无线通信技术32

1、无线通信技术无线通信技术 武卓武卓2010-12-21数字调制概述 线性调制 正交调幅恒包络调制 多载波调制 移动信道对数字调制性能的影响通信与信息工程学院通信与信息工程学院数字调制和解调技术数字调制和解调技术3.2.1 恒包络调制 许多实际的无线移动通信系统都是使用非线性调制.不管调制信号如何改变,载波的幅度是恒定的. 恒包络调制的特点 可以使用功率效率高的C类放大器 带外辐射低 接收机设计简单,能很好地抵抗随机噪声和瑞利衰落3.2.1.1 二进制频移键控(BFSK)在BFSK中，幅度恒定的载波信号的频率随着“0”或“1”而切换。FSK信号通常可表示为：数字调制和解调技术通信与信息工程学院通

2、信与信息工程学院2( )( )cos(22)012( )( )cos(22)00bFSKHcbbbFSKLcbbEStVtff ttTTEStV tff ttTT 数字调制和解调技术3.2.1.1 二进制频移键控(BFSK) 一个显而易见的产生FSK信号的方法是，依照要调至的比特是0还是1，在两个独立振荡器中切换。这种方法产生的波形在切换的时候是不连续的。-不连续FSK不连续的相位会造成频谱扩展和传输差错等问题通信与信息工程学院通信与信息工程学院数字调制和解调技术 3.2.1.2 连续相位FSK(CPFSK) CPFSK是对常规的FSK的改进，可以避免已调信号有过大的频谱旁瓣，调制时采用数字P

3、AM信号，与压控振荡器产生CPFSK。FSK选选择择器器fMf2f1K比特控制M=2K压压控控振振荡荡器器nnnTtgItd)()(CPFSK数字调制和解调技术3.2.1.3 最小频移键控(MSK) 是二进制连续相位FSK（CPFSK）的一种特殊形式，其调制系数为h=0.5。 调制系数： 。其中 是最大射频频移，Rb是比特速率。 调制系数0.5对应着能够容纳两路正交FSK信号的最小带宽。 通信与信息工程学院通信与信息工程学院(2)/FSKbkFRF数字调制和解调技术通信与信息工程学院通信与信息工程学院 3.2.1.3 最小频移键控(MSK) 这种调制方式能以最小的调制指数获得正交的调制信号 在

4、一个码元TS内，CPFSK信号可表示为：( )cos( )CPFSKcSttt 若传0码时载频为w1，传1码是载频为w2，他们相对于未调载 频wc的频偏为w，则上式可写为12212cos(0)2cCPFSKcSt数字调制和解调技术 令通信与信息工程学院通信与信息工程学院 MSK信号可表示式( ),(1)2kkkSSattkTtkTT式中 称为附加相位函数；c为载波角频率；Ts为码元宽度； 为第k个输入码元，取值为1； 为第k个码元的相位常数，在时间kTst(k+1)Ts中保持不变，其作用是保证在t=kTs时刻信号相位连续。( )cos()(1)2kMSKcksssaStttkTtkTT kak

5、( )kt数字调制和解调技术MSK信号波形通信与信息工程学院通信与信息工程学院1001110tOsMSK(t)数字调制和解调技术附加相位函数k(t)的波形图0k(t)111111111ak3 02 3 3 44 xk2TsTs3Ts4Ts5Ts6Ts7Ts8Ts9Tst数字调制和解调技术MSK的相位轨迹图3Ts2 Ts5Ts7Tst 02k (t)数字调制和解调技术MSK信号的归一化功率谱403020100( f fc ) / Hz功率谱密度 / dBMSK2PSK数字调制和解调技术cos()2stTsin()2stT差分差分编码编码振荡振荡fc 移相移相90BPF延迟延迟Ts串串/并变换并变

6、换12sfTakckQkIkMSK信号信号cos()2kstITsin()2kstQTcos()cos()2kcstItTsin()sin()2kcstQtTMSKMSK调制框图调制框图coskcoskka数字调制和解调技术 MSK信号延时判决的相干解调载波提取载波提取积分判决积分判决积分判决积分判决MSK信号信号2,2(1)ssiTiT(21) ,(21)ssiTiT2(1)(21)ssiTiT数据数字调制和解调技术 3.2.1.4 高斯最小频移键控(GMSK) 为了有效地抑制MSK信号的带外功率辐射，预调制滤波器应具有以下特性： (1) 带宽窄并且具有陡峭的截止特性-抑制高频分量 (2)

