新型数字带通调制技术PPT演示课件

LOGO,第8章新型数字带通调制技术,8.1正交振幅调制8.2最小频移键控和高斯最小频移键控8.3正交频分复用,随着VLSI和DSP技术的发展，一些性能上各有,所长但实现较复杂的新型调制系统得以广泛应用,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#1,8.1,正交振幅调制,QAM(QuadratureAmplitudeModulation)属于振幅、相位联合键控APK,MASK、MPSK,分析,从星座图可以观察到：若信号的幅度(功率)不变，当M增加时，相邻信号点的欧氏距离减小，对应着噪声容限减小，抗噪声性能减弱,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#2,8.1正交振幅调制QAM基本原理,QAM基本原理用两个独立的基带波形(二进制/多进制)，对两路正交的同频载波进行MASK-SC调制，实现两路信号并行传输,正交载波：cosw0t、cos(w0t/2)sinw0t传输信号：s(t)mI(t)cosw0tmQ(t)sinw0t,mI(t)cosw0t,mI(t),cosw0t,s(t),-sinw0tmQ(t),-sinw0t,mQ(t),通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011,DyNEAllrightsreserved,Page#3,低通滤波,信道,90移相,90移相,低通滤波,8.1正交振幅调制,16QAM,4QAMQPSK16QAM,Q,d,与16PSK,比较，噪声容限：,A,I,当最大幅度相同时AQAMAPSK,d,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011,DyNEAllrightsreserved,Page#4,A,8.1正交振幅调制,16QAM,设各符号等概，平均功率相等：,Q,d,A,I,当平均功率相同时，16QAM比16PSK的噪声容限大：1.62+2.55=4.17dB,d,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011,DyNEAllrightsreserved,Page#5,A,8.1,正交振幅调制,常用的星座图,常用的星座图：,4QAM16QAM32QAM64QAM128QAM256QAM,M=2NN为偶数时，星座图为矩形N为奇数时，星座图为十字形,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#6,8.1,正交振幅调制,QAM,调制与解调,比特率波特率：RbRBlog2MQAM调制与解调1.正交调幅法：,Q,10110100,用两路正交的MASK,叠加实现,00,01,11,10,I,2,ML,Rb/2,coswct-sinwct,coswct-sinwct,Rb/2,通信原理第8章,新型数字带通调制技术,Copyright2011,DyNE,Allrightsreserved,Page#7,抽样判决(L-1)门限,低通滤波,2L电平转换,串并变换,定时脉冲,并串变换,抽样判决(L-1)门限,低通滤波,2L电平转换,8.1正交振幅调制QAM,调制与解调,2.复合相移法：,用两路独立的MPSK叠加实现,1011,10011000,1110,1111,1010,1100,1101,10,11,10,11,00,01,00,01,0001,0000,01000101,0110,差分象限符号映射，格雷码符号映射,0011,0010,0111,16QAM其他星座图：例：V.29(Modem),53,How?,9600b/s2400Baudfc1700HzB2400Hz(5002900Hz),4.61,2.61,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#8,1,8.1,正交振幅调制,8QAM,8QAM,幅度控制,(1,1),采用任一星座图皆可实现：Rb=RBlog2M,通信原理第8章,新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#9,二电平波形,1,二电平波形,二电平波形,四电平波形,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控,最小移频键控MSK带宽最小、相位连续、包络恒定、频率正交的2FSK,简单说明：从CPFSK(连续相位FSK)出发,什么情况下需要相位修正?,码元宽度为Ts,f1f2且相位连续允许在转换点修正一个码元内累计相位,ak0,f1,差为，周期数差半个,1,f2,1,c,2,0,f1,1,0,1,奇k异码，则变,第8章新型数字带通调制技术,通信原理,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#10,0,1,2,ffff,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK,从载波来看，一个码元内两频率各自累计相位差/2一个码元内包含Tc/4的整数倍：调制指数：hf/RbfTs0.5,f1f2且相位连续允许在转换点修正一个码元内累计相位,ak0,f1,差为，周期数差半个,1,f2,1,c,2,0,f1,fc,奇k异码，则变,通信原理,第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#11,0,1,2,Tc/4个数：7,9,10,8,ffff,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK,从载波来看，一个码元内两频率各自累计相位差/2一个码元内包含Tc/4的整数倍：调制指数：hf/RbfTs0.5以最小f实现了CPFSK，故称最小移频键控MSK,上述f,是满足频率正交性的最小频差，即2wc,r0w,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