1、無線通信技術(shù),武卓 zwu,2010-12-21,數(shù)字調(diào)制概述 線性調(diào)制 正交調(diào)幅 恒包絡(luò)調(diào)制 多載波調(diào)制 移動(dòng)信道對(duì)數(shù)字調(diào)制性能的影響,通信與信息工程學(xué)院,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),3.2.1 恒包絡(luò)調(diào)制 許多實(shí)際的無線移動(dòng)通信系統(tǒng)都是使用非線性調(diào)制.不管調(diào)制信號(hào)如何改變,載波的幅度是恒定的. 恒包絡(luò)調(diào)制的特點(diǎn) 可以使用功率效率高的C類放大器 帶外輻射低 接收機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,能很好地抵抗隨機(jī)噪聲和瑞利衰落,3.2.1.1 二進(jìn)制頻移鍵控(BFSK) 在BFSK中，幅度恒定的載波信號(hào)的頻率隨著“0”或“1”而切換。 FSK信號(hào)通?？杀硎緸椋?數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),通信與信息工程學(xué)院,數(shù)

2、字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),3.2.1.1 二進(jìn)制頻移鍵控(BFSK) 一個(gè)顯而易見的產(chǎn)生FSK信號(hào)的方法是，依照要調(diào)至的比特是0還是1，在兩個(gè)獨(dú)立振蕩器中切換。這種方法產(chǎn)生的波形在切換的時(shí)候是不連續(xù)的。-不連續(xù)FSK 不連續(xù)的相位會(huì)造成頻譜擴(kuò)展和傳輸差錯(cuò)等問題,通信與信息工程學(xué)院,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),3.2.1.2 連續(xù)相位FSK(CPFSK) CPFSK是對(duì)常規(guī)的FSK的改進(jìn)，可以避免已調(diào)信號(hào)有過大的頻譜旁瓣，調(diào)制時(shí)采用數(shù)字PAM信號(hào)，與壓控振蕩器產(chǎn)生CPFSK。,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),3.2.1.3 最小頻移鍵控(MSK) 是二進(jìn)制連續(xù)相位FSK（CPFSK）的一種特殊形式，其調(diào)制系數(shù)為h=0.5。

3、 調(diào)制系數(shù)： 。其中 是最大射頻頻移，Rb是比特速率。 調(diào)制系數(shù)0.5對(duì)應(yīng)著能夠容納兩路正交FSK信號(hào)的最小帶寬。,通信與信息工程學(xué)院,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),通信與信息工程學(xué)院,3.2.1.3 最小頻移鍵控(MSK),這種調(diào)制方式能以最小的調(diào)制指數(shù)獲得正交的調(diào)制信號(hào) 在一個(gè)碼元TS內(nèi)，CPFSK信號(hào)可表示為：,若傳0碼時(shí)載頻為w1，傳1碼是載頻為w2，他們相對(duì)于未調(diào)載 頻wc的頻偏為w，則上式可寫為,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),令,通信與信息工程學(xué)院, MSK信號(hào)可表示式,式中 稱為附加相位函數(shù)；c為載波角頻率；Ts為碼元寬度； 為第k個(gè)輸入碼元，取值為1； 為第k個(gè)碼元的相位常數(shù)，在時(shí)間kTst(k+

4、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)。,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),MSK信號(hào)波形,通信與信息工程學(xué)院,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),附加相位函數(shù)k(t)的波形圖,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),MSK的相位軌跡圖,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),MSK信號(hào)的歸一化功率譜,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),MSK調(diào)制框圖,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),MSK信號(hào)延時(shí)判決的相干解調(diào),數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),3.2.1.4 高斯最小頻移鍵控(GMSK) 為了有效地抑制MSK信號(hào)的帶外功率輻射，預(yù)調(diào)制濾波器應(yīng)具有以下特性： (1) 帶寬窄并且具有陡峭的截止特性-抑制高頻分量 (2) 脈沖響應(yīng)的過沖較小-防止過大的瞬時(shí)頻偏 (3) 濾波器輸出脈沖