7、脉冲响应的过冲较小-防止过大的瞬时频偏 (3) 滤波器输出脉冲响应曲线下的面积对应于/2的相移 -使调制指数为0.5 预 调 制滤 波 器MSK调 制 器输 入输 出数字调制和解调技术 一种满足上述特性的预调制滤波器是高斯低通滤波器， 其单位冲激响应为 传输函数为 H(f)=exp(-2f2 ) 式中,是与高斯滤波器的3dB带宽Bb有关的参数。 为系统中可改变的参数。exp)(2taathbbB T数字调制和解调技术 如果输入为双极性不归零矩形脉冲序列s(t)，高斯预调制滤波器的矩形脉冲响应为 g(t)=s(t)*h(t)于是，GMSK信号的表达式为( )cos()22tbGMSKcnbbTS

8、tw ta gnTdT数字调制和解调技术 当BbTb取不同值时，g(t)的波形下图所示00.51024681.00.750.50.40.30.2BbTb0.1g(t)高斯滤波器的矩形脉冲响应数字调制和解调技术GMSK信号的附加相位路径数字调制和解调技术GMSK信号的功率谱密度1200.160.20.30.5BbTb: TFMQPSKBbTb(MSK)11010090807060504030201001000.51.01.52.02.5功率谱密度 / dB()cbff T数字调制和解调技术 GMSK调制器 产生GMSK信号的一种比较简单的方法是采用锁相环(PLL)法， 其原理如下图所示。 移相B

9、PSK2锁相环振荡器输入输出cosct数字调制和解调技术GMSK调制器-波形存储正交调制器优点：避免了复杂的滤波器设计和实现，可以产生具有任何特性的基带脉冲波形和已调信号。缺点：两个支路基带信号的振幅误差、两个支路载波的正交相位误差和振幅误差均会引起已调信号振幅波动和相位误差。cos函数表象限控制sin函数表D / A变换D / A变换LPFLPFBPF输出输入cosctsinct数字调制和解调技术 GMSK解调器MSK的正交相干解调电路也适合GMSK的相干解调数字调制和解调技术 GMSK解调器 差分解调：1比特差分解调，2比特差分解调BPF90相移相移时延时延Tb抽样抽样判决判决LPFsin

10、()bT在一个信息码元内根据相位的变化来确定发送的数据，原理简单，实现方便数字调制和解调技术GMSK相干解调时静态误比特率特性BbTb(MSK)0.250.20理想BPSK检测前高斯BPFBbTb0.6310610510410310210146810121416BEREbNo/ dB数字调制和解调技术例题：用一个高斯低通滤波器产生0.25GMSK码，其信道传输速率Rb等于270Kbps，试求其3dB带宽。数字调制和解调技术3.2.2 多载波调制正交频分复用（OFDM）OFDM系统的优点n对抗频率选择性衰落或窄带干扰。n频谱利用率高n通过使用不同数量的子信道实现不同的传输速率。n可以与其它多种接

11、入方法结合使用OFDM系统的缺点 易受频率偏差的影响 存在较高的峰值平均功率比数字调制和解调技术多载波传输系统 多载波传输通过把数据流分解为若干个子比特流，这样每个子数据将具有低得多的比特速率，再去调制相应的子载波，从而构成多个低速率符号并行发送的传输系统。数字调制和解调技术 子载波间存在3种不同的设置方案。第一种是传统的频分复用；第二种是3dB频分复用；第三种是OFDM。数字调制和解调技术 OFDM的基本原理 把高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率较低的若干个子信道中，这些低速数据流在通过正交频率进行调制的同时进行传输。由于每个子信道中的符号周期会相对增加，因此可以减轻由无线信道多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的影响。 数字调制和解调技术OFDM vs 多载波OFDM是多载波调制OFDM子载波频谱是重叠的在FDMA中，带通滤波器分离每个传输在OFDM中，每个子载波被DFT分离开来，因为载波是正交的（正交的条件稍后解释）每个子载波用PSK, QAM进行调制成百上千的PSK/QAM符号能够在一个OFDM符号中进行同时传送。数字调制和解调技术 基带OFDM信号1000( )cos(2)sin(2)NBnnnstanf tbnf t数字调制和解调技术OFDM载波 OFDM载波频率是