#12,0,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控,MSK,信号的表示,MSK信号的表示,jk：为保证相位连续加入的修正相位附加相位函数,附加相位与修正相位的图示方法：,q,f2=fcf1=,fc+f,t,T,s,fcf,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#13,相差n即可连续,平滑相位,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控,MSK,信号的表示,ak,MSK信号的表示,jk：为保证相位连续加入的修正相位附加相位函数,相位约束条件：k,码元开始相位k1码元末尾相位,：邻码相同时，修正相位不变：邻码变化时，调整修正相位,设j00；则jk0或,(mod2),奇k异码，则变,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#14,0,1,2,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控,MSK附加相位轨迹,qk,附加相位轨迹,2,ak=+1：/2ak=-1：/2相位jk可直接依据：纵轴交点：m横轴交点：2mTsqk(t)轨迹ak,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,/Ts,-,-2,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#15,：邻码相同时，修正相位不变：邻码变化时，调整修正相位设j00；则jk0或(mod2)奇k异码，则变,k,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,ak,+1,+1,-1,+1,-1,+1,+1,-1,-1,-1,-1,+1,jk,0,0,0,0,0,0,t,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控,MSK信号的正交表示法,MSK信号的正交表示法,0,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011,DyNEAllrightsreserved,Page#16,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK,信号的正交表示法,Qk=akIk,MSK可视作一种正交调制,同相序列：Ik=cosjk,Ik=akQkQk=akcosjk,正交序列：Qk=akIkakIk、Qk,j0,=,0，I0,=,+1,差分变换：bkakbk1串并变换：Ik、Qk,kk,为偶数，Ik,不会变化,为奇数，Qk不会变化,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#17,：邻码相同时，修正相位不变：邻码变化时，调整修正相位设j00；则jk0或(mod2)奇k异码，则变,规律,方法,ak,a0,a1,a2,a3,a4,a5,Ik,I0,I1,I2,I3,I4,I5,Qk,Q0,Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,bk,I0,Q0,I1,Q2,I3,Q4,I5,加权(调制)函数,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK,信号的正交表示法,Qk,=akIk,MSK可视作一种正交调制,同相序列：Ik=cosjk正交序列：Qk=akIk,Ik=akQkQk=akcosjk,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011,DyNEAllrightsreserved,Page#18,k,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,ak,+1,+1,+1,-1,+1,-1,-1,-1,+1,-1,-1,jk,0,0,0,0,0,0,0,bk,+1,+1,+1,+1,-1,-1,+1,-1,+1,+1,-1,+1,Ik,+1,+1,+1,-1,-1,+1,+1,+1,+1,-1,-1,Qk,+1,+1,+1,+1,-1,-1,-1,-1,+1,+1,+1,加权(调制)函数,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK信号的正交表示法,Qk=akIkMSKOQPSK相同点：Ik、Qk是偏移(offset)的MSKOQPSK不同点：两正交支路的包络是正弦波,根据,MSK,正交表达式可以实现,MSK,调制,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011,DyNEAllrightsreserved,Page#19,k,-1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,ak,+1,+1,+1,-1,+1,-1,-1,-1,+1,-1,-1,jk,0,0,0,0,0,0,0,bk,+1,+1,+1,+1,-1,-1,+1,-1,+1,+1,-1,+1,Ik,+1,+1,+1,+1,-1,-1,+1,+1,+1,+1,-1,-1,Qk,+1,+1,+1,+1,-1,-1,-1,-1,+1,+1,+1,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控,MSK,信号的产生与解调,Qk,=akIk,MSK信号的产生与解调MSK信号的产生方法,cosWt,coswct,ak,bk,sMSK(t),sinWt,-sinwct,bk=akbk1,k,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#20,90移相,Ik,串并变换,