chapt-3调制技术ppt课件.ppt

1 第三章调试技术 2 第三章调制技术 概述概述数字调制的性能指标数字调制的分类线性数字调制技术恒包络调制技术多进制调制技术与线性和恒包络组合的调制技术扩频调制技术 3 概述 调制的目的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的信号 高频带通信号 该信号称为已调信号 调制可以通过使高频载波随信号幅度的变化而改变载波的幅度 相位或者频率来实现 调制过程用于通信系统的发送端 在接收端需将已调信号还原成要传输的原始信号 该过程称为解调 4 数字调制和模拟调制 按调制器输入信号 即调制信号 的形式分 数字调制和模拟调制无本质区别 同属正弦载波调制调制信号 数字型正弦调制 连续性正弦调制质量标准 模拟信号 信噪比 SNR 数字信号 误码率 BER 5 移动通信对调制技术的要求 移动通信信道的特点带宽有限 取决于可使用频率资源和信道的传播特性干扰和噪声影响大 移动通信的电磁工作环境决定存在着多径衰落 已调信号的要求高的频谱利用率抗干扰抗衰落 6 数字调制技术 常用技术频移键控FSK相移键控PSK数字移动通信系统中 调制信号可表示为符号或脉冲的时间序列 每个符号可以有m种有限状态 代表n比特的信息 7 数字调制的性能指标 调制方式的选择要求 可靠性 即抗干扰性 选择具有低误比特率的调制方式 其功率谱密度集中于主瓣内 有效性 选取频谱有效的调制方式上 特别是多进制调制 工程上易于实现 主要体现在恒包络与峰平比的性能上 数字调制的性能指标通常通过功率有效性 p powerefficiency 和带宽有效性 B spectralefficiency 来反映 8 功率有效性和带宽有效性 功率有效性 p是反映调制技术在低功率电平情况下保证系统误码性能的能力 可表述成每比特的信号能量与噪声功率谱密度之比 带宽有效性 B是反映调制技术在一定的频带内数字有效性的能力 可表述成在给定带宽条件下每赫兹的数据通过率 9 数字调制技术的特性要求 为了在衰落条件下获得所要求的误码率 BER 需要好的载噪比 C N 和载干比 C I 性能所用的调制技术必须在规定频带约束内提供高的传输速率 以 bit s Hz为单位应使用高效率的功率放大器 而带外辐射又必须降低到所需要求 60 70dB 恒定包络低的载波与同道干扰 CCI 的功率比必须满足快速的比特再同步要求成本低 易于实现 10 数字调制的分类 数字式调制是将数字基带信号通过正弦型载波相乘调制成为带通信号 其基本原理是用数字基带信号0与1去控制正弦载波中的一个参量振幅键控ASK 频率键控FSK 相位键控PSK 幅度相位调制 正交幅度调制QAM 0与1组成二进制调制 更有多进制调制移相键控 为了克服移动接收端产生的相位模糊度 绝对移相 PSK 往往改进为相对移相 DPSK 数字蜂窝系统常用线性调制 各种进制的PSK QAM等 特点带宽效率高恒包络调制 MSK TFM 平滑调频 GMSK等 特点包络幅度不变 发射功率放大器可在非线性状态而不引起严重的频谱扩散 11 各类二进制调制原理图 12 第三章调制技术 概述线性数字调制技术二进制相移键控调制差分相移键控调制四相相移键控调制交错QPSK调制 4QPSK调制恒包络调制技术多进制调制技术与线性和恒包络组合的调制技术扩频调制技术 13 二进制相移键控技术 二进制相移键控 binaryphaseshiftkeying BPSK 中 幅度恒定的载波信号根据信号两种可能m1和m2 即二进制数1和0 的改变而在两个不同的相位间切换 设正弦载波的幅度为Ac 每比特能量则传输的BPSK信号为 14 二进制相移键控技术 发送机端 接收机端 AWGN信道比特差错概率 15 带载波恢复电路的BPSK接收机框图 解调输出 16 a 相干解调 b 差分相干解调 PSK的解调框图 载波导频信号 17 线性数字调制技术 二进制相移键控调制载波相位的绝对数值传送数字信息 绝对调相差分相移键控调制利用前后码元之间相位的相对变化传送数字信息 相对调相差分编码后二进制相移键控平均错误概率 差分编码过程图解 18 线性数字调制技术 四相相移键控调制一个调制码元中传输两个比特 带宽效率提高一倍载波相位为四个间隔相等的值也称为正交相移键控交错QPSK调制奇偶比特流跳变错开一比特 半个码元周期 消除180o相位跳变 OQPSK 偶尔发生180o相移 导致信号包络瞬时过零点 带来旁瓣再生和频谱扩展 19 线性数字调制技术 4QPSK调制QPSK只能用相干解调 而 4 DQPSK既可以用相干解调也可以采用非相干解调 QPSK和OQPSK的折中 20 第三章调制技术 概述线性数字调制技术恒包络调制技术非线性调制 载波幅度不变 