无线通信原理与应用-第三章-数字调制解调

，3.5非线性调制，3.4非线性通道的线性调制方法，3.3线性调制，3.2数字调制基础和分析工具，3.1概述，3章数字调制解调，3.6OFDM调制，1。数字调制概念，2 .数字调制分类，3 .解调，4。数字调制性能指标，3.1概述，3章数字调制解调，1 .数字调制概念数字调制是使用信号m(t)的一个类别控制另一种信号c(t)的过程。M(t):将原始数据信息(.d0、D1、D2.di.)、2020/6/7、电信号的携带形式，其振幅的范围是离散的和有限的，因此称为数字调制信号。c(t)称为调制信号，如果是模拟载波，则如下所示(3-1)，在第三章数字调制和解调，表达式中，Ac是载波的振幅，0是初始相位，fc是载波频率，其值大于m(t)的最大频率。上述三个参数称为模拟载波信号的三个因素。数字调制的具体过程是：使用m(t)控制c(t)的三个参数，以生成振幅键、相位键、频率键。2020/6/7，调制的信号称为鸟瞰信号S(t)。数字调制是将数字调制信号m(t)的频谱m()从频域移动到载波频率fc的过程。第三章数字调制解调、数字调制是现代通信的基础，如果在通信协议系统中放入调制，则调制位于物理层，因此调制(包括调制解调器)是整个通信概念体系中最重要的部分之一。数字调制的本质是频谱移动或转换。2 .数字调制分类、线性和指数调制(非线性调制)、电源效率调制和带宽效率调制、2020/6/7，3。解调，(1)从概念、信号角度向目标发送调制信号而不失真的通信，即源和通信是指通过移动或改变调制信号m(t)的频谱m()，调制信号必须匹配。假设接收端的信号为x(t)，则x(t)=k(t)S(t)S(t)n(t)，(3-2)，第三章数字调制解调，2020/6/7，k()相反的是在我们称为解调的x(t)中恢复调制信号m(t)。解调是调制的逆过程。在光谱方面，解调也是光谱移动或转换。也就是说，解调是调制光谱的反向移动或反向转换过程。在通信协议系统中，解调和调制是对等层，是问题的两个方面。如第三章数字调制和解调，2020/6/7，(3-2)所示，调整后的信号S(t)受无线信道中噪声的侵入和各种衰落的影响，造成严重的失真和失真，解调过程尽可能减轻和克服这种效果的影响，解调后信号发送侧的调制信号m(。因此，无线通信系统的解调过程更加复杂，在解调技术和调制解调器设计中经常需要考虑更多的问题。第三章数字调制和解调，(2)分类，相干解调，非干扰解调，2020/6/7，(a)充分利用原始载波信号(包括相位和频率)的信息，实现最佳或最大似然解调但是其结构更加复杂，特别是在移动的参数通道上，实现完全相同的频率、相同的相位更加困难。第三章数字调制和解调，(b)非干涉解调，不利用原始载波的绝对频率或相位信息，因此不是最佳解调；但是，由于无需获取相位和频率同步信息，调制解调器结构简单，复杂度低，更多地用于移动通信。2020/6/7，非干涉解调，差分干涉检测频率包络检测等，第三章数字调制，第四章。数字调制性能指标；(1)有效性指标；(2)可靠性指标；(1)有效性指标；波特率r波特率Rb带宽w频谱效率(频带利用率)；2020/6/7，R=1/T(3-3)，T是以s(秒)为单位的代码元素间距。r是数字通信系统的基本指标。第三章数字调制和解调，(b)波特率Rb，每单位时间传输的位数，位/秒。，(3-4)，2020/6/7，M表示数字信号的十进制值或所需的级别数，k表示M进制数中包含的位数，如果代码元素持续时间T有k位，并且每个位的持续时间以Tb表示，则T=kTb。Rb是数字通信系统中常用的指标。第三章数字调制和解调，(c)带宽w，带宽是以Hz或rad/s衡量的通信系统有效性的最基本指标。