第3章_调制技术

1、第三章第三章 调制技术调制技术移动通信模型中信号的处理流程移动通信模型中信号的处理流程信道编码、交织信道编码、交织信源采样和编码信源采样和编码扩频、加扰扩频、加扰调制和信道速率适配调制和信道速率适配1234信号放大和发射信号放大和发射5发送端：发送端：移动通信模型中信号的处理流程移动通信模型中信号的处理流程解调解调信号信号接收接收解扩、解扰解扩、解扰信道解码和去交织信道解码和去交织1234信源解码信源解码5接收端：接收端：本章主要内容本章主要内容调制技术及信源编码概述调制技术及信源编码概述最小移频键控最小移频键控MSK高斯最小移频键控高斯最小移频键控GMSKQPSK调制调制高阶调制高阶调制正交

2、频分复用正交频分复用OFDM3.1 调制技术概述调制技术概述调制调制调制是一种将有用信号注入载波，以此信号来携带有用调制是一种将有用信号注入载波，以此信号来携带有用信息的技术，其目的就是使携带信息的信号与信道特性相匹配以信息的技术，其目的就是使携带信息的信号与信道特性相匹配以及有效的利用信道（及有效的利用信道（把基带信号（信源）转变为一个相对基带频把基带信号（信源）转变为一个相对基带频率而言频率非常高的带通信号率而言频率非常高的带通信号(频谱搬移频谱搬移)。带通信号叫做。带通信号叫做已调信已调信号号，而基带信号叫做，而基带信号叫做调制信号调制信号。调制可以通过使高频载波随信号。调制可以通过使高

3、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）幅度的变化而改变载波的幅度、相位或者频率来实现）多径衰落、多普勒频率扩展；日益增加的用户数目，无线信道频多径衰落、多普勒频率扩展；日益增加的用户数目，无线信道频谱的拥挤这些因素对调制方式的选择都有重大的谱的拥挤这些因素对调制方式的选择都有重大的影响，主要表现影响，主要表现在以下几个方面在以下几个方面 1.频带利用率频带利用率（b Rb/B,其中其中Rb为比特速率，为比特速率，B为无线信号的带宽，为无线信号的带宽，bit/sHz）2.功率效率功率效率（保持信息精确度的情况保持信息精确度的情况下所需的最小下所需的最小信号功率，或者说信号功

4、率，或者说最小信噪比最小信噪比）3.已调信号恒包络已调信号恒包络4.易于解调易于解调5.带外辐射带外辐射（要求已调信号的功率谱的副瓣要小，（要求已调信号的功率谱的副瓣要小，使超出带宽外的信号功率降低到规定以下使超出带宽外的信号功率降低到规定以下 一般要一般要求达到求达到-60到到-70dB 在移动通信系统中，采用何种调制方式，要综合考在移动通信系统中，采用何种调制方式，要综合考虑上述各种因素。虑上述各种因素。线性调制方案频谱利用率高，具有线性调制方案频谱利用率高，具有很好的频谱有效很好的频谱有效性性。它必须使用线性。它必须使用线性RF放大器发射。而放大器发射。而功率有效功率有效性较差性较差。如

5、使用功率有效性高的非线性放大器会导。如使用功率有效性高的非线性放大器会导致已滤除的边瓣再生，造成严重的邻道干扰，使线致已滤除的边瓣再生，造成严重的邻道干扰，使线性调制得到的频谱效率全部丢失。性调制得到的频谱效率全部丢失。目前使用比较普通的线性调制技术有正交相移键控目前使用比较普通的线性调制技术有正交相移键控(QPSK:Quadrature Phase Shift Keying的的 ), 偏移四偏移四相相移键控相相移键控(OQPSK:Offset QPSK)和和 /4 -QPSK1 . 线性调制线性调制恒定包络调制方式主要有2FSK、CPFSK、MSK（最小移频键控）、TFM（平滑调频）、GMS

