移动通信-第2讲-调制解调

1、第1页2021-12-13第二讲Mobile Communication第2页2021-12-13目目 录录第第1 1章章 概论概论 (2)(2)第第2 2章章 调制解调调制解调 第第3 3章章 移动信道的传播特性移动信道的传播特性 (3)(3)第第4 4章章 抗衰落技术抗衰落技术 (1) (1)第第5 5章章 组网技术组网技术 (4)(4)第第6 6章章 频分多址频分多址(FDMA)(FDMA)模拟蜂窝网模拟蜂窝网 第第7 7章章 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA)数字蜂窝网数字蜂窝网 (4)(4)第第8 8章章 码分多址码分多址(CDMA)(CDMA)移动通信系统移动通信系统( (一

2、一) (4) (4) 第第9 9章章 码分多址码分多址(CDMA)(CDMA)移动通信系统移动通信系统( (二二) (1) (1)第第1010章移动通信的展望章移动通信的展望个人通信个人通信 (1)(1)第3页2021-12-13第二章第二章 调制解调调制解调2.1 概述概述2.2 数字频率调制数字频率调制2.3 数字相位调制数字相位调制2.4 正交振幅调制正交振幅调制第4页2021-12-132.1 概概 述述(1) 移动信道的特点移动信道的特点带宽有限：带宽有限：取决于可使用的频率资源和信道的传播特性。干扰和噪声大：干扰和噪声大：取决于移动通信工作的电磁环境。多径衰落多径衰落第5页2021

3、-12-132.1 概概 述述(2) 几个概念几个概念 频谱利用率（频谱利用率（bps/Hz）：）：高频谱利用率：带宽窄，主瓣窄，副瓣幅度低。 抗干扰（抗噪声、抗多径）：抗干扰（抗噪声、抗多径）：S/N大、误码率低。振幅和相位联合调制（振幅和相位联合调制（QAM）技术：）技术：另一类获得迅速发展的新的数字调制技术 。有方案建议在新一代移动通信系统中使用。第6页2021-12-132.1 概概 述述(3) 数字调制技术分类数字调制技术分类恒定包络调制（非线性调制）：恒定包络调制（非线性调制）：已调信号具有窄的功率谱，已调信号具有窄的功率谱，对设备放大器没有线性要求。但其频谱利用率相对线性调制对设

4、备放大器没有线性要求。但其频谱利用率相对线性调制较低。较低。线性调制：线性调制：要求通信设备从变频要求通信设备从变频, 放大到发射的过程中保持充放大到发射的过程中保持充分的线性。线性调制具有较高的频谱利用率，所以非常适合分的线性。线性调制具有较高的频谱利用率，所以非常适合于在有限频带内要求容纳越来越多用户的无线通讯系统。于在有限频带内要求容纳越来越多用户的无线通讯系统。第7页2021-12-132.1 概概 述述(3) 数字调制技术分类数字调制技术分类举例：举例：QPSK信号信号q假定每个符号的包络是矩形，即信号的包络是恒定的，此时已调信号的假定每个符号的包络是矩形，即信号的包络是恒定的，此时

5、已调信号的频谱是无限宽。频谱是无限宽。q然而实际信道总是限带的，因此在发送然而实际信道总是限带的，因此在发送QPSK信号时常常经过带通滤波信号时常常经过带通滤波.限带后的限带后的QPSK信号已不能保持恒定包络。信号已不能保持恒定包络。q相邻符号间发生相邻符号间发生180相移时，经限带后会出现包络为相移时，经限带后会出现包络为0的现象，如图的现象，如图2.0所示。所示。q这种现象在非线性限带信道中是特别不希望出现的，这种现象在非线性限带信道中是特别不希望出现的，第8页2021-12-132.1 概概 述述(3) 数字调制技术分类数字调制技术分类举例：举例：QPSK信号信号图2.0 QPSK限带前

6、后的波形第9页2021-12-132.1 概概 述述(3) 数字调制技术分类数字调制技术分类 恒定包络调制（非线性调制）恒定包络调制（非线性调制）q 二进制频移键控（二进制频移键控（BFSK）q 最小频移键控（最小频移键控（MSK）q 高斯最小频移键控（高斯最小频移键控（GMSK）第10页2021-12-132.1 概概 述述(3) 数字调制技术分类数字调制技术分类 线性调制线性调制q 二进制相移键控（二进制相移键控（BPSK）q 差分相移键控（差分相移键控（DPSK）q 四相相移键控（四相相移键控（QPSK）q 交错正交相移键控（交错正交相移键控（OQPSK）q /4 QPSK第11页202

