【正文】 的波形如圖 9 7 所示 。 因此 ， MSK的整個(gè)相位路徑是由間隔為 Ts的一系列直線段所連成的折線 。 由于 ak的取值為 177。 π(模 2π)k=0, 1, 2, … 上式即反映了 MSK信號(hào)前后碼元區(qū)間的相位約束關(guān)系 ， 表明 MSK信號(hào)在第 k個(gè)碼元的相位常數(shù)不僅與當(dāng)前碼元的取值ak有關(guān) ， 而且還與前一碼元的取值 ak1及相位常數(shù) φk1有關(guān) 。 對(duì)第 k個(gè)碼元的相位常數(shù) φ k的選擇應(yīng)保證 MSK信號(hào)相位在碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻是連續(xù)的 。 令 φk(t)=ωct+ kSk tTa ?? ?2則 ???skckTawdttd2)( ?? Sc Tw 2??Sc Tw 2??1??a1??a 由式 ( 5)可以看出 ， MSK信號(hào)的兩個(gè)頻率分別為 f1=fc f1=fc+ ST41ST41中心頻率 fc應(yīng)選為 fc= ,. ..2,1,4 ?nTnS式 ( 8)表明 ， MSK信號(hào)在每一碼元周期內(nèi)必須包含四分之一載波周期的整數(shù)倍 。 MSK MSK是恒定包絡(luò)連續(xù)相位頻率調(diào)制 ， 其信號(hào)的表示式為 sMSK(t)= cos )2( kSkc tTatw ?? ??其中 kTs≤t≤(k+1)Ts, k=0, 1, … 令 SkSkk TktkTtTat )1(,2)( ????? ???則式 ( 1)可表示為 sMSK(t)= cos［ ωct+θk(t)］ 式中 ， θk(t)稱(chēng)為附加相位函數(shù)； ωc為載波角頻率； Ts為碼元寬度； ak為第 k個(gè)輸入碼元 ， 取值為 177。 MSK稱(chēng)為最小移頻鍵控 ， 有時(shí)也稱(chēng)為快速移頻鍵控 (FFSK)。 由于一般移頻鍵控信號(hào)相位不連續(xù) 、 頻偏較大等原因 ， 使其頻譜利用率較低 。 圖 9 5 給出了 M進(jìn)制方型 QAM的誤碼率曲線 。 圖 94 MQAM信號(hào)相干解調(diào)原理圖 L P F 多電平轉(zhuǎn)換定時(shí)恢復(fù)多電平判決L P FL 到 2電平變換并 / 串變換載波恢復(fù)L 到 2電平變換 MQAM 對(duì)于方型 QAM， 可以看成是由兩個(gè)相互正交且獨(dú)立的多電平 ASK信號(hào)疊加而成 。 解調(diào)器輸入信號(hào)與本地恢復(fù)的兩個(gè)正交載波相乘后 ， 經(jīng)過(guò)低通濾波輸出兩路多電平基帶信號(hào) X(t)和 Y(t)。 這表明 ，16QAM系統(tǒng)的抗干擾能力優(yōu)于 16PSK 。 由式 ( 6)和 ( 7)可以看出 ， 當(dāng) M=4時(shí) ，d4PSK=d4QAM， 實(shí)際上 ， 4PSK和 4QAM的星座圖相同 。 前者 M為 2的偶次方 ， 即每個(gè)符號(hào)攜帶偶數(shù)個(gè)比特信息；后者 M為 2的奇次方 ， 即每個(gè)符號(hào)攜帶奇數(shù)個(gè)比特信息 。 M=4, 16, 32, …, 256 MQAM 信號(hào)的星座圖如圖 9 3 所示 。 一是星型 16QAM只有兩個(gè)振幅值 ， 而方型 16QAM有三種振幅值；二是星型 16QAM只有 8種相位值 ， 而方型16QAM有 12種相位值 。 若信號(hào)點(diǎn)之間的最小距離為 2A， 且所有信號(hào)點(diǎn)等概率出現(xiàn) ， 則平均發(fā)射信號(hào)功率為 )()( 2122nMnn dcMAsp ?? ?? 圖 9 2 16QAM (a) 方型 16QAM星座； (b) 星型 16QAM星座 ( － 2. 61, 0)( － 4. 61, 0) ( 2. 61, 0) ( 4. 61, 0)( 0, 2. 61)( 0, 4. 61)( 0, － 4. 61)( 0, － 2. 61)( － 3, 3)( － 3, 1)－( － 3, － 3) ( 3, － 3)( 3, 1)( 3, 3)( － 1, － 1) ( － 1, 1)( a ) ( b )對(duì)于方型 16QAM， 信號(hào)平均功率為 22212210)18410824(16)()( AAdcMAsp nMnn ????????? ??對(duì)于星型 16QAM，信號(hào)平均功率為 22222122)(16)()( AAdcMAsp nMnn ??????? ?? 兩者功率相差 。 