显示信号和通信系统对频率资源的绝对占用和分配。带宽分为：调制信号带宽、调制信号带宽和系统带宽。2020/6/7，(d)频谱效率(频带利用)，数字通信系统中的单个波特率(或波特率)，或带宽不能完全反映系统的有效性(例如，系统的波特率很高，但使用的频率很高，效果不低)，因此结合这两类指标对系统的有效性进行综合分析。这个指标是光谱效率或光谱利用率。第三章数字调制和解调，两个频谱效率定义：(3-6)，(3-5)，单位：B/Hz，单位：位/s.hz，2020/6/7，2020/6/7，注: SNR是功率的百分比。Eb/N0是能量的比率。两者都是无量纲的。两者本质上都是信噪比的概念，SNR更多地用于模拟通信系统。Eb/N0仅用于数字通信系统。第三章数字调制和解调，(c)位错误率(误信号率)Pe定义为统计空间中接收的错误元件(符号)数与接收的代码元件(符号)总数之比，无单位。(d)误码率Pb(BER)定义为统计空间中接收的错误比特数与接收的总比特数的比率，以无单位表示。Pb也可以显示为BER。注:在多数字通信系统中，PbPe。第2020/6/7章数字调制解调，(e)基于Eb/N0和Pb的瀑布曲线，图3-1BER和Eb/N0之间关系的“瀑布”曲线，2020/6/7，以及wlog2 (1 s/n)被约束到加法高斯白噪声信道。系统容量C，接收信号的功率s，平均噪声功率n，带宽W的关系：第三章数字调制和解调，例如，假定比特率等于通道容量，即，Rb=C，=Rb/W=C/W频率效率越高，所需比特的信噪比越大。或者，对于给定带宽，可以通过增加信号的功率来增加系统容量。在给定带宽条件下，一个通信系统所需的最小比特信噪比。实际数字系统的频谱效率和比特信噪比将很难接近此曲线。第三章数字调制解调，此曲线称为山农边界。2020/6/7，(b) shannong限制如图3-2所示。我们寻找食物(3-7)限制。也就是说，Eb/N0将限制值称为“sinong限制”，以防止在具有任意位速率(所有频谱效率)的系统上无错误地传输到0.693或1.6dB以下的Eb/N0。阈值Eb/N0=0.693称为所有通信系统的绝对限制。，第三章数字调制解调器解调，2020/6/7，3.2数字调制基础和分析工具，1 .基带信号的复数表示2。线性调制和非线性调制3。星座也是4。噪声的复本基带说明5。匹配滤波器及其相关实现6。I/Q调制器解调及其特性，本节包括：1.基带信号的复数表示、(1)基带信号的复数形式、(2)复数基带信号与数据信息的关系、(3)基带信号的功率谱、(2020/6/7)基带信号的复数形式、(1)调制信号的频谱是低频或信号的绝大多数是零频率点以m(t)表示基带调制信号。实际基带信号是实数，但可以在数学分析中以复数形式描述，这种表示可以为调整后的信号(包括通信号)的分析提供方便和好处。例如，第三章数字调制和解调、(3-9)、式(3-9)是基带信号的复数形式。2020/6/7，mI(t)称为同相元件，mQ(t)称为正投影元件；M(t)的模式值为 a (t)，(t)为摊销。第三章数字调制和解调，(3-10)，(2)复合基带信号与数据信息的关系应区分基带信号与数据信息。也就是说，基带信号的电脉冲形式与自己托管的数据是不同的概念。我们用复数形式把这两者结合起来定义了两种表达。2020/6/7，(a)基带信号脉冲时间偏移叠加模式的线性关系，对于第I数据符号，di为，如果m(t)满足以下条件，(3-11)为基带信号m(t)与原始数据di之间的线性关系，di值是随机的，是复数的。G(t)是称为基带信号的形成脉冲或脉冲形成函数的实数，在最常用的调制方法中，t是非零矩形脉冲，t是脉冲重复周期。