第08章新型数字带通调制技术

1、 - - - - - -通信原理第八章新型数字带通调制技术第 8 章 新型数字带通调制技术8.1 正交振幅调制8.2 最小频移键控和8.3 正交频分复用最小频移键控知识依赖：第七章数字带通传输系统随着 VLSI 和DSP 技术的发展，一些性能上各有所长但实现较复杂的新型调制系统得以广泛应用通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 2Copyright 2012 DyNEs8.1 正交振幅调制QAM (Quadraturelitude Modulation)属于振幅、相位联合键控APKMASK、MPSK 分析从星座图可以观察到：若信号的幅度 (功率) 不变，当M 增加时，相邻信号点

2、的欧氏距离减小，对应着噪声容限减小，抗噪声性能减弱通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 3Copyright 2012 DyNEs8.1 正交振幅调制 QAM 基本原理QAM 基本原理用两个独立的基带波形( 二进制/多进制)，对正交的同频载波进行MASK-SC 调制，实现信号并行传输正交载波：cosw0t 、cos(w0t p/2) = sinw0t传输信号：s(t) = mI(t)cosw0t - mQ(t)sinw0tm (t)m (t)IIcosw tcosw t00s(t)可不同进制-sinw0t mQ(t)-sinw0tmQ(t)通信原理 第 8 章 新型数字带通调

3、制技术Page # 4Copyright 2012 DyNEs低通滤波信道90移相90移相低通滤波8.1 正交振幅调制16QAM4QAMQPSK16QAM与 16PSK 比较，噪声容限：QdAI当最大幅度相同时AQAM = APSKAd通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 5Copyright 2012DyNEs8.1 正交振幅调制16QAM设各符号等概，平均功率相等：QdAI当平均功率相同时，16QAM比 16PSK 的噪声容限大：1.62 + 2.55 = 4.17 dBAd通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 6Copyright 2012DyNEs8

4、.1 正交振幅调制常用的星座图常用的星座图：4QAM16QAM32QAM64QAM128QAM256QAMM= 2NN 为偶数时，星座图为矩形N 为奇数时，星座图为形通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 7Copyright 2012 DyNEs8.1 正交振幅调制QAM 调制与解调比特率 波特率：Rb = RBlog2 MQAM 调制与解调1. 正交调幅法：Q1011010000011110I用正交的 MASK 叠加实现M = L2Rbcoswct-sinwctcoswct-sinwctRb通信原理 第 8 章新型数字带通调制技术Page # 8Copyright 2012

5、DyNEs抽样(L-1)限门低通滤波2 L电平转换并串变换定时脉冲/2串并变换/2抽样(L-1)门限低通滤波2 L电平转换8.1 正交振幅调制QAM 调制与解调2. 复合相移法：用独立的 MPSK 叠加实现100110001110 11111100 1101101110110001000100010000010001010110差分象限符号，码符号00110010011116QAM 其他星座图：例：V.29 (Modem)9600 b/s2400 Baudfc = 1700 HzB = 2400 Hz(500 2900 Hz)4.612.61通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page

6、# 9Copyright 2012 DyNEsHow ?8.1 正交振幅调制 QAM 调制与解调例：信道频带600 3000 Hz，载频1800 Hz，求速率bps1. 采用a = 0.2 升余弦滚降基带信号QPSK 调制2. 采用a = 0.5 升余弦滚降基带信号16QAM 调制3. 画出16QAM 调制的发送端框图(采用矩形星座)解：B = 2400 Hz，B基带 = 1200 Hz1. RB = 2400/1.2 = 2000 B；Rb = RB log24 = 4000 bps2. RB = 2400/1.5 = 1600 B；Rb = RB log216 = 6400 bps2 bi

7、t/组0.61.83.0kHzcosw t4 bit/组c-sinwct2 bit/组通信原理 第 8 章新型数字带通调制技术Page # 10Copyright 2012 DyNEsa = 0.5成形滤波2 4电平转换串并 变换a = 0.5成形滤波2 4电平转换8.1 正交振幅调制8QAM8QAM幅度控制(1, 1)采用任一星座图皆可实现：Rb = RBlog2M通信原理 第 8 章新型数字带通调制技术Page # 11Copyright 2012 DyNEs二电平波形1二电平波形二电平波形四电平波形8.2 最小频移键控和最小频移键控频率正交通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Pag

8、e # 12Copyright 2012 DyNEs8.2 最小频移键控和最小频移键控最小移频键控MSK带宽最小、相位连续、包络恒定、频率正交的2FSK简单说明：从CPFSK ( 连续相位FSK ) 出发码元宽度为Ts ，f1 0，vo 0-、-+：qk(t) 0，vo 0(2i -1)Ts (2i +1)Ts+-+-q (t)k+t-sinwct2Ts2i Ts 2(i +1)Ts-通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 26Copyright 2012DyNEs 奇 k 异码，jk 变 p积分载波提取积分8.2 最小频移键控和最小频移键控MSK 信号的功率谱密度MSK 信号

