第3章數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)-預(yù)覽頁
【正文】 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 由于基帶信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，因此相應(yīng)地有三種基本調(diào)制方式，即幅移鍵控（ AmplitudeShiftKeying， ASK）、頻移鍵控（ FrequencyShiftKeying， FSK）和相移鍵控（ PhaseShiftKeying， PSK）。提高頻帶利用率，即單位頻帶內(nèi)具有盡可能高的信息率（ b/s/Hz）。頻譜搬移是調(diào)制、解調(diào)原始的最基本功能。在接收端通過解調(diào)器把頻帶數(shù)字信號(hào)還原成基帶數(shù)字信號(hào)，這種數(shù)字信號(hào)的逆變換過程稱為解調(diào)。這種用基帶數(shù)字信號(hào)控制高頻載波，把基帶數(shù)字信號(hào)變換為頻帶數(shù)字信號(hào)的過程稱為數(shù)字調(diào)制。頻譜搬移將傳送信息的基帶信號(hào)搬移到相應(yīng)頻段的信道上進(jìn)行傳輸，以實(shí)現(xiàn)信源信號(hào)與客觀信道的特性相匹配。 （ 3）提高系統(tǒng)有效性，即頻譜有效性。所謂調(diào)制，就是用基帶信號(hào)，改變正弦波的三個(gè)參量（ A， ω， φ）之一（也可以是其中的兩個(gè)），將其變?yōu)橐颜{(diào)數(shù)字信號(hào)。 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 圖 31 各類二進(jìn)制調(diào)制原理波形圖 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 移動(dòng)信道的基本特征如下： ①帶寬有限，它取決于可使用的頻率資源和信道的傳播特性； ②干擾和噪聲的影響較大，這主要是由移動(dòng)通信工作的電磁環(huán)境所決定的； ③存在著多徑衰落。 （ 2）誤碼性能好。 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 （ 3）能接受差分檢測(cè)，易于解調(diào)。目前已在數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用的數(shù)字調(diào)制方案分為如下兩類： 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 ①恒包絡(luò)調(diào)制技術(shù)（不管調(diào)制信號(hào)如何變化，載波振幅保持恒定）。 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 使用多電平調(diào)制可以提高頻譜效率。移動(dòng)通信環(huán)境對(duì)利用幅度和相位攜帶信息的QAM也是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 數(shù)字頻率調(diào)制 二進(jìn)制數(shù)字頻移鍵控（ 2FSK） 設(shè)輸入到調(diào)制器的信號(hào)比特流為 {an}， an=“1”或“ 0”，n=∞~+∞。 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 圖 33 FSK信號(hào)的波形及其功率譜 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 圖 34 相位不連續(xù)的 2FSK信號(hào)波形與頻譜 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 該功率譜有如下特點(diǎn)： （ 1） 2FSK信號(hào)的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成。 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 由于相位不連續(xù)的 2FSK信號(hào)存在載頻線譜，浪費(fèi)功率，因此只用于設(shè)備比較簡(jiǎn)單的通信場(chǎng)合。 FSK信號(hào)可采用包絡(luò)檢波法、相干解調(diào)法和非相干解調(diào)法等方法解調(diào)。所以，在一個(gè)比特區(qū)間內(nèi)，相位線性地增加或減少 2/? 。在給定輸入序列 {ak}MSK 的相位軌跡如圖 35所示。信號(hào)頻率偏移嚴(yán)格符合bT41?，相位調(diào)制指數(shù)2/121 ??? bTffh。在一個(gè)碼元期間內(nèi)，信號(hào)應(yīng)是41載波周期的整倍數(shù)。它們都與輸入數(shù)據(jù)有關(guān)。 MSK信號(hào)也可以將非歸零的二進(jìn)制序列直接送入 FM調(diào)制器中來產(chǎn)生（要求調(diào)制器的調(diào)制指數(shù)為 ）。