6、K（高斯最小移频键控）等。其主要特点是这种已调信号具有包络幅度不变（频率随调制信号的变化而变化）的特性，其发射功率放大器可以在非线性状态而不引起严重的频谱扩散。2 . 恒包络调制恒包络调制信源编码概述信源编码概述信源编码信源编码的目的是压缩数据率，去除信号中的目的是压缩数据率，去除信号中的冗余度，其评价标准是在一定失真条件下的冗余度，其评价标准是在一定失真条件下要求数据速率越低越好。要求数据速率越低越好。 信源编码信源编码要完成两大任务：要完成两大任务： 将信源输出的模拟信号转换成数字信号将信源输出的模拟信号转换成数字信号 实现数据压缩实现数据压缩移动通信中的话音信源编码移动通信中的话音信源编

7、码 蜂窝移动通信系统由于频率资源受限，一般数字话音编码技术如PCM、ADPCM（自适应差分脉冲编码调制）、 M（增量调制）等，因为编码速率高而未被采用。蜂窝移动通信均采用13kbit/s以下低速率语音编码 话音信源编码技术话音信源编码技术通常分为三类通常分为三类 波形编码（如波形编码（如PCM） 参数编码参数编码 混合编码混合编码波形编码的目的在于尽可能精确地再现原来的语音波形。如A/D转换，直接将时域波形变换成数字系列，接收恢复的信号质量好参数编码是将语音信息用特定的声源模型表示。传递的是话音信号波形的参数，而不是波形本身，压缩效果好，但质量较差混合编码把波形编码的高质量和参数编码的高效压缩

8、性融为一体，尤其在16bit/s8kbit/s范围内达到了良好的语音质量。当前世界上流行的语音质量评估方法是采用原CCITT提议的从1分到5分的主观评定的方法。这就是“平均评价得分”（Mean Opinion Score），简称MOS。 主观评定等级见下表语音质量评估质量等级分数收听注意力等级优5可完全放松，不需要注意力良4需要注意，但不需要明显的注意力满意（正常） 3中等程度注意力差2需要集中注意力劣1即使努力去听，也很难听懂话音编码举例：话音编码举例：GSM的话音编码主要由的话音编码主要由规则脉冲激励长期规则脉冲激励长期预测编码预测编码(RPE-LTP编译码器编译码器)组成，编码后的速率：

9、组成，编码后的速率：13kbit/s；IS-95：变速率码激励线性预测编码（：变速率码激励线性预测编码（CELP）；）；GPRS/WCDMA：自适应多速率编码（：自适应多速率编码（AMR）；）；3G系统的视频信源编码H.264H.264是是ITU-T视频编码专家组视频编码专家组 (VCEG)和和ISO/IEC活动图活动图像编码专家组像编码专家组(MPEG)的联合视频组的联合视频组(JVT)开发的一个新的数开发的一个新的数字视频编码标准，它既是字视频编码标准，它既是ITU-T的的H.264，又是，又是ISO/IEC的的MPEG-4的第的第10部分。部分。2002年年6月月JVT第第5次会议通过了

10、次会议通过了H.264的的FCD板。板。H.264的压缩率比的压缩率比MPEG-2高高23 倍，倍，1Mb/s速率的图像效果接近速率的图像效果接近MPEG-2中中DVD的图像质量，是的图像质量，是目前手机电视中最为理想的信源压缩编码标准。目前手机电视中最为理想的信源压缩编码标准。3.2 最小移频键控MSK 3.2.1 相位连续的相位连续的FSK 3.2.2 MSK信号的相位路径、频率及功率谱信号的相位路径、频率及功率谱3.2.1 3.2.1 相位连续的相位连续的FSKFSK 11221:( )cos()(1)1:( )cos()kFSKbbkFSKasttkTtkTastt 式式中中 2FSK

11、信号信号 设要发送的数据为设要发送的数据为ak=1,1,码元长度为码元长度为Tb。在一个码元。在一个码元时间内，它们分别用两个不同频率时间内，它们分别用两个不同频率f1, , f2的正弦信号表的正弦信号表示，例如示，例如: :11222,2ff, ,定义载波角频率定义载波角频率( (虚载波虚载波) ) 为为：122()/2ccf1, 2对对c 的角频偏为的角频偏为： 122|/2ddf定义定义调制指数调制指数h: :12|22/bdbdbhffTfTfR根据根据ak , ,h , ,Tb可以重写一个码元内可以重写一个码元内 2FSK信号表达式信号表达式: :( )cos()coscos( )F

