[互聯(lián)網(wǎng)]第5章移動(dòng)通信數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)(已修改)
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【正文】 2022/2/13 1 移動(dòng)通信技術(shù) 第 5章 移動(dòng)通信數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù) 2022/2/13 2 第 5章 移動(dòng)通信數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù) 數(shù)字調(diào)制技術(shù)概述 線性數(shù)字調(diào)制技術(shù) 恒包絡(luò)調(diào)制 * “線性”和“恒包絡(luò)”相結(jié)合的調(diào)制技術(shù) 2022/2/13 3 數(shù)字調(diào)制技術(shù)概述 概述 數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo) 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求 數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類 調(diào)幅與調(diào)頻 2022/2/13 4 概述 ? 第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調(diào)制技術(shù)。 ? 超大規(guī)模集成電路（ VLSI）和數(shù)字信號(hào)處理（ DSP）技術(shù)的發(fā)展使數(shù)字調(diào)制比模擬調(diào)制的傳輸系統(tǒng)更有效。 ? 新的多用途可編程數(shù)字信號(hào)處理器使得數(shù)字調(diào)制器和解調(diào)器完全用軟件來實(shí)現(xiàn)成為可能。 ? 嵌入式軟件實(shí)現(xiàn)方法可以在不重新設(shè)計(jì)和替換調(diào)制解調(diào)器的情況下改變和提高性能。 2022/2/13 5 數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo) ? 數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo)通常通過功率有效性 ?p（ Power Efficiency）和帶寬有效性 ?B（ Spectral Efficiency）來反映。 ? 功率有效性 ?p是反映調(diào)制技術(shù)在低功率電平情況下保證系統(tǒng)誤碼性能的能力，可表述成每比特的信號(hào)能量與噪聲功率譜密度之比： ? P = b0EN （ 6 1 ） 2022/2/13 6 數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo) ? 帶寬有效性 ?B是反映調(diào)制技術(shù)在一定的頻帶內(nèi)數(shù)字有效性的能力，可表述成在給定帶寬條件下每赫茲的數(shù)據(jù)通過率： ? 式中， R為數(shù)據(jù)速率（ bit/s）， B為調(diào)制射頻 RF信號(hào)占用帶寬。 ? B ( ( b i t/ s ) / H z )RB= （ 6 2 ） 2022/2/13 7 ? 由香農(nóng)（ Shannon）定理： ? 式中， C為信道容量； B為 RF帶寬； S/N為信噪比；lb = loga， a = 2。 ? 因此，最大可能的 ?BMAX為 數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo) ? B M AX = l b ( 1 )CSBN=+ （ 6 4 ） 2022/2/13 8 數(shù)字調(diào)制的性能指標(biāo) ? 對(duì)于 GSM， B = 200kHz， SNR = 10dB，則有： 2022/2/13 9 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求 （ 1）數(shù)字調(diào)制的目的在于使傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)與信道特性相匹配 （ 2）移動(dòng)通信要求采用恒定包絡(luò)數(shù)字調(diào)制技術(shù) （ 3）應(yīng)盡量避免幅 相轉(zhuǎn)換（ AM/PM）效應(yīng) （ 4）要求調(diào)制方式具有最小的功率譜占用率 2022/2/13 10 具體地講，數(shù)字調(diào)制技術(shù)應(yīng)滿足如下特性要求。 ① 為了在衰落條件下獲得所要求的誤碼率（ BER），需要好的載噪比（ C/N）和載干比 （ C/I）性能。 ② 所用的調(diào)制技術(shù)必須在規(guī)定頻帶約束內(nèi)提供高的傳輸速率，以（ bit/s） /Hz為單位。 ③ 應(yīng)使用高效率的功率放大器，而帶外輻射又必須降低到所需要求（ ?60dB～ ?70dB）。 ④ 恒定包絡(luò)。 ⑤ 低的載波與同道干擾（ CCI）的功率比。 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求 2022/2/13 11 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)對(duì)數(shù)字調(diào)制技術(shù)的要求 ⑥ 必須滿足快速的比特再同步要求。 ⑦ 成本低，易于實(shí)現(xiàn)。 2022/2/13 12 數(shù)字調(diào)制技術(shù)分類 1．線性調(diào)制方式 ? 線性調(diào)制方式主要有各種進(jìn)制的 PSK和 QAM等。 ? 線性調(diào)制方式又可分為頻譜高效和功率高效兩種。 2．恒定包絡(luò)調(diào)制方式 ? 恒定包絡(luò)調(diào)制方式主要有 MSK、 TFM（平滑調(diào)頻）、 GMSK等。 ? 