9、的功率谱密度无离散谱Ps(f )Ps(f ) /dB1.0QPSK, OQPSK MSK2PSK2FSK0MSK2PSK-10-20-30-400.5(f -fc)Tb(f -fc)Tb0.51.01.50.75 1234通信原理第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 27Copyright 2012 DyNEs四次方衰减8.2 最小频移键控和最小频移键控MSK 信号的功率谱密度MSK 信号的功率谱密度无离散谱90% 功率带宽：MSK、QPSK、OQSPK：B = 1/TbBPSK：B = 2/Tb99% 功率带宽：MSK：B = 1.2/TbQPSK、OQSPK：B = 8/TbMSK

10、 与QPSK 和OQPSK 相比：功率谱密度更集中，旁瓣下降更快，对临道干扰更小通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 28Copyright 2012 DyNEs四次方衰减8.2 最小频移键控和最小频移键控 MSK 信号的误码率性能MSK 信号的误码率性能误码率性能与接收方式有关：用 2FSK 相干解调时误比特率性能比2PSK 信号的性能差 3 dB用匹配滤波器接收时误比特率性能与2PSK、QPSK 及OQPSK 等性能一样通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 29Copyright 2012 DyNEs8.2 最小频移键控和最小频移键控最小频移键控 GMS

11、K最小频移键控GMSKMSK：已调信号具有恒定包络，功率谱在主瓣以外衰减较快GMSK：Gaussian Filtered Minimus Shift Keying移动通信要求信号带外辐射功率必须衰减 70 dB 以上，MSK 信号仍不能满足此要求GMSK 是 MSK 的改进，满足对邻道干扰的严格要求，被泛欧数字蜂窝移动通信系统 (GSM) 所采用。基带矩形波形通过预调制滤波，得到较好的频谱特性，然后再进行 MSK 调制：通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 30Copyright 2012 DyNEsMSK调制器预调制滤波器8.2 最小频移键控和最小频移键控最小频移键控 GM

12、SK预调制滤波器采用型低通滤波器BbBbTb1.00.750.50.40.30.20.11Bb：滤波器的 3 dB 带宽冲激响应为型：0.5GSM 采用BbTb = 0.3 GMSK由图，GMSK 存在码间串扰通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 31Copyright 2012 DyNEsMSK调制器预调制滤波器8.2 最小频移键控和最小频移键控最小频移键控 GMSK功率谱密度(dB)100-10-20-30-40-50-60-70-80-90-100-110-12000.51.01.52.02.5通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 32Copyrigh

13、t 2012 DyNEsQPSKMSK0.16BbTb0.20.30.5TFM8.2 最小频移键控和最小频移键控最小频移键控 GMSKGMSK 信号中包含给定功率百分比的射频带宽通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 33Copyright 2012 DyNEs功率BbTb90%99%99.9%99.99%0.2GMSK0.52 Rb0.79 Rb0.99 Rb1.22 Rb0.25GMSK0.57 Rb0.86 Rb1.09 Rb1.37 Rb0.5GMSK0.69 Rb1.04 Rb1.33 Rb2.08 RbMSK0.78 Rb1.20 Rb2.76 Rb6.00 Rb8

14、.3 正交频分复用 OFDMOrthogonal Frequency DiviMultiplexingOFDM 是一种并行 (多载波) 传输体制串行体制：使用一个载波，符号流为串行为了提高信息速率，码元持续时间Tb 占用带宽B ，信道特性不理想时，较严重的多径和码间串扰OFDM 将信道分为N 个子信道，子信道特性接近理想，每路仅传输数据的 1/N，Tb 可提高抗多径传统 FDM：能力每个子载波间隔较大，有OFDM：带；简单、频带利用率低各子载波频谱有1/2，但相互正交，带宽节省1/2通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 34Copyright 2012 DyNEs8.3 正交

15、频分复用OFDMOFDM 发展：并非新出现的技术，早期用于但设备复杂，费用昂贵无线高频通信系统，1980 年代，提出了采用IDFT 实现多载波调制的方法，降低了实现的复杂程度和成本，使OFDM 技术实用化OFDM 的特点：各路子信道的已调信号频谱有；频带利用率高各路子载波是严格正交的，接收端利用相关接收技术，可完全分离各路信号每路子载波的调制是多进制调制根据各路子信道特性的不同，各路子载波可采用不同的调制制度：2DPSK、DQPSK、16QAM、.通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 35Copyright 2012 DyNEs8.3 正交频分复用OFDM波形、频谱及频带利用率OFDM 采用矩形脉冲成形M-ary code, log2Mbit.N路子载波Ts单载波M 进制传输：对比1/Tsf可见，OFDM 的频带利用率比单载波体制提高约一倍通信原理 第 8 章 新型数字带通调制技术Page # 36Copyright 2012