移动通信第2章.ppt

第2章调制解调 2 1概述 2 2数字频率调制2 3数字相位调制2 4正交振幅调制 QAM 2 5扩展频谱调制2 6多载波调制 2 1概述 目的 使传输的数字信号与信道特性相匹配 便于有效的进行信息传输 分类调制信号 模拟调制和数字调制相位连续 相位不连续调制和相位连续调制信号恒定 恒包络调制和非恒包络调制 移动通信调制解调技术特点 移动通信面临的无线信道问题多径衰落 干扰 自然人为ISI 频率资源有限 移动通信对调制解调技术的要求频谱资源有限 高的带宽效率用户终端小 高的功率效率 抗非线性失真能力强邻道干扰 低的带外辐射多径信道传播 对多径衰落不敏感 抗衰落能力强干扰受限的信道 抗干扰能力强解调一般采用非相干方式或插入导频的相干解调产业化问题 成本低易于实现 调制方案的性能评估 功率效率和带宽效率 bit s Hz 调制解调的主要功能 频谱搬移 实现基带信号搬移到相应的频段实现可以分为两步 首先进行基带信号调制 然后上变频到所需的频段抗干扰性主要体现通信系统的质量指标 即可靠性调制信号具有较小的功率谱占有率要求功率谱主瓣占有尽可能多的信号能量 具有快速滚降特性 带外衰减大 旁瓣小频谱有效性主要体现通信系统的数量指标 即有效性频带利用率 bit s Hz 数字调制方法的分类 各类二进制调制原理图 脉冲成型技术 矩形脉冲经过限带信道后 脉冲在时间上扩展 造成严重的符间串扰 ISI 脉冲成型可以减小ISI和调制信号的带宽Nyquist准则第一准则 抽样点无失真 升余弦滚降滤波第二准则 转换点无失真第三准则 脉冲波形面积保持不变移动通信中的脉冲成型技术升余弦滚降滤波器高斯脉冲成型滤波器 升余弦滚降滤波器 WCDMA FDD中的成型滤波器 高斯成型滤波器 恒包络调制 FSK MSK GFSK GMSK 恒包络调制的特点 恒包络调制对线性要求低 可使用C类放大器功率效率高带外辐射低可达 60 70dB可使用限幅器 鉴频器检测系统结构简单 实现容易限幅器可克服随机噪声和瑞利衰落导致的信号幅度的变化 抗干扰和衰落能力强具有较好的解调门限 FSK和CPFSK 最小移频键控 MSK MSK是一种特殊的CPFSK 调制指数为0 5h 0 5时 满足在码元交替点相位连续的条件h 0 5是移频键控为保证良好误码性能所允许的最小调制指数h 0 5时 波形相关系数为0 信号是正交的MSK也是一类特殊形式的OQPSK 用半正弦脉冲取代OQPSK的基带矩形脉冲信号表达式 MSK的调制解调器 MSK信号的特征和功率谱密度 特征已调制信号幅度是恒定的在一个码元周期内 信号包含1 4载波周期整数倍码元转换时 相位连续无突变信号频偏严格等于 1 4Tb 调制指数为0 5信号相位在一个码元周期内变化 2功率谱密度 2 2 3高斯滤波的最小移频键控 GMSK 图2 11 GMSK信号的产生原理 当BbTb取不同值时 g t 的波形如图2 12所示 图2 12高斯滤波器的矩形脉冲响应 图2 15GMSK的功率谱密度 MSK和GMSK的BER性能 移相键控 PSK 1986年前 线性高功率放大器成本较高 因此采用恒包络的CPM调制实现高功率效率 之后 线性功率放大器已取得实质性进展 PSK是一种线性调制技术 具有带宽效率高 频谱利用率高等特点移动通信中 一般采用性能优良的绝对移相体制而不采用相对移相体制 虽然相对移相体制可以解决相位模糊度问题 而CDMA中 常采用导频信道传送载波信息进行相干解调 BPSK和QPSK 偏移QPSK OQPSK QPSK波形成型后 将失去恒包络性质 180 相移导致信号包络过零点 对放大器线性度敏感与QPSK的区别为 调制器输入的信号其正交支路比特流比同相支路比特流延迟了1个码元好处是载波相位只有 90 变化 而无 180 变化 在非线性放大后仍保持带限性质 图2 25QPSK和OQPSK的星座图和相位转移图 a QPSK b OQPSK 2 3 3 4 DQPSK调制 4 DQPSK已应用于美国的IS 136数字蜂窝系统 日本的 个人 数字蜂窝系统 PDC 和美国的个人接入通信系统 PACS 中 4 DQPSK是对QPSK信号特性的进行改进的一种调制方式 改进之一是将QPSK的最大相位跳变 降为 3 4 从而改善了 4 DQPSK的频谱特性 改进之二是解调方式 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 图2 26 4 DQPSK信号的产生 图2 27 4 DQPSK的相位关系 图2 29具有笛卡尔坐标负反馈控制的发射机框图 1 基带差分检测 图2 31基带差分检测电路 2 中频差分检测 图2 32中频差分检测框图 3 鉴频器检测 图2 33鉴频器检测框图 理想的鉴频器特性为 1 4 DQPSK在理想高斯信道条件下系统的抗噪声性能 基带差分检测的误比特率为 式中 b Eb N0 Ik是第一类第k阶修正Bessel函数 误比特率曲线如图2 34中的实线所示 图2 34 4 DQPSK的误比特率性能及频差 f引起的相位漂移 fTs对误比特率的影响 2 4 DQPSK在多径衰落信道和有同道干扰及邻道干扰条件下的系统性能 图2 35频率选择性Rayleigh衰落信道模型 在上述滤波器设计策略下 在下列参数 信号载频为850MHz 信息速率为48kb s 滚降因子 0 2时 通过理论分析和数值计算 可得出在以下不同信道条件下 4 DQPSK的基带差分检测性能 1 无多普勒频移和无时延扩散的Rayleigh衰落信道 图2 36 4 DQPSK在无多普勒频移和无时延扩散的衰落信道下的性能 2 无时延扩散和有多普勒频移Rayleigh衰落信道 图2 37 4 DQPSK在有多普勒频移和无时延扩散的衰落信 图2 38 4 DQPSK在有同道干扰 有多普勒频移和无时延扩散衰落信道下的性能 4 有时延扩散和多普勒频移的Rayleigh衰落信道 图2 40 4 DQPSK在有时延扩散和多普勒频移的衰落信道下的性能 正交幅度调制技术QAM 标准QAM存在载波恢复和自动增益控制方面问题 不适合瑞利衰落信道 星型QAM可以效地叠加差分