无线调制与编码第四章课件

第四章调制解调器设计§4.1调制解调器结构§4.2调制器§4.3相干解调器§4.4非相干解调器§4.5同步《返回〈上页下页〉第四章调制解调器设计§4.1调制解调器结构《返回〈上页1§4.0引言

●调制解调器合称modem

●

解调往往比调制复杂困难得多

●基于软件无线电全数字化实现

●多媒体业务对数字终端的数据吐率、BER及延时要求●调制技术线性非线性

●解制技术相干和非相干同步《返回〈上页下页〉§4.0引言《返回〈上页下页〉2§4.1modem结构1.一般结构此部分在现代系统中通常用DSP实现§4.1modem结构此部分在现代系统中通常用DSP实现3●

modem在(数字)用户接口和(模拟)射频子系统间提供基本链路●相干解调器要求再生参考载波，故须包含载波恢复单元●modem在(数字)用户接口和(模拟)射4§4.2调制器1.线性调制就是一乘法器：给出正炫载波与基带数据的乘积，通常基带数据要经奈奎斯特滤波●对BPSK为实数乘法器；对其它线性调制为复数乘法●乘法器实现传统模拟乘法器微波器件、有源半导体现代全数字DSP

§4.2调制器52.非线性调制

原理上：VCO调频，但很难保证调制指数精度实际中：1)

MSK调制器线性调制器－I/Q调制器2.非线性调制62)

GMSK调制器两种方法●幅度调制脉冲（AMP)分解法将GMSK信号分解为两种类似高斯波形的脉冲分别调制同相和正交载波后所得信号之和如图4－3●相位调制法直接产生所需相位轨迹

如图4－4

2)GMSK调制器7图4.3用AMP分解法产生GMSK信号由两个信号脉冲序列（虚线）合成同相分量（实线）同相分量合成所得的近似信号（实线）与精确信号比较（虚线）（注x轴每个刻度对应两个单位，或一个符号周期图4.3用AMP分解法产生8图4.4用直接相位法产生GMSK信号1高斯滤波2积分，频率转相位3由相位产生同相和正交分量图4.4用直接相位法产生GM9§4.3相干解调器1.相干解调器概念使用原始信号相位相干复制品，既同频又同相，进行工作

●能充分利用接收信号中的信息，得到最佳或最大似然解调2.一般原理

§4.3相干解调器10●框图★整个结构为匹配于已调信号的滤波器★I/Q解调器●框图★整个结构为匹配于已调信号的滤波器11●信号波形●信号波形12●分析●分析13§4.4非相干解调器

1.基本概念

●相干解调可获得绝对相位，而非相干不能，须采用别的手段来估计传输符号

●仅由幅度信息来估计被传信息是不够的现代调制不采用幅移键控

●非相干解调器使用两类信息：瞬时频率和相对相位

●限幅鉴频器差分解调器均可用于各种调制恒包络调制常用限幅鉴频解调器§4.4非相干解调器14

●

非相干解调属于次最优解调由于缺化乏绝对相位信息比相干解调差1dB以上

●

对信道损伤更强壮瑞利衰落本振相位噪声受无线通信亲睐

●非相干解调属于次最优解调15§4.4.1包络检波器1.二极管检波器●

简单模拟电路●

波形§4.4.1包络检波器●简单模拟电路●波形162.理想包络检波器★本质上是一个I/Q解调器，而后取I/Q分量平方和的开方，即得所需包络★包络检波器的数字实现方式

2.理想包络检波器★本质上是一个I/Q解调器，173.BER性能

●输出统计特性数据0，仅有噪声，输出幅度服从瑞利分布数据1，信号噪声均有，输出幅度服从莱斯分布

其中为0阶修正的贝塞尔函数3.BER性能其中为0阶修正的贝塞尔函数18

●最佳检测门限概率分布的交点，一般并不是在0和1电平的中点随着信噪比增加，趋于为方便，取该固定值●误比特率计算

●最佳检测门限19数值上，第一项起主导作用，即

《返回〈上页下页〉数值上，第一项起主导作用，即《20

●BER曲线及与相干解调的比较图4.8非相干ASKBER(a)与相干解调(b)比较 ★非相干比相干恶化1～3dB★若根据实际信噪比选择最佳门限，非相干性能会好于上述结果●BER曲线及与相干解调的比较图4.8非相干21§4.4.2限幅鉴频解调器1.鉴频器1）

特性输出电压正比于输入信号的瞬时频率2）

电路图4.9模拟FM鉴频器 两个调谐电路(一个调谐频率略高于载波,一个略低于载波）后跟一对包络检波器,输出为检出的幅度之差，在载波频率处输出为0。●模拟FM鉴频器§4.4.2限幅鉴频解调器图4.9模拟FM鉴频器 22●基于PLL的鉴频器图4.10用于FM鉴频器的锁相环 PD相位监测器VCO输入电压正比于输入频率3)

全数字实现●数学描述

其中为接收信号的相位●基于PLL的鉴频器图4.1023无线调制与编码第四章课件24●数字实现图4.11限幅鉴频器的数字实现●数字实现图4.11限幅鉴频器的数字实现252.基于限幅鉴频器的非相干解调1）频移键控数据可直接从解调信号中提取2）相移键控线性调制须在鉴频器后接积分器（在一个符号间隔内积分），这样得到的输出将正比于一个符号到下一个符号的相位变化

