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无线通信技术 武卓zwu 2010 12 21 数字调制概述线性调制正交调幅恒包络调制多载波调制移动信道对数字调制性能的影响 通信与信息工程学院 数字调制和解调技术 数字调制和解调技术 3 2 1恒包络调制许多实际的无线移动通信系统都是使用非线性调制 不管调制信号如何改变 载波的幅度是恒定的 恒包络调制的特点可以使用功率效率高的C类放大器带外辐射低接收机设计简单 能很好地抵抗随机噪声和瑞利衰落 3 2 1 1二进制频移键控 BFSK 在BFSK中 幅度恒定的载波信号的频率随着 0 或 1 而切换 FSK信号通常可表示为 数字调制和解调技术 通信与信息工程学院 数字调制和解调技术 3 2 1 1二进制频移键控 BFSK 一个显而易见的产生FSK信号的方法是 依照要调至的比特是0还是1 在两个独立振荡器中切换 这种方法产生的波形在切换的时候是不连续的 不连续FSK不连续的相位会造成频谱扩展和传输差错等问题 通信与信息工程学院 数字调制和解调技术 3 2 1 2连续相位FSK CPFSK CPFSK是对常规的FSK的改进 可以避免已调信号有过大的频谱旁瓣 调制时采用数字PAM信号 与压控振荡器产生CPFSK 数字调制和解调技术 3 2 1 3最小频移键控 MSK 是二进制连续相位FSK CPFSK 的一种特殊形式 其调制系数为h 0 5 调制系数 其中是最大射频频移 Rb是比特速率 调制系数0 5对应着能够容纳两路正交FSK信号的最小带宽 通信与信息工程学院 数字调制和解调技术 通信与信息工程学院 3 2 1 3最小频移键控 MSK 这种调制方式能以最小的调制指数获得正交的调制信号在一个码元TS内 CPFSK信号可表示为 若传0码时载频为w1 传1码是载频为w2 他们相对于未调载频wc的频偏为 w 则上式可写为 数字调制和解调技术 令 通信与信息工程学院 MSK信号可表示式 式中称为附加相位函数 c为载波角频率 Ts为码元宽度 为第k个输入码元 取值为 1 为第k个码元的相位常数 在时间kTs t k 1 Ts中保持不变 其作用是保证在t kTs时刻信号相位连续 数字调制和解调技术 MSK信号波形 通信与信息工程学院 数字调制和解调技术 附加相位函数 k t 的波形图 数字调制和解调技术 MSK的相位轨迹图 数字调制和解调技术 MSK信号的归一化功率谱 数字调制和解调技术 MSK调制框图 数字调制和解调技术 MSK信号延时判决的相干解调 数字调制和解调技术 3 2 1 4高斯最小频移键控 GMSK 为了有效地抑制MSK信号的带外功率辐射 预调制滤波器应具有以下特性 1 带宽窄并且具有陡峭的截止特性 抑制高频分量 2 脉冲响应的过冲较小 防止过大的瞬时频偏 3 滤波器输出脉冲响应曲线下的面积对应于 2的相移 使调制指数为0 5 数字调制和解调技术 一种满足上述特性的预调制滤波器是高斯低通滤波器 其单位冲激响应为 传输函数为H f exp 2f2 式中 是与高斯滤波器的3dB带宽Bb有关的参数 为系统中可改变的参数 数字调制和解调技术 如果输入为双极性不归零矩形脉冲序列s t 高斯预调制滤波器的矩形脉冲响应为g t s t h t 于是 GMSK信号的表达式为 数字调制和解调技术 当BbTb取不同值时 g t 的波形下图所示 高斯滤波器的矩形脉冲响应 数字调制和解调技术 GMSK信号的附加相位路径 数字调制和解调技术 GMSK信号的功率谱密度 数字调制和解调技术 GMSK调制器产生GMSK信号的一种比较简单的方法是采用锁相环 PLL 法 其原理如下图所示 数字调制和解调技术 GMSK调制器 波形存储正交调制器 优点 避免了复杂的滤波器设计和实现 可以产生具有任何特性的基带脉冲波形和已调信号 缺点 两个支路基带信号的振幅误差 两个支路载波的正交相位误差和振幅误差均会引起已调信号振幅波动和相位误差 数字调制和解调技术 GMSK解调器MSK的正交相干解调电路也适合GMSK的相干解调 数字调制和解调技术 GMSK解调器差分解调 1比特差分解调 2比特差分解调 在一个信息码元内根据相位的变化来确定发送的数据 原理简单 实现方便 数字调制和解调技术 GMSK相干解调时静态误比特率特性 数字调制和解调技术 例题 用一个高斯低通滤波器产生0 25GMSK码 其信道传输速率Rb等于270Kbps 试求其3dB带宽 数字调制和解调技术 3 2 2多载波调制 正交频分复用 OFDM OFDM系统的优点对抗频率选择性衰落或窄带干扰 频谱利用率高通过使用不同数量的子信道实现不同的传输速率 可以与其它多种接入方法结合使用OFDM系统的缺点易受频率偏差的影响存在较高的峰值平均功率比 数字调制和解调技术 多载波传输系统多载波传输通过把数据流分解为若干个子比特流 这样每个子数据将具有低得多的比特速率 再去调制相应的子载波 从而构成多个低速率符号并行发送的传输系统 数字调制和解调技术 子载波间存在3种不同的设置方案 第一种是传统的频分复用 第二种是3dB频分复用 第三种是OFDM 数字调制和解调技术 OFDM的基本原理把高速的数据流通过串并变换 分配到传输速率较低的若干个子信道中 这些低速数据流在通过正交频率进行调制的同时进行传输 由于每个子信道中的符号周期会相对增加 因此可以减轻由无线信道多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响 数字调制和解调技术 OFDMvs多载波OFDM是多载波调制OFDM子载波频谱是重叠的在FDMA中 带通滤波器分离每个传输在OFDM中 每个子载波被DFT分离开来 因为载波是正交的 正交的条件稍后解释 每个子载波用PSK QAM进行调制 成百上千的PSK QAM符号能够在一个OFDM符号中进行同时传送 数字调制和解调技术 基带OFDM信号 数字调制和解调技术 OFDM载波OFDM载波频率是n 1 T 数字调制和解调技术 实际的OFDM频谱 数字调制和解调技术 OFDM系统功率谱总的功率谱几乎是方形的