第三章数字调制和解调，2020/6/7，(b)基带信号和数据信息的指数关系，如果di和m(t)满足以下关系：(3-12)，基带信号m(t)和原始数据diDi的值与样式(3-11)相同，d和I是与原始数据di相关的每个频率和相位参数，a是常量。第三章数字调制和解调，(3)基带信号的功率谱，2020/6/7，耦合(3-11)和(3-12)，我们可以求出基带信号的功率谱。根据维纳-辛原理，任意信号的功率谱由自相关函数的傅立叶变换确定为：(3-13)，第三章数字调制和解调，常识是基带信号m(t)的功率谱Pm(f)。表达式中，Rdd和Rgg分别表示形成数据di和脉冲g(t)的自相关函数，k和表示相应相关函数的时间延迟。2020/6/7，F表示傅立叶变换。数据信息di对于未编码的数据符号相互独立，并且在二进制双极信号和先验等方面，自相关函数Rdd(k)=(k)是原点的刺激，其中傅立叶变换是常数。第三章由于数字调制及解调，基带信号的功率谱由基带脉冲形成波形的功率谱确定。也就是说，(3-14)，c是常数，G(f)是形成基带脉冲的光谱函数。2020/6/7，2。线性调制和非线性调制，(1)调制波的时域说明，(2)线性调制和非线性调制，(3)调制波的频域特性，(3)数字调制和解调，(1)调制波的时域说明，频谱移动，频谱位于频带高端，称为频带通信号。所有频带通信号S(t)可以用复数表示。(3-15)，载波的复数形式，表达式(3-15)是所有调制信号的表达式。2020/6/7，根据公式(3-9)和Euler公式展开公式(3-15)，则3360，(3-16)，公式(3-16)在一般意义上以复数表示的调制所有载波调制都与这种模式相匹配。，第三章数字调制和解调(3-16)变形，调制波由以下两种不同的数学关系提供：(3-17)、2020/6/7、(2)基带信号m(t)以及该信号所携带的数据di即，第三章数字调制和解调，(a)线性调制由于原始数据di和基带信号m(t)之间的线性关系，在替换格式(3-11)中的m(t)时，调制载波，调制波和原始数据di具有线性关系，因此称为线性调制。2020/6/7，(b)非线性调制(指数调制)，将表达式(3-12)替换为表达式(3-15)，(3-18)原始数据di和基带信号m，第三章数字调制解调，2020/6/7，(3)调制波的频域特性，(a)调制波的频谱，基础(3-15)，(3-19)，傅立叶变换：(2这与由实数基带信号描述的调制信号的底部波段频谱镜像对称有区别。第三章数字调制和解调，图3-3复合基带信号调制后信号调节的双向频带频谱，2020/6/7，(c)调制波的功率谱(3-20)具有通信号的功率谱密度(PSD)星座图，在数字调制中，如果总共有m个可能的信号状态，则调整后的信号可以表示为以下集合：S=S1(t)，S2(t)，S3(t)，Sm(t)(3-22)，2020/6/7，我们可以将这些数学集合看作向量空间中的点集合，这些点集合可以应用于所有数字调制方式的分析。第三章数字调制和解调，矢量空间中的信号集被描述为由二维笛卡尔坐标组成的几何空间，这被称为Argand图或星座图。该表示可以表示m种信号状态中各种复杂包络的幅度和相位特性。图3-4QPSK信号的星座图，图3-4表示QPSK信号的星座图。2020/6/7，星座点和原点的距离表示复合包络值的大小。星座点和原点之间的连接和水平轴的角度(t)表示复合包络的拓扑。在x轴和y轴的投影中，星座点和原点的连接分别表示复合包络的同相元件和正交元件。星座点的半径大小如图3-10所示，表示信号受到随机噪音和干扰的影响和损坏的程度。两个星座点中