12、SKckdkckkbckhsttattatTtt 式中式中 ( )(1)kkkbbbhtakTtkTT 称作附加相位。称作附加相位。 相位连续的相位连续的2FSK 所谓相位连续是指不仅在一个码元持续期间相位连续，所谓相位连续是指不仅在一个码元持续期间相位连续，而且在从码元而且在从码元ak- -1到到ak转换的时刻转换的时刻kTb，两个码元的相，两个码元的相位也相等位也相等，即，即1()()kbkbkTkT11kbkkbkbbhhakTakTTT即即这样就要求满足关系式这样就要求满足关系式: : 11kkkkaah k即要求当前码元的初相位由前一码元的初相位、当前码元即要求当前码元的初相位由前一

13、码元的初相位、当前码元ak和前一码元和前一码元ak-1来决定。来决定。 这关系就是这关系就是相位约束条件相位约束条件。这这两种相位特性不同的两种相位特性不同的FSK信号波形如图信号波形如图3.3所示。所示。 由图由图3.3 3可以看出，相位不连续的可以看出，相位不连续的2FSK信号在码元交替信号在码元交替时刻，波形是不连续的，而时刻，波形是不连续的，而CPFSK信号是连续的，这信号是连续的，这使得它们的使得它们的功率谱特性很不同功率谱特性很不同。图。图3.4分别是它们的功分别是它们的功率谱特性例子。率谱特性例子。 可以发现，在相同的调制指数可以发现，在相同的调制指数h情况下，情况下，CPFSK

14、的的带宽要比一般的带宽要比一般的2FSK带宽要窄。这意味着前者的带宽要窄。这意味着前者的频带效率要高于后者。频带效率要高于后者。随着调制指数随着调制指数h的增加，信号的带宽也在增加。的增加，信号的带宽也在增加。从从频带效率考虑，调制指数频带效率考虑，调制指数h不宜太大。不宜太大。但过小又因但过小又因两个信号频率过于接近而不利于信号的检测。两个信号频率过于接近而不利于信号的检测。所以所以应当从它们的相关系数以及信号的带宽综合考虑。应当从它们的相关系数以及信号的带宽综合考虑。 最小移频键控MSK 2FSK信号的归一化互相关系数可以求得如下（为方便讨论，令它们的初相为零）： 120sin 2sin

15、22coscos(2)(2)bTc bd bbc bd bTTttdtTTT通常总是cTb =2fc/fb 1,或cTb=n，因此略去第一项，得到 1212sin2sin2 ()sin222 ()2d bbd bbTffThTffThh关系曲线如图3.5。 从图中可以看出，当调制指数从图中可以看出，当调制指数h=0.5，1，1.5，.时，时，=0, 即两个信号是正交的即两个信号是正交的(信号的正交有利于信号的检测，信号的正交有利于信号的检测，故故h的取值应满足的取值应满足=0)。 又又h越小，频带利用率越高，故取越小，频带利用率越高，故取h=0.5 h=0.5的的CPFSK就称作最小移频键控就

16、称作最小移频键控MSK。它是在两。它是在两个信号正交的条件下，对给定的个信号正交的条件下，对给定的Rb有最小的频差。有最小的频差。3.2.2 MSK信号的相位路径、频率及功率谱信号的相位路径、频率及功率谱1. 1. 相位路径相位路径 由于由于h=1/2（代入（代入 ），），MSK的的相位约束条件就是相位约束条件就是112kkkkaak由于由于|ak-ak-1|总为偶数，所以总为偶数，所以初始相位为零初始相位为零时，其后各码元时，其后各码元的初相位为的初相位为的整数倍。的整数倍。相位路径的例子如图相位路径的例子如图3.6所示，其所示，其中初始相位为零。图中可以看到中初始相位为零。图中可以看到的取

17、值为的取值为0，-、-、-、3、.（k=0,1,2.）。 11kkkkaah k2. MSK的频率关系的频率关系 在在MSK信号中信号中，码元速率码元速率Rb=1/ Tb、峰值频偏、峰值频偏fd和两个频和两个频率率f1、f2存在一定的关系存在一定的关系。 212122 ()22 ()c bc bbd bd bbTf Tff TmTf Tff Tn当给定码元速率当给定码元速率Rb时可以确定各个频率如下：时可以确定各个频率如下：21/4(1)/4(1)/4cbbbfm RfmRfmR即载波频率应当是即载波频率应当是Rb/4的整数倍的整数倍。 3. MSK的功率谱的功率谱 MSK的功率谱为的功率谱为