7、1-12-132.1 概概 述述(3) 数字调制技术分类数字调制技术分类 目前数字移动通信系统的调制技术（两大类）目前数字移动通信系统的调制技术（两大类）q 一类是以一类是以GSM为代表的，采用非线性的连续相位调制为代表的，采用非线性的连续相位调制CPM中的高斯滤波的最小频移键控中的高斯滤波的最小频移键控GMSK，它避开了线性要求，它避开了线性要求，可使用效率高的可使用效率高的C类功率放大器，大大降低了放大器的成本类功率放大器，大大降低了放大器的成本，但是实现复杂。，但是实现复杂。第12页2021-12-132.1 概概 述述(3) 数字调制技术分类数字调制技术分类 目前数字移动通信系统的调制

8、技术（两大类）目前数字移动通信系统的调制技术（两大类）q另一类属于移项监控另一类属于移项监控PSK，它包括，它包括IS95中以及中以及IMT-2000中中采用的采用的BPSK，QPSK，OQPSK，平衡四项扩频调制，平衡四项扩频调制BQM以以及复数四项扩频调制及复数四项扩频调制CQM等。这类调制在码元转换时刻会产等。这类调制在码元转换时刻会产生相位跃变，并带来频谱扩展，当频带受限后又会出现幅度生相位跃变，并带来频谱扩展，当频带受限后又会出现幅度上的波动。这类调制对线性度要求较高，高功放只能使用线上的波动。这类调制对线性度要求较高，高功放只能使用线性度高而价格高昂的性度高而价格高昂的A类放大器，

9、但是实现简单。类放大器，但是实现简单。第13页2021-12-132.1 概概 述述(3) 数字调制技术分类数字调制技术分类 目前数字移动通信系统的调制技术（两大类）目前数字移动通信系统的调制技术（两大类）q 国际上，国际上，1986年以前线性高功率尚未取得突破性进展，数年以前线性高功率尚未取得突破性进展，数字调制技术几乎都集中在研究和实现连续相位调制字调制技术几乎都集中在研究和实现连续相位调制CPM，特，特别是别是MSK和和GMSK很受欢迎。很受欢迎。1987年以后由于实用性线性高年以后由于实用性线性高功放取得实质性进展，并走向商业化，人们才开始将眼光转功放取得实质性进展，并走向商业化，人们

10、才开始将眼光转向实现技术简单的向实现技术简单的QPSK系列。系列。第14页2021-12-132.2 数字频率调制数字频率调制2.2.1 频移键控调制（频移键控调制（FSK）2.2.2 最小频移键控（最小频移键控（MSK）2.2.3 高斯滤波的最小频移键控（高斯滤波的最小频移键控（GMSK）第15页2021-12-132.2.1 频移键控调制频移键控调制FSK是幅度恒定不变的、载波信号的频率随着调制信号两个是幅度恒定不变的、载波信号的频率随着调制信号两个可能的信息状态可能的信息状态(1 和和 0 )而切换。而切换。FSK信号在相邻比特之间可以出现连续相位或者不连续相位。信号在相邻比特之间可以出

11、现连续相位或者不连续相位。(1) 二进制频移键控的时域表示和波形二进制频移键控的时域表示和波形(2) 二进制频移键控的功率谱二进制频移键控的功率谱(3) 二进制频移键控的实现二进制频移键控的实现(4) 二进制频移键控的抗噪声性能二进制频移键控的抗噪声性能2.2数字频率调制第16页2021-12-132.2.1 频移键控调制频移键控调制(1) 二进制频移键控的时域表示和波形二进制频移键控的时域表示和波形频移键控：频移键控：利用载波的频率变化来传递数字信息。“1”对应载波频率 f1，“0”对应载波频率 f2。如同两个不同频率交替发送的 ASK 信号。时域表达式：2.2数字频率调制tnTtgatnT