Q,90移相,差分编码,带通滤波,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK信号的产生与解调,Qk=akIk,MSK信号的产生与解调MSK信号的解调方法,1010,q(t),k,1,t,2Ts,1.2FSK相干解调,0,2FSK非相干解调延时判决相干解调法,2.3.,(2i1)T,(2i1)T,s,s,-sinwct,-sinwct,11、10：qk(t)0，vo000、01：qk(t)0，vo0,2iTs,2(i1)Ts,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#21,积分判决,载波提取,积分判决,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控,MSK,信号的功率谱密度,MSK信号的功率谱密度,Ps(f),Ps(f)/dB,1.0,QPSK,MSK2PSK2FSK,OQPSK,0,MSK2PSK,-10-20,0.5,-30-40,(ffc)Tb,(ffc)Tb,0.5,1.0,1.5,0.751,2,3,4,通信原理,第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#22,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控,MSK,信号的功率谱密度,MSK信号的功率谱密度,90%功率带宽：MSK、QPSK、OQSPK：B1/TbBPSK：B2/Tb99%功率带宽：MSK：B1.2/TbQPSK、OQSPK：B8/TbMSK与QPSK和OQPSK相比：功率谱密度更为集中，,旁瓣下降得更快，对临道干扰更小。,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#23,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控MSK信号的误码率性能,MSK信号的误码率性能误码率性能与接收方式有关：1.用匹配滤波器接收时，误比特率性能与2PSK、QPSK及OQPSK等的性能一样2.用2FSK相干解调时，误比特率性能比2PSK信号的性,能差,3dB,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#24,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控高斯最小频移键控GMSK,高斯最小频移键控GMSK,MSK：已调信号具有恒定包络，功率谱在主瓣以外衰减较快GMSK：(GaussianFilteredMinimusShiftKeying)移动通信要求信号带外辐射功率必须衰减70dB以上，MSK信号仍不能满足此要求GMSK是MSK的改进，满足对邻道干扰的严格要求，被泛欧数字蜂窝移动通信系统(GSM)所采用。基带矩形波形通过预调制滤波，得到较好的频谱特性，然后再进行MSK调制：,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#25,MSK调制器,预调制滤波器,P,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控高斯最小频移键控,GMSK,预调制滤波器采用高斯型低通滤波器,Bb：滤波器的3dB带宽冲激响应为高斯型：,GSM蜂窝网采用的是BbTb0.3的GMSK从冲激响应可见，GMSK存在码间串扰,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011,DyNEAllrightsreserved,age#26,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控,高斯最小频移键控,GMSK,功率谱密度,(dB),100-10-20-30-40-50-60-70-80-90-100-110,0.2,-120,0,0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#27,QPSK,MSK,0.16,BbTb=,0.3,0.5,:TFM,8.2最小频移键控和高斯最小频移键控高斯最小频移键控GMSK,GMSK信号中包含给定功率百分比的射频带宽,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#28,功率BbTb,90%,99%,99.9%,99.99%,0.2GMSK,0.52Rb,0.79Rb,0.99Rb,1.22Rb,0.25GMSK,0.57Rb,0.86Rb,1.09Rb,1.37Rb,0.5GMSK,0.69Rb,1.04Rb,1.33Rb,2.08Rb,MSK,0.78Rb,1.20Rb,2.76Rb,6.00Rb,8.3,正交频分复用OFDM,OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingOFDM是一种并行(多载波)传输体制串行体制：使用一个载波，符号流为串行为了提高信息速率，码元持续时间Tb占用带宽B，信道特性不理想时，面临较严重的多径衰落和码间串扰FDM将信道分为N个子信道，子信道的特性接近理想，每路仅传输数据的1/N，Tb可提高抗多径衰落能力传统FDM：每个子载波间隔较大，有隔离带；简单、频带利用率低OFDM：各子载波频谱有1/2重叠，但相互正交，带宽节省1/2,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#29,8.3,正交频分复用,OFDM,频率正交条件,结论：,k,i,一个码元内含整数载波周期，最小频率间隔为1/Ts幅度及相位的变化不影响正交性,通信原理第8章新型数字带通调制技术,Copyright2011DyNEAllrightsreserved,Page#30,MSK为1/(2Ts)，是jj时的特例,8.3正交频分复用OFDM,OFDM发展：并非新出现的技