在圖 9 2(a)中 ， 信號(hào)點(diǎn)的分布成方型 ， 故稱(chēng)為方型 16QAM星座 ， 也稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)型16QAM。 對(duì)于 M=1616QAM來(lái)說(shuō) ， 有多種分布形式的信號(hào)星座圖 。 圖 91 QAM信號(hào)調(diào)制原理圖 2 到 L電平變換2 到 L電平變換預(yù)調(diào)制L P F預(yù)調(diào)制L P F串 / 并變換c o s ?? ts i n ?? tAmBmy ( t )已調(diào)信號(hào)輸出∑ 信號(hào)矢量端點(diǎn)的分布圖稱(chēng)為星座圖 。 為了抑制已調(diào)信號(hào)的帶外輻射 ， 該 L電平的基帶信號(hào)還要經(jīng)過(guò)預(yù)調(diào)制低通濾波器 ， 形成 X(t)和 Y(t)， 再分別對(duì)同相載波和正交載波相乘 。 QAM信號(hào)調(diào)制原理圖如圖 9 1 所示 。 式 ( 1)還可以變換為正交表示形式 : sMQAM(t)= )c os ()( ncSnn twnTtgA ????twnTtgAtwnTtgA Sn nSn ns i n]s i n)([c os]c os)([ ?? ??? ??sMQAM(t)= 令 Xn=An cosφn Yn=Ansinφn 則式 ( 2)變?yōu)? sMQAM(t)= twnTtgYtwnTtgX Sn nSn ns i n]s i n)([c os]c os)([ ?? ??? ??twtytwtX cc s i n)(c o s)( ??QAM中的振幅 Xn和 Yn可以表示為 Xn=A Yn=dnA 式中 ， A是固定振幅 ， 、 dn由輸入數(shù)據(jù)確定 。 過(guò)去在傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中不能應(yīng)用的正交振幅調(diào)制也引起人們的重視 MQAM 正交振幅調(diào)制是用兩個(gè)獨(dú)立的基帶數(shù)字信號(hào)對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制 ， 利用這種已調(diào)信號(hào)在同一帶寬內(nèi)頻譜正交的性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息傳輸 。 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)就是一種頻譜利用率很高的調(diào)制方式 ， 其在中 、 大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng) 、 有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸 、 衛(wèi)星通信系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用 。 正交振幅調(diào)制 (QAM) 最小移頻鍵控 (MSK) 高斯最小移頻鍵控 (GMSK) DQPSK調(diào)制 OFDM調(diào)制 擴(kuò)頻調(diào)制 數(shù)字化接收技術(shù) 第 9 章 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù) 返回主目錄 第 9 章 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù) (QAM) 在現(xiàn)代通信中 ， 提高頻譜利用率一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一 。 近年來(lái) ， 隨著通信業(yè)務(wù)需求的迅速增長(zhǎng) ， 尋找頻譜利用率高的數(shù)字調(diào)制方式已成為數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 、 研究的主要目標(biāo)之一 。 在移動(dòng)通信中 ， 隨著微蜂窩和微微蜂窩的出現(xiàn) ， 使得信道傳輸特性發(fā)生了很大變化 。 正交振幅調(diào)制信號(hào)的一般表示式為 sMQAM(t)= )c os ()( ncSnn twnTtgA ????式中 ， An是基帶信號(hào)幅度 ， g(tnTs)是寬度為 Ts的單個(gè)基帶信號(hào)波形 。 、 dn決定了已調(diào) QAM信號(hào)在信號(hào)空間中的坐標(biāo)點(diǎn) 。 圖中 ， 輸入的二進(jìn)制序列經(jīng)過(guò)串 /并變換器輸出速率減半的兩路并行序列 ， 再分別經(jīng)過(guò) 2電平到 L電平的變換 ， 形成 L電平的基帶信號(hào) 。 