几种数字调制技术ppt课件.ppt

,第八章数字信号调制,序言,数字信号调制的特点：1、0数码使被调信号参数突变，得名“键控”（ShiftKeying)；数字信号调制在通信系统中所处位置：见下图。,解,8.1数字信号的幅度调制,8.1.1多电平幅度调制(MPAM),一、信号时间函数表达式及星座图,8.1数字信号的幅度调制,8.1.2数字信号的正交调幅(QAM)一、QAM原理,对正交的两信号：coswt和sinwt同时进行调制，而后相加。见下图,8.1.2数字信号的正交调幅(QAM)一、QAM原理(续),又可以表示为包络形式：,式中：,对于多电平信号，这时和都会跳变，会有如下波形：,码元宽度,8.1.2数字信号的正交调幅(QAM)二、多电平QAM实现方案(MQAM),对于电平数M有如下关系，即M可开平方，如：M=16、64等，这时可采用平衡结构方案（见下图），对于16QAM,L=4。,1)发端,2)收端,8.1.2数字信号的正交调幅(QAM)二、多电平QAM实现方案(MQAM),3)16QAM频带利用率估算,输入速率，串并变换后，二四变换后，得码元宽度：,如取的升余弦信号，有，这时有：,调整码元波形，可改变16QAM的频带利用率，有：,8.1.2数字信号的正交调幅(QAM)三、16QAM信号的星座图,有园形、方形两类，见图：,例8.1.2,采用256QAM正交幅度信号,载波频率为2.4GHz,信号带宽为800kHz(如图),选用的升余弦信号,求最高传送速率和频带利用率.,解:(1)求比特速率,取信号双边带,有:,得:,求得支路码元速率:,支路电平数为L(等于支路码元个数),每一电平表示的比特数为:,支路比特率为:,传送的比特总速率:,(2)频带利用率:,8.2.1引言,8.2数字信号角调制的参数描述,角调制类型：调相（PSK)、调频(FSK),注：模拟FM的抗噪声性能大大优于AM，请注意数字调制并无此现象，MPSK不优于MQAM（当M4时）。,8.2数字信号角调制的参数描述,8.2.2PSK信号的相位参数描述,一、MPSK信号星座图,式中：g(t)是码元的波形函数，是相位。,二、MPSK信号的数学表达式,8.2.2PSK信号的相位参数描述,三、MPSK信号的归一化表示,码元能量：,可将前式改写成：,有：,注：在信号检测一章要利用基函数概念。,8.2数字信号角调制的参数描述,8.2.3FSK信号的频率参数描述,8.2.3FSK信号的频率参数描述,三、FSK信号的相关性,1）数学表达式码元之间频差为不同频差信号之间的相关系数是：,取实部得：,8.2.3FSK信号的频率参数描述,三、FSK信号的相关性（续）,8.3连续相位移频键控（CPFSK),相位不连续（shiftkeying)，要二个振荡器，信号频谱不纯，工程实际中不用。采用VCO实现连续相位调制：,-第n个码元的幅值（1）g(t-nT)-第n个码元的波形函数调制信号数据序列的表达式：设计VCO的频率灵敏度和码元幅值配合，实现所要求的频偏,8.3连续相位移频键控（CPFSK),8.3.1最小移频键控（MSK)信号描述,一、VCO输出信号的相位函数表述,假设VCO输入电压变化A，频率由，用h表示VCO的频偏常数（调制指数），有：,VCO的瞬时频偏为：,VCO输出信号相位函数:,MSK信号频率的改变，即相位的改变！,8.3.1最小移频键控（MSK)信号描述,2019/12/16,21,可编辑,8.3连续相位移频键控（CPFSK),8.3.2MSK信号常用码元波形,好的码元波形可改善信号频谱，提高性能。,表8.3.1常用连续相位调制波形函数,上述波形相应时间函数表达式：,8.3连续相位移频键控（CPFSK),8.3.3MSK信号分析,一、MSK信号的相位轨迹,记录了第n个码元以前相位的变化轨迹;相位只能取的整数倍。,8.3连续相位移频键控（CPFSK),8.3.3MSK信号分析,二、MSK信号与QPSK信号的等效,采用信号的包络表示，可将时间函数改为如下形式：,考虑到上述4项总是留下两项，而可表示为如下形式：,8.3.3MSK信号分析,三、数字角调制信号的功率谱分析(介绍结论，详细分析、推演，请见教材。),8.3.3MSK信号分析,注：对于PSK/FSK一类信号，求功率谱的方法是：先求出这类信号低频包络的相关函数，再通过相关函数得出功率谱。教材中介绍的方法，适用于FSK，也适用于PSK。,分析所得CPFSK信号的功率谱：,注：此图为2FSK信号的功率谱，h=0.5即为MSK，h表示调制参数。,注：此为4CPFSK信号的功率谱，在h0.85时，功率谱随h增大，趋于离散谱。,注：图中OQPSK频谱描述的是矩形基带码元产生的OQPSK；MSK等效的OQPSK的基带波形是正弦波包络，因而其频率优于OQPSK。,CPFSK信号分析小结,MSK是CPFSK调制中的频差最小的一种FSK，它与QPSK等效，可视为一种特殊的PSK:OQPSK。（注：非线性调制之间的等效关系不是个别现象，例如：模拟窄带FM的频谱和AM等效，BPSK和DSB等效等。）由于频率资源受限，又由于FSK信号的相关性，因而通常选择FSK信号的频差是：；选择何频差，取决于接收机的解调方式。MSK在GSM移动通信中采用，并采用高斯型基带波形；QPSK在IS-95(CDMA)移动通信系统中采用。当调制参数变化时CPFSK信号的功率谱改变明显；己调信号的功率谱越窄越好，因而MSK信号性能应略优于QPSK.,8.4.1PSK信号载波恢复中的相位模糊问题,8.4相移频键控（PSK)信号分析及应用,在模拟信号调制中主要用FM,PM应用极少：在数字调制中PSK与FSK应用都十分广泛。,一、BPSK信号的相位模糊,BPSK等效于DSB,须在接收端恢复载波，采用相关解调，方案见下图。,相位模糊的原因是：无论接收机采用何方案恢复载波，都无法控制输出载波的相位，这是无法克服的机制问题（详见教材）。,8.4.1PSK信号载波恢复中的相位模糊问题,二、二进差分相移键控BDPSK,方法：在调相前，先将数据进行差分编码，而后再进行移相，称之为相对移相。称未进行差分编码的移相为绝对移相。原理：利用差分码的逻辑特性，使相位模糊对解调输出无影响！（见基带传输一章：差分编码）,/均不引起解码输出变化！,DPSK相干解调的各点波形，将载波移相180度，解调输出不变！,DPSK信号采用差分相干（延时相关）解调，正确还原数码！,8.4相移频键控（PSK)信号分析及应用,8.4.2四相差分相移键控(QDPSK),QPSK同样有相位模糊问题，克服方法同样是采用差分编码。由于是四进制差分编码，因而码变换电路的逻辑较繁杂（书中未收入）。QDPSK实现方案见下图。,QDPSK调制器实现原理,需加入,QDPSK差分相干解调实现原理,8.4相移频键控（PSK)信号分析及应用,8.4.3移动通信中的QPSK调制解调方案,一、IS-95中的调制解调方案（平衡四相BQM）,扩频码序列，片码速率:1.2288Mb/s,8.4.3移动通信中的QPSK调制解调方案,二、第三代移动通信中的调制方案（平衡四相CQM）,调制效率提高，抗衰落性能更好！,小结,数字调制理论和技术还在发展，如MQAM等；尤其是研