18、 2222cos21614cbbMSKcbffTA TWfffT式中式中A为信号的幅度。为信号的幅度。功率谱特性如图功率谱特性如图3.7所示。为便于所示。为便于比较，图中也给出一般比较，图中也给出一般2FSK信号的功率谱特性。信号的功率谱特性。 由图可见，由图可见，MSK 信号比一般信号比一般2FSK信号有更高的带宽效率。但信号有更高的带宽效率。但旁瓣的辐射功率仍然很大旁瓣的辐射功率仍然很大。90%的功率带宽为的功率带宽为20.75Rb，99%的功率带宽为的功率带宽为21.2Rb ，移动通信不可能提供这样宽的带宽，移动通信不可能提供这样宽的带宽，且还有且还有1%的边带功率辐射到邻近信道，造成的

19、边带功率辐射到邻近信道，造成邻道干扰邻道干扰。 故故MSK的频谱仍然不能满足要求。旁瓣大是因为数字基带信的频谱仍然不能满足要求。旁瓣大是因为数字基带信号含有丰富的高频分量，号含有丰富的高频分量，可先用低通滤波器滤去高频分量，再可先用低通滤波器滤去高频分量，再进行进行MSK调制调制，即可减少已调信号的带外辐射，即可减少已调信号的带外辐射-0.750.753.3高斯最小移频键控高斯最小移频键控GMSK3.3.1 高斯滤波器的传输特性高斯滤波器的传输特性 3.3.2 GMSK信号的波形和相位路径信号的波形和相位路径 3.3.3 GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调3.3.4 GMSK功率谱功率谱

20、 3.3.1 高斯滤波器的传输特性高斯滤波器的传输特性GMSK就是基带信号经过高斯低通滤波器的就是基带信号经过高斯低通滤波器的MSK，如图，如图3.8。 频率特性H(f)和冲激响应h(t)高斯滤波器具有指数形式的响应特性，其中幅度特性为 22(/)( )faH fe冲激响应为 2ath tae其中其中a a为常数，取值不同将影响滤波器的特性。令为常数，取值不同将影响滤波器的特性。令Bb为为 H ( ( f ) ) 的的 3 d B 带 宽带 宽 ， 因 为 H ( 0 ) = 1 ， 则 有H(f)|f=Bb=H(Bb)=0.707,可以求得a:2/ln21.69861.7bbbaBBB令=t

21、/ Tb ，并把a=1.7 Bb代入（3.15）并设Tb =1,则有设要传输的码元长度为设要传输的码元长度为Tb, ,速率为速率为 Rb=1/Tb，以以Rb为参考，为参考，对对f归一化归一化: : x= f/ Rb = fTb ，则归一化，则归一化3dB带宽为：带宽为：/bbbb bxBRB T这样，用归一化频率表示的频率特性就为H(x)： 22/1.7/1.7bbfBxxH xee2(5.3)( )3.01bxbhx e给定xb ,就可以计算出H(x)、h()并画出它们的特性曲线如图3.9。 方波脉冲通过高斯滤波器 设有如图3.10所示的方波f(t)： 1/2( )0/2bbtTf ttT经

22、过高斯滤波器后，输出为 2()( )( ) ()()Q2(/2)Q2(/2)ttabbg thf tdaef tdatTatT 式中2/21Q( )2yzzedy截取其中有意义的区间作为实际响应波形的长度，并在时间上作适当的延迟，就可以使它成为与g(t)有足够的近似和可以实现的波形。通常截取的范围是以t=0为中心的(N+1/2)Tb ，即长度为(2N+1)Tb，并延迟(N+1/2)Tb。3.3.2 GMSK信号的波形和相位路径 设要发送的二进制数据序列bk( bk =1)所用线路码为NRZ码，码元起止时刻为Tb的整数倍,此基带信号经过高斯滤波器后输出为( )(/2)kbbkq tb g tkT