12、tgatsnsnnsn21FSK2cos)(cos)()(PPaPPaaaffnnnn101110222211，概率为，概率为，概率为，概率为的反码：，第17页2021-12-132.2.1 频移键控调制频移键控调制(1) 二进制频移键控的时域表示和波形二进制频移键控的时域表示和波形2.2数字频率调制最简单的 g(t) 为单个矩形脉冲，波形如图 2.1 所示。2FSK 信号的另一种表示：2211FSK22cos)(2cos)()(fAtsfAtsts第18页2021-12-132.2.1 频移键控调制频移键控调制(2) 二进制频移键控的功率谱二进制频移键控的功率谱两个载波的中心频率：fc =

13、(f1+f2)/2两个载波的频差：f = f2f1调制指数调制指数/频移指数： Rs数字基带信号的速率2FSK 信号的功率谱示意图见图2.2。2.2数字频率调制ssRfRffh12调制信号频率最大频率偏移mmaxmmaxFMffff第19页2021-12-132.2.1 频移键控调制频移键控调制(2) 二进制频移键控的功率谱二进制频移键控的功率谱频带宽度： B2FSK 2BB+f2f1 BB基带信号带宽。（二进制频移键控已调信号可以看成是两个不同载频的幅度键控已调信号之和）工程上一般取：h=0.7/ h=0.52.2数字频率调制第20页2021-12-132.2.1 频移键控调制频移键控调制(

14、2) 二进制频移键控的功率谱二进制频移键控的功率谱2.2数字频率调制第21页2021-12-132.2.1 频移键控调制频移键控调制(3) 二进制频移键控的实现二进制频移键控的实现 2FSK信号的产生可以采用模拟调频电路模拟调频电路实现，也可以采用数字键控数字键控的方法实现。2.2数字频率调制第22页2021-12-132.2.1 频移键控调制频移键控调制(3) 二进制频移键控的实现二进制频移键控的实现 2FSK信号的解调FSK 信号可以看作是用两个频率交替传输得到的，所以 FSK 接收机由两个并联的 ASK 接收机组成。非相干接收机相干接收机其它解调方法，例如过零检测法过零检测法。2.2数字

15、频率调制第23页2021-12-132.2.1 频移键控调制频移键控调制(3) 二进制频移键控的实现二进制频移键控的实现 2FSK信号的解调2.2数字频率调制第24页2021-12-132.2.1 频移键控调制频移键控调制(3) 二进制频移键控的实现二进制频移键控的实现 2FSK信号的解调2.2数字频率调制第25页2021-12-132.2.1 频移键控调制频移键控调制(3) 二进制频移键控的实现二进制频移键控的实现 2FSK信号的解调2.2数字频率调制第26页2021-12-132.2.1 频移键控调制频移键控调制(3) 二进制频移键控的实现二进制频移键控的实现 2FSK信号的解调2.2数字

16、频率调制第27页2021-12-132.2.1 频移键控调制频移键控调制(4) 二进制频移键控的抗噪声性能二进制频移键控的抗噪声性能 2.2数字频率调制2b21:2FSKreP误码率非相干rQP b:FSK2误码率相干接收信噪比222/Ar 第28页2021-12-132.2.2 最小频移键控最小频移键控 (1) 最小频移键控的概念最小频移键控的概念(2) 最小频移键控的相位变化特性最小频移键控的相位变化特性(3) 最小频移键控的实现最小频移键控的实现(4) 最小频移键控的功率谱最小频移键控的功率谱2.2数字频率调制第29页2021-12-132.2.2 最小频移键控最小频移键控 (1) 最小

17、频移键控的概念最小频移键控的概念相位跃变引起相位对时间的变化率（角频率）很大，这样就相位跃变引起相位对时间的变化率（角频率）很大，这样就会使信号功率谱扩展，旁瓣增大，对相邻频道的信号形成干会使信号功率谱扩展，旁瓣增大，对相邻频道的信号形成干扰。扰。为了使信号功率尽可能集中于主瓣内，主瓣之外的功率谱衰为了使信号功率尽可能集中于主瓣内，主瓣之外的功率谱衰减的速度较快，信号的相位就不能突变。相位与时间的关系减的速度较快，信号的相位就不能突变。相位与时间的关系曲线应是平滑的。曲线应是平滑的。2.2数字频率调制第30页2021-12-132.2.2 最小频移键控最小频移键控 (1) 最小频移键控的概念最