5、響應(yīng)曲線下的面積對(duì)應(yīng)于/2的相移 -使調(diào)制指數(shù)為0.5 ,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),一種滿足上述特性的預(yù)調(diào)制濾波器是高斯低通濾波器， 其單位沖激響應(yīng)為,傳輸函數(shù)為 H(f)=exp(-2f2 ) 式中,是與高斯濾波器的3dB帶寬Bb有關(guān)的參數(shù)。 為系統(tǒng)中可改變的參數(shù)。,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),如果輸入為雙極性不歸零矩形脈沖序列s(t)， 高斯預(yù)調(diào)制濾波器的矩形脈沖響應(yīng)為 g(t)=s(t)*h(t),于是，GMSK信號(hào)的表達(dá)式為,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),當(dāng)BbTb取不同值時(shí)，g(t)的波形下圖所示,高斯濾波器的矩形脈沖響應(yīng),數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),GMSK信號(hào)的附加相位路徑,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),GMSK信號(hào)的功

6、率譜密度,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),GMSK調(diào)制器 產(chǎn)生GMSK信號(hào)的一種比較簡(jiǎn)單的方法是采用鎖相環(huán)(PLL)法， 其原理如下圖所示。,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),GMSK調(diào)制器-波形存儲(chǔ)正交調(diào)制器,優(yōu)點(diǎn)：避免了復(fù)雜的濾波器設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，可以產(chǎn)生具有任何特性的基帶脈沖波形和已調(diào)信號(hào)。 缺點(diǎn)：兩個(gè)支路基帶信號(hào)的振幅誤差、兩個(gè)支路載波的正交相位誤差和振幅誤差均會(huì)引起已調(diào)信號(hào)振幅波動(dòng)和相位誤差。,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),GMSK解調(diào)器 MSK的正交相干解調(diào)電路也適合GMSK的相干解調(diào),數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),GMSK解調(diào)器 差分解調(diào)：1比特差分解調(diào)，2比特差分解調(diào),在一個(gè)信息碼元內(nèi)根據(jù)相位的變化來確定發(fā)送的數(shù)據(jù)，原理簡(jiǎn)單，

7、實(shí)現(xiàn)方便,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),GMSK相干解調(diào)時(shí)靜態(tài)誤比特率特性,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),例題：用一個(gè)高斯低通濾波器產(chǎn)生0.25GMSK碼，其信道傳輸速率Rb等于270Kbps，試求其3dB帶寬。,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),3.2.2 多載波調(diào)制正交頻分復(fù)用（OFDM） OFDM系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 對(duì)抗頻率選擇性衰落或窄帶干擾。 頻譜利用率高 通過使用不同數(shù)量的子信道實(shí)現(xiàn)不同的傳輸速率。 可以與其它多種接入方法結(jié)合使用 OFDM系統(tǒng)的缺點(diǎn) 易受頻率偏差的影響 存在較高的峰值平均功率比,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),多載波傳輸系統(tǒng) 多載波傳輸通過把數(shù)據(jù)流分解為若干個(gè)子比特流，這樣每個(gè)子數(shù)據(jù)將具有低得多的比特速率，再去調(diào)制相

8、應(yīng)的子載波，從而構(gòu)成多個(gè)低速率符號(hào)并行發(fā)送的傳輸系統(tǒng)。,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),子載波間存在3種不同的設(shè)置方案。第一種是傳統(tǒng)的頻分復(fù)用；第二種是3dB頻分復(fù)用；第三種是OFDM。,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),OFDM的基本原理 把高速的數(shù)據(jù)流通過串并變換，分配到傳輸速率較低的若干個(gè)子信道中，這些低速數(shù)據(jù)流在通過正交頻率進(jìn)行調(diào)制的同時(shí)進(jìn)行傳輸。由于每個(gè)子信道中的符號(hào)周期會(huì)相對(duì)增加，因此可以減輕由無線信道多徑時(shí)延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)系統(tǒng)造成的影響。,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),OFDM vs 多載波 OFDM是多載波調(diào)制 OFDM子載波頻譜是重疊的 在FDMA中，帶通濾波器分離每個(gè)傳輸 在OFDM中，每個(gè)子載波被DFT分離開來， 因?yàn)檩d波是正交的（正交的條件稍后解釋） 每個(gè)子載波用PSK, QAM進(jìn)行調(diào)制,成百上千的PSK/QAM符號(hào) 能夠在一個(gè)OFDM符號(hào)中進(jìn)行同時(shí)傳送。,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),基帶OFDM信號(hào),數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),OFDM載波 OFDM載波頻率是n1/T,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),實(shí)際的OFDM頻譜,數(shù)字調(diào)制和解調(diào)技術(shù),OFDM系統(tǒng)功率譜 總的功率譜幾乎是方形的