23、T信号对调频器调频，输出为( )cos 22( )cos 2( )tcfmcs tf tkqdf tt附加相位为( )( )( )( )()( )bbkTttfffkTbtkqdkqdkqdkTt 在一个码元结束时，相位的增量取决于在该码元期间q(t)曲线下的面积Ak：(1)(1)/2( )()bbbbkTkTkNkffbbfkn k NkTkTkq t dtkg tkTTdt k A 例如图3.12，xb =0.3,截取g(t)的长度为3Tb(N=1)的情况。在bk期间内，q(t)曲线只由bk及其前后一个码元bk-1、bk+1所确定。当这三个码元同符号时，Ak有最大值Amax，设计调频器的参

24、数kfm 使maxmax/2fk A。这样调频器输出就是一个GMSK信号。 经过预滤波后的基带信号q(t),相位函数(t)和GMSK信号的例子如图3.14。 3.3.3 GMSK信号的调制与解调因为( )cos( )cos( )tGMSKcfcsttkqdttcos ( )cossin ( )sincctttt因此常常采用正交调制方法。在实际的应用中可以事先 制作cos ( ) tsin ( ) t和两张表，根据输入数据通过查表读出相应的数值，得到相应得 cos ( ) t和sin ( ) t波形。GMSK 正交调制方框图如图3.15所示。1.调制：2.解调GMSK可以用相干方法解调,也可以用

25、非相干方法解调。这里介绍一比特延迟差分解调方法（非相干解调）,其原理如图3.17。 设接收到的信号为 ( )( )( )cos( )GMSKcs tstA ttt则W(t)为( )( )cos()()/2cbbW tA ttTtT和s(t)相乘得x(t) ( )( )( )1( ) ()sin( )()sin 2( )()2bbc bcc bbx ts t W tA t A tTttTTtTttT经过低通滤波同时考虑到 2c bTn，得到y(t) 1( )( ) ()sin( )()21( ) ()sin( )2bbc bby tA t A tTttTTA t A tTt式中( )( )()b

26、tttT是一个码元的相位增量。在t=(k+1)Tb时刻对y(t)抽样得到y(k+1)Tb)，它的符号取决于(1)bkT的符号,判决准 则为(1)0by kT(1)bkT即0判决解调的数据为 kb=+1(1)bkT即0判决解调的数据为 kb(1)0by kT=-1解调过程的各波形如图3.18所示，其中设A(t)为常数。 3.3.4 GMSK功率谱功率谱 对GMSK信号功率谱的分析是比较复杂的，图3.19是计算机仿真得到xb =0.5、1和xb =（MSK）的功率谱。 从图中可见，从图中可见，随着随着xb（即低通滤波器的通带越窄）的减小（即低通滤波器的通带越窄）的减小信号所需频谱变窄，信号所需频谱

27、变窄， 对邻道的干扰也会减小，但对邻道的干扰也会减小，但xb过小会使过小会使码间干扰（码间干扰（ISI）增加）增加 GMSK 最吸引人的地方是具有恒包络特性，最吸引人的地方是具有恒包络特性，功率效率高功率效率高，可用非线性功率放大器和非相干检测。可用非线性功率放大器和非相干检测。GMSK 的缺点是频谱的缺点是频谱效率还不够高效率还不够高。在北美，频率资源紧缺，系统采用具有更高在北美，频率资源紧缺，系统采用具有更高频谱效率的调制方式，这就是频谱效率的调制方式，这就是/4-QPSK。 GMSK调制技术应用举例：调制技术应用举例：GSM900系统及系统及DCS1800系统系统3.4 QPSK调制调制

28、 3.4.1 二相调制BPSK (Binary Phase Shift Keying)3.4.2 四相调制QPSK 3.4.3 偏移QPSKOQPSK（Offset QPSK） 3.4.4 /4-QPSK 3.4.5 高阶调制3.4.1 二相调制二相调制BPSK 1.1.二相调制信号二相调制信号SBPSK(t) 在二进制相位调制中，二进制的数据在二进制相位调制中，二进制的数据bk=1可以用相位可以用相位不同取值表示，例如不同取值表示，例如 ( )cos(1)BPSKckbbsttkTtkT 其中其中011kkkbb 由由于于cos()coscctt ，所以，所以BPSK信号一般也可以表示为信号