18、小频移键控的概念如果FSK两路信号 s1(t) 和s2(t) 满足正交条件： 的最小频差；并且满足FSK信号的相位连续： 调制指数为：2.2数字频率调制0)()(021Tdttsts比特宽度bbTTfff21125 . 0121bbb12RTRffh比特宽度bT参见：参见：现代通信原理现代通信原理曹志刚曹志刚清华大学出版社清华大学出版社第31页2021-12-132.2.2 最小频移键控最小频移键控 (1) 最小频移键控的概念最小频移键控的概念MSK信号在第信号在第k个码元的波形可表示为：个码元的波形可表示为： 其中：其中： xk 是为了保持相位连续加入的相位常量。是为了保持相位连续加入的相位

19、常量。 2.2数字频率调制2cos22cos)(cos)(kkbckkckcxtaTtxtafttttS222)(faTadttdkbkk第32页2021-12-132.2.2 最小频移键控最小频移键控 (1) 最小频移键控的概念最小频移键控的概念为了构成调制解调器，将该信号正交展开：为了构成调制解调器，将该信号正交展开：2.2数字频率调制)382(sin)2sin(coscos)2cos(cos)(ttTxattTxtScbkkcbk*)382(sin)2sin(cos)2cos()(cos,cos:令ttTBttTAtSxaBxAcbkcbkkkkkk第33页2021-12-132.2.2

20、 最小频移键控最小频移键控 (1) 最小频移键控的概念最小频移键控的概念由上式可见，只要用基带波形：由上式可见，只要用基带波形：对载波进行调制就可得到对载波进行调制就可得到 MSK 第第 k 个码元信号。个码元信号。 2.2数字频率调制tTBtTAbkbk2sin2cos和ttTBttTAtScbkcbksin)2sin(cos)2cos()(第34页2021-12-132.2.2 最小频移键控最小频移键控 (2) 最小频移键控的相位变化特性最小频移键控的相位变化特性在每个比特间隔内载波相位变化 +/2 或 /2；累积相位 (t) 在每比特结束时必定为 /2 的整数倍；(t) 的轨迹是一条连续

21、的折线。2.2数字频率调制第35页2021-12-132.2.2 最小频移键控最小频移键控 (2) 最小频移键控的相位变化特性最小频移键控的相位变化特性载波载波相位变化在一个相位变化在一个 码元交换点连续：码元交换点连续：A 信号码元在时间上信号码元在时间上 错开了错开了Tb秒。秒。2.2数字频率调制llllllxaxaxx221212122coscosQcoscosI支路：支路：斜率为正斜率为负, 1, 1kkaa图2.2.8 MSK的相位轨迹第36页2021-12-132.2.2 最小频移键控最小频移键控 (2) 最小频移键控的相位变化特性最小频移键控的相位变化特性2.2数字频率调制012

22、345678910111213141516-1+1+1-1-1-1-1+1+1+1+1-1+1-1-1-1+1-1-1+1-1+1+1+1-1+1+1+1-1-1-1+1+1-100-2-3-3-34-4-4-4777-7-79-1-1+1+1-1-1-1-1+1+1+1+1+1+1-1-1+1+1+1+1-1-1-1-1+1+1+1+1-1-1-1-1-1-1Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb10Tb11Tb12Tb13Tb14Tb15Tb16Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb10Tb11Tb12Tb13Tb14Tb15Tb16TbTbkdkakxkcos

23、 xkcos xkcost2Tbakcos xksint2Tbakcos xk图 2.2.9 MSK的输入数据与各支路数据及基带波形的关系 第37页2021-12-132.2.2 最小频移键控最小频移键控 (3) 最小频移键控的实现最小频移键控的实现根据式(2-38)或(2-38*)，MSK调制器和解调器示于图2.2.10和图2.2.12。2.2数字频率调制图 2.10 MSK调制器框图 第38页2021-12-132.2.2 最小频移键控最小频移键控 (3) 最小频移键控的实现最小频移键控的实现2.2数字频率调制图2.2.12 MSK相干解调框图 第39页2021-12-132.2.2 最小

24、频移键控最小频移键控 (4) 最小频移键控的功率谱最小频移键控的功率谱2.2数字频率调制图2.2.11 MSK信号的功率谱第40页2021-12-132.2.2 最小频移键控最小频移键控 (4) 最小频移键控的功率谱最小频移键控的功率谱具有较宽主瓣，第一个零点出现在 0.75(f fc )Tb 处， 频谱利用率仍低于QPSK ;旁瓣衰减速率快，(f fc ) Tb4 ，对相邻频道干扰较小。与FSK性能相比，由于各支路的实际码元宽度为2Tb，其对应的低通滤波器带宽减少为原带宽的1/2，从而使MSK的输出信噪比提高了一倍。2.2数字频率调制（各支路的误码率）)(21rerfcPs第41页2021-