其主要特點(diǎn)是這種已調(diào)信號(hào)具有包絡(luò)幅度不變的特性，其發(fā)射功率放大器可以在非線性狀態(tài)而不引起嚴(yán)重的頻譜擴(kuò)散。 2022/2/13 13 調(diào)幅與調(diào)頻 ? 早期 VHF頻段的移動(dòng)通信電臺(tái)大都采用調(diào)幅方式，調(diào)幅是使高頻載波信號(hào)的振幅隨調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)變化而變化，其所占帶寬為 BAM＝ 2fm，其中， fm為音頻的上限頻率。 ? 由于信道快衰落會(huì)使模擬調(diào)幅產(chǎn)生附加調(diào)幅而造成失真，目前已很少采用。 ? 調(diào)頻是使高頻載波信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，其所占帶寬為 B FM＝ 2(?FM＋ 1)fm，其中 ?FM為調(diào)制指數(shù)。 2022/2/13 14 調(diào)幅與調(diào)頻 ? 調(diào)頻制在抗干擾和抗衰落性能方面優(yōu)于調(diào)幅制，對(duì)非線性信道有較好的適應(yīng)性，世界上幾乎所有的模擬蜂窩系統(tǒng)都使用頻率調(diào)制。 ? 單邊帶調(diào)幅系統(tǒng)只傳送一個(gè)邊帶（上邊帶或下邊帶），所以只占用普通調(diào)幅系統(tǒng)一半的帶寬。 ? 單邊帶調(diào)制技術(shù)對(duì)移動(dòng)通信還是非常有用的。 ? 隨著數(shù)字信號(hào)處理、大規(guī)模集成電路和新的單邊帶調(diào)制解調(diào)技術(shù)的進(jìn)步，單邊帶在移動(dòng)通信中的應(yīng)用還是很有前途的。 2022/2/13 15 線性數(shù)字調(diào)制技術(shù) ? 理想的調(diào)制方式能夠使通信在低信噪比情況下提供低的誤碼率，在多徑和衰落條件下很好地工作，并且容易實(shí)現(xiàn)。 ? 一種數(shù)字調(diào)制技術(shù)的分類方法將它分為線性和非線性兩類。 ? 在線性數(shù)字調(diào)制技術(shù)中，傳輸信號(hào)的幅度 s(t)隨調(diào)制數(shù)字信號(hào) m(t)的變化而呈線性變化。 ? 線性數(shù)字調(diào)制技術(shù)帶寬效率較高，所以非常適用于在有窄頻帶要求下，需要容納越來越多用戶的無線通信系統(tǒng)。 2022/2/13 16 線性數(shù)字調(diào)制技術(shù) ? 在線性數(shù)字調(diào)制方案中，傳輸信號(hào) s(t)可表示為 ? 線性數(shù)字調(diào)制方案有很好的頻譜效率，但傳輸中必須使用功率效率低的 RF放大器。 s ( t ) = R e [ Am ( t ) e x p ( j 2 ? f c t ) ] = A [ m R ( t ) c o s ( 2 ? f c t ) ? m I ( t ) s i n ( 2 ? f c t )] （ 6 5 ） 2022/2/13 17 線性數(shù)字調(diào)制技術(shù)方法 二進(jìn)制幅度鍵控 BASK 二進(jìn)制相移鍵控 BPSK 差分相移鍵控 DPSK 四相相移鍵控 QPSK 交錯(cuò) QPSK（ OQPSK） p/4四相相移鍵控 QPSK 2022/2/13 18 二進(jìn)制振幅鍵控（ 2ASK） 1 電路結(jié)構(gòu) (a)電路示意圖 (b) 模擬電路開關(guān)示意圖 圖 2ASK電路 2022/2/13 19 2 波形表示 圖 2ASK調(diào)制波形 二進(jìn)制振幅鍵控（ 2ASK） 2022/2/13 20 2AS K 之所以稱為 OOK 信號(hào)，因?yàn)榭捎脠D 7. 2( b ) 的開關(guān)電路完成。另由波形圖 7. 3 可見，開關(guān)電路也可看成乘法器，如圖 7. 4 所示，因?yàn)閮刹ㄐ蜗喑思磘tSc?c o s)( ?的結(jié)果和開關(guān)電路的結(jié)果是一樣的。 圖 7. 4 開關(guān)電路變成乘法器 二進(jìn)制振幅鍵控（ 2ASK） 2022/2/13 21 3 2ASK頻帶分析 2 A S K 電路如下圖 7 . 5 所示。 圖 7 . 5 2 A SK 頻帶分析電路 二進(jìn)制振幅鍵控（ 2ASK） 2022/2/13 22 圖 BPSK信號(hào)的功率譜密度（ PSD） 二進(jìn)制振幅鍵控（ 2ASK） 2022/2/13 23 移相鍵控 1 二相絕對(duì)移相鍵控（ 2PSK） (1) 規(guī)則： 移相只改變載波信號(hào)的相位， 即對(duì)應(yīng)不同的基帶碼載波起始相位不同。 在圖 2 P S K 產(chǎn)生框圖絕對(duì)移相（ 2 PS K ）中， 載波起始相位與基帶碼的關(guān)系是： 載波 0 相位對(duì)應(yīng)基帶信號(hào)的 “1” 碼； 001 ? 載波 π 相位對(duì)應(yīng)基帶信號(hào)的 “0” 碼。 )(1 8 00 0 ?? 或反之， )(1 8 01 0 ?? ； 000 ? 。 2022/2/13 24 (2) 2PSK調(diào)制的原理框圖 如圖 ( a ) 是產(chǎn)生的原理框圖，圖 （ b ）是二相絕對(duì)移相信號(hào)工作過程波形。 電平變換 相乘單極性碼 雙極性碼 2PSKtc?c o s)( tS ( a) 2 P S K 調(diào)制原理框圖 移相鍵控 2022/2/13 25 (3)2PSK工作過程波形 ( b) 圖 7 . 9 2 PS K 工作過程波形 移相鍵控 2022/2/13 26 二相絕對(duì)移相鍵控（ 2PSK） 相乘器的具體典型電路（又稱倒接開關(guān)調(diào)制器）如下圖 示。 2022/2/13 27 二相絕對(duì)移相鍵控（ 2PSK） 3. 二相絕對(duì)移相信號(hào)的解調(diào) 2PSK 帶通 相乘器tc?c o s)( tS低通 判決(a) 2PSK相干解調(diào)框圖 2022/2/13 28 二相絕對(duì)移相鍵控（ 2PSK） ? (b) 工作過程波形 2022/2/13 29
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