29、一般也可以表示为 ( )( )cosBPSKcstb tt设二进制的基带信号设二进制的基带信号b(t)的波形为双极性的波形为双极性NRZ码码, ,BPSK信信号的波形如图号的波形如图3.21所示。所示。 “1”码时初相为零，码时初相为零，“-1”码时初相为码时初相为BPSK信号的功率谱信号的功率谱BPSK 信号是一种线性调制，当基带波形为信号是一种线性调制，当基带波形为NRZ码时，码时，其功率谱如图其功率谱如图3.22所示。所示。 由图知，由图知，90%的功率带宽的功率带宽B=2Rs=2Rb， 频带效率只有频带效率只有0.5，且，且信号的频带带宽过宽。为减小信号带宽，可考虑用信号的频带带宽过宽

30、。为减小信号带宽，可考虑用M进制代进制代替二进制替二进制3.4.2 四相调制QPSKQPSK信号（即M=4的PSK，也称正交相移键控： QPSK Quadrature Phase Shift Keying ） 在QPSK调制中，在要发送的比特序列中,每两个相连的比特分为一组构成一个4进制的码元，即双比特码双比特码元元。双比特码元的4种状态用载波的四个不同相位用载波的四个不同相位( (k=1,2,3,4) )表示。这种对应表示。这种对应关系叫做相位逻辑。关系叫做相位逻辑。例如 QPSK信号可以表示为： ( )cos1,2,3,4(1)QPSKckssstAtkkTtkT 其中A为信号的幅度， c

31、为载波频率。 QPSK信号产生信号产生QPSK信号可以用正交调制方式产生。信号可以用正交调制方式产生。 把串行输入的把串行输入的（ak，bk）分开进入两个并联的支路分开进入两个并联的支路I支路支路（同相支路）和（同相支路）和Q支路（正交支路），分别对一对支路（正交支路），分别对一对正交载波正交载波进行调制，然后相加便得到进行调制，然后相加便得到QPSK信号，此信号，此信号为一恒包络信号为一恒包络信号信号QPSK信号的功率谱和带宽信号的功率谱和带宽 正交调制产生正交调制产生QPSK信号实际上是把两个信号实际上是把两个BPSK信号相加，信号相加，由于码元速率为原比特速率的一半，即由于码元速率为原比

32、特速率的一半，即Rs=Rb/2。它们有相。它们有相同的功率谱同的功率谱 ，带宽，带宽B=2Rs=Rb，频带效率频带效率B/Rb则提高为则提高为1（BPSK为为0.5） 若基带信号波形为方波，已调信号功率谱的副瓣仍然很若基带信号波形为方波，已调信号功率谱的副瓣仍然很大大 ，在两个支路加入，在两个支路加入升余弦特性低通滤波器升余弦特性低通滤波器，滤除信号中，滤除信号中的高频成分，以减小已调信号的副瓣。的高频成分，以减小已调信号的副瓣。 加入加入LPF后，带宽变为后，带宽变为B=Rb(1+) /2 ，带宽效率，带宽效率2/3。QPSK信号的包络特性和相位跳变信号的包络特性和相位跳变 当基带信号为方波

33、脉冲（当基带信号为方波脉冲（NRZ）时，）时，QPSK信号具有恒包络信号具有恒包络特性。加入低通滤波器形成的基带信号是连续的波形，但特性。加入低通滤波器形成的基带信号是连续的波形，但QPSK信号的包络也不再恒定。信号的包络也不再恒定。 QPSK是一种相位不连续的信号是一种相位不连续的信号,在码元转换的时刻，信号的在码元转换的时刻，信号的相位发生跳变。通过星座图可以看出跳变的幅度为相位发生跳变。通过星座图可以看出跳变的幅度为1800 和和900 。 QPSK包络起伏幅度与其相位跳变幅度有关包络起伏幅度与其相位跳变幅度有关3.4.3 偏移QPSKOQPSK 把把QPSK两个正交支路的码元时间上错开

