调制技术发展ppt课件.ppt

移动通信发展中调制技术的演变 1 主要内容 一 调制技术定义 二 移动通信中调制技术的要求 三 基本的调制方式 四 调制技术在1G到4G中的演变 2 调制就是对信号源的编码信息进行处理 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的过程 通常的调制过程是指把基带信号转变为一个相对基带频率而言频率较高的带通信号 这个带通信号叫做已调信号 而基带信号则叫做被调信号或者调制信号 一 调制技术定义 3 基本调制方法 调幅 调频和调相 调制方案选用原则 1 频谱效率尽可能高2 相邻信道的干扰尽可能小3 信号频谱带外滚降要快 便于滤波4 具有一定的抗噪声性能5 波形易于硬件实现调制系统性能指标 功率有效性 低功率的电平下保证系统误码性能的能力 宽带效率 反映了对分配的带宽如何有效利用的 可表述成给定带宽下每赫兹的数据通过率 4 二 移动通信特点和移动通信调制技术的要求 频谱资源有限 较高的频谱利用率 多径效应 对多径效应不敏感 用户终端发射功率小 较高的功率效率 邻道干扰 自然干扰 较好的抗干扰能力 信道衰落 抗衰落能力 对调制技术要求 移动通信特点 5 按照调制器输入信号 即调制信号 的形式 调制可分为模拟调制和数字调制 三 基本的调制方式 6 调幅方式 AM 表示的就是系统中高频载波的幅度大小随调制信号幅度的改变而改变 调幅信号可表示为 调幅信号的调制指数定义为信号峰值与载波峰值之比 调频 FM 调制中 载波信号的瞬时频率随基带信号呈线性变化 如下式所示调相 PM 调制中 载波信号的角度随基带信号变化而改变 如下式所示调相与调频之间的主要区别是指被调制波形 相对于载波 的相位在调相中与输入信号成正比 而在调频中与输入的积分成正比 模拟调制 AM PM FM 7 数字调制方式抗噪声性能更好 抗信道能力损耗更强 复用各种不同形式的信息 如语音 数据和视频图像等 更容易 通信的安全性也更好 在二进制幅度键控 2ASK 中 载波幅度随二进制调制信号序列 m t 变化 即幅度键控 ASK 信号可表示为 在二进制频率键控2FSK中 频移键控是利用两个不同频率f1和f2的振荡源来代表信号1和0在二进制相移键控 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 通常这两个相位相差180 数字调制 ASK PSK FSK 8 四 调制技术在1G到4G中的演变 1G时代 第一代移动通信主要采用的是模拟技术和频分多址 FDMA 技术 由于受到传输带宽的限制 不能进行移动通信的长途漫游 只能是一种区域性的移动通信系统 第一代移动通信有多种制式 我国主要采用的是TACS 第一代移动通信有很多不足之处 如容量有限 制式太多 互不兼容 保密性差 通话质量不高 不能提供数据业务和不能提供自动漫游等 第一代移动通信系统采用模拟调频 FM 传输模拟语言信号 信令系统采用2FSK数字调制 9 移动通信系统 2G 起源于90年代初期 第二代数字蜂窝技术所传递的语音都是经过语音编码和信道编码后的数字信号 第二代手机通信技术规格 以数字语音传输技术为核心 一般定义为无法直接传送如电子邮件 软件等信息 只具有通话和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格 不过手机短信在它的某些规格中能够被执行 与第一代模拟蜂窝移动通信相比 第二代移动通信系统提供了更高的网络容量 改善了话音质量和保密性 并为用户提供无缝的国际漫游 具有保密性强 频谱利用率高 能提供丰富的业务 标准化程度高等特点 在第二代移动通信技术中GSM采用GMSK进行调制 在IS 95CDMA中在上下信道中分别采用QSK和OQSK进行调制 2G时代 10 FSK的不足 FSK虽然抗干扰能力较强 不受信道参数变化的影响 因此FSK特别适合应用于衰落信道 但是是占用频带较宽 尤其是MFSK 频带利用率较低 其次 若用开关法产生FSK信号相邻码元的相位可能不连续 通过带通特性的电路后由于通频带限制使得信号的包络产生较大起伏 因此我们应当采取相应的改进措施降低FSK对频带的占有 MSK就是其中的一种方式 MSK信号是一种包络恒定 相位连续 带宽较小并且严格正交的2FSK信号 在原理上 使两个信号相互正交 就可以将它完全分开 MSK特别适合在移动无线通信系统中使用 它有很多好的特性 例如包络恒定 误比特率低和自同步性能 MSK信号具有包络恒定 带宽较窄的特点 但是它的谱利用率较低 不能满足移动通信中对带外辐射的严格要求 为了改善谱利用率 在频率调制之前用一个低通滤波器对基带信号进行预滤波 低通滤波可以除去已调信号s t 中的高频分量 有效地抑制MSK的带外辐射 从而提高谱利用率 2G时代 11 2G时代 GMSK 低通滤波器的选择原则是 它应该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 高斯滤波器就是合适的选择 在GMSK中 将调制的不归零 NRZ 数据通过预调制高斯脉冲成型滤波器 使其频谱上的旁瓣水平进一步降低 预调制高斯滤波器将全响应信号 即每一基带码元占据一个比特周期T 转换为部分响应信号 每一发射码元占据几个比特周期 GMSK由于具有极好的功率效率 因为恒定包络 和极好的频谱效率 GMSK牺牲误码性能 而得到了极好的频谱效率和恒定的包络特性 12 第三代移动通信系统 IMT 2000 在第二代移动通信技术基础上进一步演进的以宽带CDMA技术为主 并能同时提供话音和数据业务的移动通信系统亦即未来移动通信系统 是一代有能力彻底解决第一 二代移动通信系统主要弊端的最先进的移动通信系统 3G移动通信主要调制方式 3G时代 13 3G时代 QPSK 正交相移键控 QuadraturePhaseShiftKeyin QPSK 是一种数字调制方式 它分为绝对相移和相对相移两种 由于绝对相移方式存在相位模糊问题 所以在实际中主要采用相对移相方式DQPSK 目前已经广泛应用于无线通信中 成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式 QPSK与二进制PSK一样 传输信号包含的信息都存在于相位中 调制后的载波相位取四个等间隔值之一 如 4 3 4 5 4 和7 4 相应的 可将发射信号定义为其中 i 1 2 3 4每一个可能的相位值对应于一个特定的二位组 例如 可用的一组相位值来表示格雷码的一组二位组 10 00 01 11 14 4G是第四代移动通信及其技术的简称 是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品 4G系统能够以100Mbps的速度下载 比拨号上网快2000倍 上传的速度也能达到20Mbps 并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求 TD LTE即TimeDivisionLongTermEvolution 是由阿尔卡特 朗讯 诺基亚西门子通信 大唐电信 华为技术 中兴通讯 中国移动等业者 所共同开发的第四代 4G 移动通信技术与标准 4G是个什么东东 15 多载波调制 Multi CarrierModulation MCM 和并行传输的角度去分析这种调制的基本性能 其基本概念是将高速率的信息数据流经串 并变换 分割为若干路低速数据流 然后每路低速数据采用一个独立的载波调制并迭加在一起构成发送信号 由于速率降低 信息码元周期增大 如果码元速率大于多径时延 那么多径的影响将较少的带到下一个码元 这样就减少了多径时延扩散在接收到的信息码元中所占相对的百分比值 以削弱多径干扰对传输系统性能的影响 正交频分复用 OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing OFDM OFDM技术属于多载波调制 将指配的信道分成许多正交子信道 在每个子信道上进行窄带调制和传输 信号带