當(dāng) (ffc)→∞ 時(shí)， MSK的功率譜以［ (ffc)Tb］ 4QPSK的衰減速率［（ ffc)Tb］ 2快得多。為了解決這一問題，可將數(shù)字基帶信號(hào)先經(jīng)過一個(gè)高斯濾波器整形（預(yù)濾波），得到平滑后的某種新的波形后再進(jìn)行調(diào)頻，從而得到良好的頻譜特性，調(diào)制指數(shù)仍為 ，如圖 38示。 GMSK信號(hào)在一碼元周期內(nèi)的相位增量不像 MSK那樣固定為 177。假設(shè) Bb為高斯濾波器的 3dB帶寬，Tb為碼元寬度，參變量 BbTb稱為高斯濾波器的 3dB歸一化帶寬， BbTb越小，頻譜越集中。 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 圖 311 一比特延遲差分檢測(cè)電路框圖 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 比特延遲差分檢測(cè)電路框圖如圖 311所示。所以，令判決門限值為零的判決規(guī)則為 y(t)＞ 0,判為“ +1” y(t)＜ 0,判為“ 1” 由此可恢復(fù)出原始數(shù)據(jù) kk aa ?? 。 信號(hào)波形如圖 312所示。為了將二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)變換為四進(jìn)制，應(yīng)將輸入數(shù)字信號(hào)每?jī)蓚€(gè)比特分成一組，共有 00、 0 11四種雙比特碼組。 π的相位跳變，而僅能產(chǎn)生 177。 QPSK和 OQPSK調(diào)制共同的缺點(diǎn)表現(xiàn)為：功率譜旁瓣占有的能量大，要求有較寬的帶寬；而且，在 QPSK和 OQPSK輸出端必須有復(fù)雜的濾波器限帶，否則在移動(dòng)通信中很難滿足鄰道干擾小于 60dB的要求。因此，實(shí)際中一般采用四相相對(duì)相移鍵控（ QDPSK）。 π降為 177。四種輸入碼組分別對(duì)應(yīng)每個(gè)相位點(diǎn)有四種相位跳變量。 π/4QPSK的最大相位變化是 177。 。通常 π/4QPSK采用差分編碼，以便在恢復(fù)載波中存在相位模糊時(shí)，實(shí)現(xiàn)差分檢測(cè)或相干解調(diào)。 如圖 317所示，輸入的 π/4QPSK信號(hào)利用兩個(gè)與發(fā)射機(jī)端未調(diào)載波同頻但不一定同相的本地振蕩器信號(hào)進(jìn)行正交解調(diào)。 1,0, 。Yk＞ 0時(shí)，判為“ +1”。中頻延遲差分檢測(cè)電路的特點(diǎn)是在進(jìn)行基帶差分變換時(shí)，1bit 后的信號(hào)作為本地相干載波，無FM 鑒頻器檢波是用非相干方式直接檢測(cè)相位差。 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 復(fù)四相擴(kuò)頻調(diào)制（ CQPSK） 擴(kuò)頻系統(tǒng)的調(diào)制是二次調(diào)制，即第一次為擴(kuò)頻碼調(diào)制，第二次為載波調(diào)制。實(shí)現(xiàn)時(shí)，發(fā)送端首先將信源輸出的基帶信號(hào)分為 I、 Q正交的兩個(gè)支路，然后對(duì)每路進(jìn)行復(fù)四相調(diào)制。 在 CDMA2020以及 WCDMA的擴(kuò)頻調(diào)制中，廣泛采用CQPSK及其進(jìn)一步組合改進(jìn)的混合移相鍵控 HPSK（ HybridPhraseShiftKeying），其結(jié)構(gòu)如圖 320所示。為了不增加接收信號(hào)的誤碼率，必須增加信號(hào)的發(fā)送功率。 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 下面對(duì) 16APK信號(hào)做一簡(jiǎn)單介紹。式中： Tb為碼元寬度； m=1， 2， … ， M， M為 Am和 Bm的電平數(shù)。 D16QSM超過 D16PSK約 。但即使在白噪聲條件下， 16QAM調(diào)制要想達(dá)到 104的誤碼率，所需的信噪比也高達(dá) 32dB。在調(diào)制端，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過串 /并變換后分為兩路，分別經(jīng)過 2電平到L電平變換，形成 Am和 Bm。 常用的一種 QAM的信號(hào)空間如圖 323所示，這種星座稱為方型 QAM星座。 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 圖 323 方型 QAM星座 (a)4QAM； (b)16QAM； (c)64QAM 第 3章 移動(dòng)通信中的調(diào)制解調(diào)技術(shù) 電子信息工程系通信技術(shù)教研室 圖 324 星型 QAM星座 (a)4QAM； (b)16QAM； (c)64QAM
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