34、两个正交支路的码元时间上错开Ts/2=Tb,这样这样每每经过经过Tb时间，只有一个支路的符号发生变化，因此相位的时间，只有一个支路的符号发生变化，因此相位的跳变就被限制在跳变就被限制在900，减小了信号包络的波动幅度。，减小了信号包络的波动幅度。功功率谱和带宽效率保持不变。率谱和带宽效率保持不变。 OQPSK包络起伏幅度比包络起伏幅度比QPSK要小，且不经过零点要小，且不经过零点/4-QPSK3.4.4/4-QPSK兼顾频带效率、包络波动幅度小和能采用差分兼顾频带效率、包络波动幅度小和能采用差分 检测（相位跳变大有利于差分检测，由于移动环境复杂，检测（相位跳变大有利于差分检测，由于移动环境复杂

35、，常希望采用差分检测）。它的常希望采用差分检测）。它的相位跳变最大幅度大于相位跳变最大幅度大于OQPSK K而小而小QPSK，只有，只有450和和1350，因此信号包络波，因此信号包络波动幅度大于动幅度大于OQPSK而小于而小于QPSK，因而此种调制方式兼顾，因而此种调制方式兼顾了相位跳变和包络波动幅度了相位跳变和包络波动幅度。采用差分编码的采用差分编码的/4-QPSK就称作就称作/4-DQPSK。3.5 高阶调制及高阶调制及Why？M进制的数字调制进制的数字调制：MASK、MFSK、MPSK及及MQAM定义定义M=8时为高阶调制时为高阶调制高阶调制优势高阶调制优势：带宽利用率高；劣势：误码性

36、能差：带宽利用率高；劣势：误码性能差由于频谱资源有限，随着移动通信系统传输速率的日益提高，由于频谱资源有限，随着移动通信系统传输速率的日益提高，必须采用高阶调制，以提高带宽利用率，同时采用强有力的必须采用高阶调制，以提高带宽利用率，同时采用强有力的差错控制、提升功率等技术来弥补误码性能的缺陷差错控制、提升功率等技术来弥补误码性能的缺陷8PSK调制及各阶调制及各阶QAM（16、32、64、128、256）调制）调制QAM调制ASKASK、FSKFSK和和PSKPSK都有一个共同的特点都有一个共同的特点它们都它们都只调制载波的一个变量，也就是只用载波的幅度、只调制载波的一个变量，也就是只用载波的幅

37、度、频率、相位中的一个变量来携带比特信息。频率、相位中的一个变量来携带比特信息。变量少有它的好处，那就是变化的元素不多，从变量少有它的好处，那就是变化的元素不多，从而识别的难度不大，出现错误的概率也就低；变而识别的难度不大，出现错误的概率也就低；变量少也有它的坏处，那就是承载的信息量不够多。量少也有它的坏处，那就是承载的信息量不够多。QAMQAM既调幅又调相既调幅又调相QAM的调制波形的调制波形 其中其中 决定了已调决定了已调QAM信号在信号星座图信号在信号星座图（矢量图）中的星座点（矢量点）的位置（矢量图）中的星座点（矢量点）的位置 ， 是是发送信号脉冲波形发送信号脉冲波形 2( )Re()

38、( )( ) cos()( ) sin()( ) cos(2)cjf tM QAMmcmsmccmscmcmStAjAg t eAg ttAg ttV g tf tmsmcAA,)(tgarctan()msmmcAA每一组载波被一组离散的振幅Amc，Ams调制，故称正交振幅调制QAM调制2到L电平变换2到L电平变换 LPF LPFQAM解调QAM的星座图含义 星座图就是信号矢量端点的分布图星座图就是信号矢量端点的分布图。通常可以用星座图来描述QAM信号的信号空间分布状态。 xy10BPSK星座图xy110100101101110011101111100110001010101100010000

39、001000110101010001100111QPSK星座图16QAM星座图图2 三种调制方式的星座图yx16QAM的横坐标依次是（3A 、 A 、 -A、 -3A ），纵坐标是（3A 、 A 、 -A、 -3A ）QAM星座图的参数（1） 最小欧几里德距离 最小欧几里德距离是MQAM信号星座图上星座点间的最小距离，该参数反映了MQAM信号抗高斯白噪声能力，可以通过优可以通过优化星座图分布来得到最大值，从而抗干扰能化星座图分布来得到最大值，从而抗干扰能力较强。力较强。 QAM星座图的参数（2）最小相位偏移 最小相位偏移是MQAM信号星座点相位的最小偏移，该参数反映了MQAM信号抗相抗相位抖动

