻辑：格雷码n相位逻辑的矢量表示相位逻辑的矢

6、量表示n差分编码差分编码n为什么需要差分编码？克服在接收端进行相干解调时存在的参考载波相位含糊度。n接收端的参考载波：n发送码为 ，接收码为n让发送码和输入的信息码存在关系：n接收端恢复信息码：n就有：02MDDIIMkkkI1kMkkJIJ1kMkkJJIkkMkMkMMkkIJJDJDJI11n差分编码差分编码n二进制差分编码：相对码、绝对码n四进制差分编码：自然码差分编译码、格雷码差分编译码n差分运算会引入误码扩散正交移幅键控正交移幅键控矢量表示矢量表示n常用的正交移幅键控：常用的正交移幅键控：QPSK、16QAM、64QAM，.复包络表示复包络表示n复包络表示法 u(t) = x(t)

7、 + j y(t)n其中x(t)和y(t)是多电平的基带信号 QPSK：1 16QAM：1, 3 64QAM： 1, 3, 5, 7n二进制和多进制的转换：电平逻辑n自然码电平逻辑n格雷码电平逻辑n功率谱密度QPSK：16QAM:64QAM:200)()(sin)(sssmsTffTffEfS200)()(sin95)(sssmsTffTffEfS200)()(sin73)(sssmsTffTffEfSn频谱利用率 QPSK: 1b/s/Hz， 16QAM: 2b/s/Hz 64QAM: 3b/s/Hz接收判决过程接收判决过程n在解调判决过程中，分别对I，Q二路进行多电平判决，得到一系列判决变

8、量，然后对判决变量进行逻辑运算，得到原始信息。n比特差错率计算公式QPSK16QAM64QAM021NEerfcPbe05283NEerfcPbe071247NEerfcPbe连续相位移频键控连续相位移频键控说说 明明n希望寻找一类调制方法，具有较好的频谱利用率、功率利用率，同时又具有恒定包络。n连续相位移频键控能较好地满足这些要求。n前二种调制方法存在的问题：l频谱利用率和功率利用率的矛盾l频谱利用率和恒定包络的矛盾最小移频键控（最小移频键控（MSK）n满足二个条件： 调制指数 h=0.5 在码元交替点相位连续nMSK的相位变换轨迹的相位变换轨迹nMSK的的调制调制nMSK的的解调解调nMS

9、K的频谱特性的频谱特性 MSK的误码特性的误码特性和差分编码的四相移相键控（DCQPSK）一样。0NEerfcPbe 原理：有人证明，连续相位调制的频谱旁瓣随频率的变化以 的规律下降，其中c为相位函数的导数保持连续的阶数。对于MSK，c0，所以旁瓣随频率按 f-4 的规律下降。 相位函数的导数是频率函数，令频率函数为高斯函数，其无穷多阶的导数都连续，因而具有十分良好的频谱特性。)2(2cf高斯预滤波最小移频键控（高斯预滤波最小移频键控（GMSK）高斯预滤波最小移频键控（高斯预滤波最小移频键控（GMSK）（续）（续）n频谱特性如左图n误码特性比QPSK约恶化1dB。 载波同步载波同步载波同步的原理载波同步的原理n从插入载波的信号中实现载波同步n从抑制载波的信号中实现载波同步从抑制载波的信号中实现载波同步从抑制载波的信号中实现载波同步非线性处理线性过滤键控信号参考载波QPSK信号的载波同步：四次方环信号的载波同步：四次方环QPSK信号的载波同步：逆调制环信号的载波同步：逆调制环QPSK信号的载波同步：判决反馈环信号