二进制频移键控调制最小频移键控调制高斯最小频移键控调制多进制调制技术与线性和恒包络组合的调制技术扩频调制技术 21 恒包络调制技术的特点 优点可是用功率高的C类放大器 而不会使发送信号占用的频谱增大带外辐射低 可达 70 60dB可用限幅器 鉴频器检测 简化接收机设计 并能很好的抵抗随机噪声和由瑞利衰落引起的信号波动缺点占用带宽比线性调制大 22 二进制频移键控技术 二进制频移键控 binaryfrequencyshiftkeying BFSK 中 幅度恒定的载波信号频率根据信号两种可能m1和m2 即二进制数1和0 的改变而切换 相位可能连续 亦可能不连续设正弦载波的幅度为Ac 每比特能量则传输的FSK信号一般表达式为 2个独立振荡器之间切换 非连续频移键控 频谱扩展 传输差错等问题 单个载波振荡器调制 积分成正比例 相位连续 23 二进制频移键控调制 相干FSK接收机误码率 24 二进制频移键控调制 非相干FSK接收机误码率 25 最小频移键控调制 最小频移键控调制特殊的连续相位的频移键控最大频移为比特率的1 4 即MSK的调制系数是0 5MSK的频率间隔 带宽 是可以进行正交检测的最小带宽频率空间仅为常规非相干FSK的一半包络恒定 频频利用率高 误比特率低 自同步等 频谱利用率比相移键控技术低低通滤波器的选择原则 具有窄的带宽和尖锐的过渡带 低峰突的冲激响应 保持输出脉冲的面积不变 以保证 2的相移选择高斯滤波器 26 高斯最小频移键控调制 高斯最小频移键控调制频率调制前低通滤波 高斯 去除高频分量 提高频谱利用率 差分编码的GMSK调制器 27 高斯滤波的频移键控 GFSK吸收了GMSK的优点 放松了调制系数的要求 28 第三章调制技术 概述线性数字调制技术恒包络调制技术多进制调制技术与线性和恒包络组合的调制技术多进制幅度监控与脉冲幅度调制多进制相移键控多进制频移键控多进制正交幅度调制扩频调制技术 29 多进制调制技术与线性和恒包络组合的调制技术 现代调制技术可同时改变发射载波的包络和相位 或频率 传输数字基带数据2个自由度 将基带数据映射到四种 更多 的射频载波信号 多进制调制信道频带受限时增加信息的传输率 即比特率 提高频带的利用率码元星座图位置距离变小引起定时误差增加 导致误码率升高以牺牲功率获得较高的带宽效率 30 多进制调制技术与线性和恒包络组合的调制技术 多进制幅度监控与脉冲幅度调制多进制相移键控多进制频移键控多进制正交幅度调制 31 第三章调制技术 概述线性数字调制技术恒包络调制技术多进制调制技术与线性和恒包络组合的调制技术扩频调制技术概念伪随机序列直接序列扩频DS SS跳频与跳时扩频技术 32 扩频调制技术 扩频技术是把信息的频谱展宽并进行传输的技术 目前的许多调制方案主要设计思想之一就是最小化传输带宽 因为带宽是有限的资源扩频技术对于单用户带宽效率很低 但多用户可以在同一频带同时使用 且干扰不明显 故频谱效率反而会高 33 扩频调制技术 伪随机和类似噪声特性扩频波形由伪噪声 PN 序列控制PN序列是二进制序列 表现出随机性 却可在接收机方以确定方式重新产生正确的PN序列经过相关运算可以解扩 恢复原始窄带信号 34 扩频系统框图 信源 信源编码 信道编码 载波调制 扩频调制 解调制 符号调制 信道译码 信源译码 信息输出 信道 去掉信息冗余度 压缩信源数码率 提高信道传输效率 增加信道冗余度 具有检错纠错能力提高信道传输质量 与常规窄道通信方式区别 信息的频谱扩展后形成宽带传输相关处理后恢复成窄带信息数据 信道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号 35 扩频通信的优点 易于重复使用频率 提高了无线频谱利用率抗干扰性强 误码率低隐秘性好可以实现码分多址 适合数字话音和数据传输抗多径干扰 扩频系统抗宽带干扰能力示意图 解扩前 干扰 信号 解扩后 干扰 信号 36 扩频技术的几种基本类型 直接序列扩频 简称直扩 DS 将要传送的信息经过伪随机序列编码后对载波进行调制 因为伪随机序列的速率远大于要传信息的速率 因而受调信号的频谱宽度将远大于要传送信息的频谱宽度 故称为扩频跳频 FH 荷载信息的信号频率受伪随机序列的控制 快速的在一个频段中跳变 此跳变的频段范围远大于要传送信息所占的频谱带宽 故跳频也属于扩频跳时 TH 把每个信息码元分为若干个时隙 此信息受伪随机序列控制 以突发方式随机占用一个时隙进行传输 因为信号在时域中压缩了传输时间 相应地在频移中扩展了频谱的宽度 因而也属于扩频几种不同的扩频方式混合使用 37 扩频通信系统的两个重要性能指标 处理增益 也称扩频增益 Gp 频带扩展后的信号带宽W与频谱扩展前的信息带宽 F跳频是靠躲避干扰来达到抗干扰能力的抗干扰容限扩频系统能在多大干扰环境下正常工作的能力 38 自适应调制 为什