2.基于限幅鉴频器的非相干解调26§4.4.3差分解调器1.原理用前一个符号作为当前符号的相位参考2.实现

●

DBPSK§4.4.3差分解调器27●多于两个相位的DPSKI/Q解调器3.相对相移键控因解调器对相位差而非对绝对相位响应，故采用相移键控方案时，发端须进行相对相移键控★

乘法器为复数乘法器，本码元复数一码元的复共扼相乘●多于两个相位的DPSK3.相对相移键控★乘法器为复284.DPSK 的BER

●数学推导设接受到的第k个符号（以复数形式表示）为其中为相对于本地振荡器的载波相位（未知）判决变量为4.DPSK 的BER其中为相对于本地振荡29第一项为信号项，第二、三项为不相关的高斯噪声项，方差均为，第四项与第二、三项潜在相关，但在感音区兴趣的信噪比范围，其很小，可忽略●结论

由上可看出，总噪声功率是相干解调时的2倍，所以预估其性能下降3dB5.DBPSKBER

●

表达式第一项为信号项，第二、三项为不相关的高斯30●

曲线图4.13BER曲线(a)相干BPSK/QPSK(b)非相干DBPSK(c)非相干DQPSK(精确)(d)近似DQPSK★与ASK时一样，低BER时，非相干DPSK比相干

BPSK恶化小于1dB，而非相干DQPSK比相干

QPSK约2.3dB，十分接近近似值3dB●曲线图4.13BER曲线(a)相干BPSK/QP316.基于差分解调器的非相干解调

1）频移键控

●

MSK相位变化以门限0对乘法器输出的虚部进行判决，即可直接得到判决数据6.基于差分解调器的非相干解调32

●

GMSK由于预滤波引入ISI，相位变化不再为，这将大大减小差分解调器输出图4.14GMSK眼图，时间带宽积0.3采用1比特延迟差分解调器采用2比特延迟差分解调器●GMSK图4.14GMSK眼图，时间带宽积033

★

ISI影响比相干解调时要严重得多，性能恶化可超过6dB★采用2比特差分解调可减小恶化量如图4－14(b)眼图展开变大，然而不再对称，所以最优判决门限不再为0，为解得原始数据需要较复则杂的解码器

2）相对相移键控直接得到相位差★ISI影响比相干解调时要严重得多，性能恶2）34§4.4.4滤波-包络检测器1.FSK解调方法相干解调非相干解调限幅-鉴频差分

滤波-包络检测

2.滤波-包络检测器

带通滤波器中心频率实现匹配滤波

二进制有两个滤波器M进制有m个滤波器§4.4.4滤波-包络检测器二进制有两个滤波器353.解调过程分析传输信号匹配与“1”信号的滤波器对于“1”和“0”信号的输出3.解调过程分析匹配与“1”信号的滤波器对于“1”和“0”36无噪声时无噪声时37同样地，匹配与“0”信号的滤波器对于“0”和“1”信号的输出为性能最佳，应有同样地，匹配与“0”信号的滤波器对于“0”和“1”信号的输38★相干解调时，h仅需为0.5的整数倍滤波-包络非相干解调时，h需为非零整数使其不像别的FSK解调器应用那么广泛4.误码性能

h为非零整数，所选包络检测器输出（如传1时为）服从赖斯分布，而没选检测器的输出服从瑞利分布★相干解调时，h仅需为0.5的整数倍4.误码性能392.3.3π/4－DQPSK《返回〈上页下页〉1.问题的提出调制方式频谱效率相位最大跳变幅度解调旁瓣衰减速率QPSK高相干慢OQPSK高相干快2.3.3π/4－DQPSK《返回〈上页下页〉1.40●OQPSK尽管频谱得到了改善，但仍须用相干解调●希望寻找一种调制系统，既能改善QPSK频谱,2.π/4－DQPSK1）概念即相位跳变最大值小于，同时又能采用相干解调的相位编码规则●《返回〈上页下页〉●OQPSK尽管频谱得到了改善，但仍须用相干2.π/41输入码组载波相位11-11-1-11-1的相位编码规则《返回〈上页下页〉输入码组载波相位11-11-1-11-1的相位编码规则《返回42●π/4－DQPSK是一种差分相位调制系统的相位编码规相位编码规则可由则得出的相位编码规则●《返回〈上页下页〉●π/4－DQPSK是一种差分相位调制系统的相位编码规相位43输入码组载波相位变化11-11-1-11-1的相位编码规则《返回〈上页下页〉输入码组载波相位11-11-1-11-1的相位编码规则《返回442）特点●相位特性:◆属差分（相对）相位调制系统，因而可采用非相干解调方法，以避免相干检测中的相干载波提取困难及相位模糊问题。◆最大相位跳变幅度为3π/4，优于QPSK，比OQPSK稍差。从而改善了QPSK那样180°相位突跳而产生的100%包络起伏。从而在通过带限非线性信道时，频谱扩散不严重。《返回〈上页下页〉2）特点●相位特性:《返回〈上页下页〉453)调制原理《返回〈上页下页〉3)调制原理《返回〈上页下页〉46《返回〈上页下页〉《返回〈上页下页〉47输入码组载波相位变化11-11-1-11-1《返回〈上页下页〉输入码组载波相位变化11-11-1-11-1《返回〈上页48《返回〈上页下页〉●串/并信号变换LPFLPF《返回〈上页下页〉●串/并信号变换LPFLPF49

12345678

1,1-1,11,-1-1,11,1-1,-11,1-1,-1

1-11-11-11-1

11-111-11-1

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