40、能力和对时钟恢复精确度的敏感性，位抖动能力和对时钟恢复精确度的敏感性，同样可以优化星座点的分布来获得最大值，从而获得更好的传输性能。 16QAM的两种星座图比较（1）圆形16QAM 矩形16QAM16QAM的两种星座图比较（2）从功率来看：假设信号点之间的最小距离为2A，且所有信号点等概率出现，则平均发射信号功率为： 矩形的16QAM信号平均功率10A2 圆形的16QAM信号平均功率14.03A2两者功率相差1.4dB。即在相同的平均功率的情况在相同的平均功率的情况下，下，矩形矩形的最小欧几里德距离较圆形的大，因此的最小欧几里德距离较圆形的大，因此抗抗干扰的能力较强。干扰的能力较强。16QAM

41、的两种星座图比较（3）从星座图的结构来说：圆形的16QAM有2个振幅值，矩形的有3个振幅值 圆形的16QAM有8个相位值，矩形的有12个相位值，圆形的最小相位偏移为45度，而矩形的最小偏移为18度。 因此，圆形圆形的最小相位偏移比矩形的大，相应的其的最小相位偏移比矩形的大，相应的其抗相位抖动的能力较强。抗相位抖动的能力较强。 由于矩形星座实现和解调简单，因此获得了广泛的应由于矩形星座实现和解调简单，因此获得了广泛的应用用星座图的设计（11） Gray编码（格雷码）Gray码是一种可靠性的编码，它将错误降低到最小，原因在于Gray码的两个码组之间只有一个bit不同。在星座图上，表现为相邻的星座点

42、表示的m比特的码元采用Gray编码，可以有效的提高误码性能，降低误码率。星座图的设计（12） Gray编码设计 xy10BPSK星座图xy110100101101110011101111100110001010101100010000001000110101010001100111QPSK星座图16QAM星座图图2 三种调制方式的星座图yx星座图的设计（21）相位模糊 对于四相调制信号，其载波相位有4个，在解调时本地恢复的相干载波的相位必须跟踪4个相位中的一个，每次跟踪的载波相位是随机的，这样在接收端就会造成相位模糊的现象。 差分编码可克服相位模糊，如64QAM，用2bit进行差分编码，后4b

43、it在星座图上采用90度旋转不变的点数分布。 星座图的设计（23）差分编码设计多进制QAM的星座图QAM频带利用率MQAM功率谱主瓣宽度为B=2Rs, Rs=Rb/K (M=2k)Rb/B=Rb/2Rs=k*Rb/2Rb=k/2=log2M/2 bit/s/Hz（由此式可知，QAM的频带利用率与PSK的相同）如64QAM，Rb/B=3bit/s/Hz16QAM受干扰后的星座图16QAM与64QAM的误码性能比较（1）由于QAM的频带利用率的提高是以牺牲一的频带利用率的提高是以牺牲一定误码率为代价定误码率为代价的，因此选择多进制的QAM调制，需要先预测信道质量，电平数不一定越高越好。这里给出16

44、QAM，64QAM的仿真图形，可以看出，在相同信噪比的情况下，64QAM的误码性能比16QAM差，误码率高。16QAM与64QAM的误码性能比较（2）红色曲线16QAM蓝色曲线64QAMMPSK的带宽和功率有效性的带宽和功率有效性(在理想的带通信道情况下在理想的带通信道情况下) M 248163264B=Rb/B （最大情况下）0.511.522.53Eb/N0 （BER=10-6） 10.510.51418.523.428.5QAM的的带宽和带宽和功率有功率有效性效性(在在理想的带理想的带通信道情通信道情况下况下) M 4166425610244096B123456Eb/N0 （BER=10-6） 10.51518.5242833.5 相关相关MFSK的带宽和功率有效性的带宽和功率有效性 M 248163234B=Rb/B0.40.570.550.420.290.18Eb/N0 （BER=10-6） 13.510.809.308.207.506.90思考：通过思考：通过3张表的数据，比较张表的数据，比较MFSK、MPSK和和MQAM调制技术的性能调制技术的性能系统把整个可用信道频带系统把整个可用信道频带B划分为划分为N个带宽为个带宽为f 的子信道。的子信道。把把N个串行码元变换为个串行码元变