最后將兩路信號(hào)相加即可得到 QAM信號(hào) 。 通常 ， 可以用星座圖來(lái)描述 QAM信號(hào)的信號(hào)空間分布狀態(tài) 。 兩種具有代表意義的信號(hào)星座圖如圖 9 2 所示 。 在圖 9 2(b)中 ， 信號(hào)點(diǎn)的分布成星型 ， 故稱(chēng)為星型 16QAM星座 。 另外 ， 兩者的星座結(jié)構(gòu)也有重要的差別 。 這兩點(diǎn)使得在衰落信道中 ， 星型16QAM比方型 16QAM更具有吸引力 。 其中 ， M=4, 16, 64, 256 時(shí)星座圖為矩形 ， 而 M=32, 128 時(shí)星座圖為十字形 。 若已調(diào)信號(hào)的最大幅度為 1， 則 MPSK信號(hào)星座圖上信號(hào)點(diǎn)間的最小距離為 dMPSK=2 sin ??????M?而 MQAM信號(hào)矩形星座圖上信號(hào)點(diǎn)間的最小距離為 圖 93 MQAM信號(hào)的星座圖 M ＝ 4M ＝ 16M ＝ 256M ＝ 128M ＝ 64M ＝ 32dMQAM= 1212??? ML 式中 ， L為星座圖上信號(hào)點(diǎn)在水平軸和垂直軸上投影的電平數(shù) ， M=L2 。 當(dāng) M=16時(shí) ， d16QAM=， 而 d16PSK=， d16PSK＜ d16QAM。 MQAM信號(hào)同樣可以采用正交相干解調(diào)方法 ， 其解調(diào)器原理圖如圖 9 4 所示 。 多電平判決器對(duì)多電平基帶信號(hào)進(jìn)行判決和檢測(cè) ， 再經(jīng) L電平到 2電平轉(zhuǎn)換和并 /串變換器最終輸出二進(jìn)制數(shù)據(jù) 。 因此 ， 利用多電平信號(hào)誤碼率的分析方法 ， 可得到 M進(jìn)制 QAM的誤碼率為 Pe= ])(1l og3[)1(02 nELLe r f cL b??式中 ， M=L2， Eb為每比特碼元能量 ， n0為噪聲單邊功率譜密度 。 圖 9 5 M進(jìn)制方型 QAM的誤碼率曲線 － 6 － 4 － 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22PSKM ＝ 32QAMM ＝ 16QAM＋PSKM ＝ 4PSKM ＝ 16QAMM ＝ 6410－ 625510－ 5210－ 42510－ 32510－ 22510－ 1PMSNR / bi t / d B 最小移頻鍵控 (MSK) 數(shù)字頻率調(diào)制和數(shù)字相位調(diào)制 ， 由于已調(diào)信號(hào)包絡(luò)恒定 ， 因此有利于在非線性特性的信道中傳輸 。 本節(jié)將討論的 MSK(Minimum Frequency Shift Keying) 是二進(jìn)制連續(xù)相位 FSK的一種特殊形式 。 所謂 “ 最小 ” 是指這種調(diào)制方式能以最小的調(diào)制指數(shù) ()獲得正交信號(hào)； 而 “ 快速 ” 是指在給定同樣的頻帶內(nèi) ， MSK能比 2PSK的數(shù)據(jù)傳輸速率更高 ， 且在帶外的頻譜分量要比 2PSK衰減的快 。 1； φk為第 k個(gè)碼元的相位常數(shù) ， 在時(shí)間 kTs≤t≤(k+1)Ts中保持不變 ， 其作用是保證在t=kTs時(shí)刻信號(hào)相位連續(xù) 。 fc還可以表示為 fc= STmN 1)4( ?(N為正整數(shù)； m=0, 1, 2, 3) 相應(yīng)地 MSK信號(hào)的兩個(gè)頻率可表示為 f1= TmNTf Sc1)41(41 ????TmNTff Sc1)41(412?????由此可得頻率間隔為 Δf=f2f1= MSK信號(hào)的調(diào)制指數(shù)為 h=ΔfTs= ST21 12 1 ???? SSSTTT 當(dāng)取 N=1, m=0 時(shí) ， MSK信號(hào)的時(shí)間波形如圖 9 6 所示 。 根據(jù)這一要求 ， 由式 ( 2)可以得到相位約束條件為 圖 96 MSK 信號(hào)的時(shí)間波形 1 0 0 1 1 1 0tOsM S K( t )φk=φk1+(ak1ak) ?? )]1(2[ K?1?K??? )1(1 ??? kKak=ak1 ak≠ak1 式中 ， 若取 φk的初始參考值 φ0=0， 則 φk=0 或 177。 由附加相位函數(shù) θk(t)的表示式 ( 2)可以看出 ， θk(t)是一直線方程 ， 其斜率為 ， 截距為 φk。 1，故 是分段線性的相位函數(shù) 。 在任一個(gè)碼元期間 Ts，