25、12-132.2.3 高斯滤波的最小频移键控高斯滤波的最小频移键控 (1) 为什么要采用为什么要采用 GMSK 调制调制(2) GMSK调制定义调制定义(3) 对预调滤波器的要求对预调滤波器的要求(4) 高斯预调制滤波器高斯预调制滤波器(5) GMSK的相位轨迹的相位轨迹(6) GMSK的功率谱的功率谱(7) GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调2.2数字频率调制第42页2021-12-132.2.3 高斯滤波的最小频移键控高斯滤波的最小频移键控 (1) 为什么要采用为什么要采用 GMSK 调制调制?MSK信号已具有较好的特点频谱和误比特率特性，但在一些通信场合，如移动通信中，MSK 所占

26、频带仍较宽；MSK 频谱的带外衰减仍不够快。在 25kHz 信道间隔内传输 16kb/s 的数字信号时，将会产生临道干扰。在移动通信中采用高速率传送时，要求有更紧凑的功率谱（比如要求带外辐射低于6080 db). 因此需要进一步压缩带宽。2.2数字频率调制为什么？第43页2021-12-132.2.3 高斯滤波的最小频移键控高斯滤波的最小频移键控 (2) GMSK调制定义调制定义GMSK调制：调制：以 MSK 为基础，在其前面引入一个预调滤波器（高斯低通滤波器），通过改变高斯滤波器的带宽，对已调信号的频谱进行控制。用这种方法可以做到在 25kHz 的信道间隔中传输16kb/s 的数字信号时，临

27、道辐射功率低于 70dB60dB，并保持较好的误码性能。2.2数字频率调制第44页2021-12-132.2.3 高斯滤波的最小频移键控高斯滤波的最小频移键控 (3) 对预调滤波器的要求对预调滤波器的要求带宽窄，且应具有良好的截止特性；为防止 FM 调制器的瞬时频偏过大，滤波器应具有较低的过冲脉冲响应；为便于进行相干解调，要求保持滤波器输出脉冲面积不变。2.2数字频率调制第45页2021-12-132.2.3 高斯滤波的最小频移键控高斯滤波的最小频移键控 (4) 高斯预调制滤波器高斯预调制滤波器GMSK低通滤波器的冲击响应为:2.2数字频率调制)442()exp()(222tth带宽高斯滤波器

28、的dBBBbb32ln2Tb矩形脉冲宽度第46页2021-12-132.2.3 高斯滤波的最小频移键控高斯滤波的最小频移键控 (4) 高斯预调制滤波器高斯预调制滤波器2.2数字频率调制第47页2021-12-132.2.3 高斯滤波的最小频移键控高斯滤波的最小频移键控 (5) GMSK的相位轨迹的相位轨迹 通过可控的码间干扰平滑了相位路径。消除了相位转折点。2.2数字频率调制第48页2021-12-132.2.3 高斯滤波的最小频移键控高斯滤波的最小频移键控 (6) GMSK的功率谱的功率谱2.2数字频率调制随随BbTb的减小的减小, 功率谱衰减功率谱衰减明显加快。对于明显加快。对于GSM系统

29、系统，BbTb = 0.3 时即可满足时即可满足(ffc)Tb=1.5时功率谱密度低时功率谱密度低于于60db的要求。的要求。第49页2021-12-132.2.3 高斯滤波的最小频移键控高斯滤波的最小频移键控 (7) GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调用硬件实现以上冲激相应的高斯低通滤波器是很困难的，可用硬件实现以上冲激相应的高斯低通滤波器是很困难的，可用软件辅助实现。先将用软件辅助实现。先将GMSK信号正交展开，如信号正交展开，如 (2-48) 式式，分别算出分别算出 I支路支路和和Q支路支路两张数据表，存于两张数据表，存于ROM中，再根据中，再根据输入数据地址读出输入数据地址读出R

30、OM数据数据, 经正交调制合成，就能由经正交调制合成，就能由波形波形存储正交调制法存储正交调制法产生产生GMSK信号。信号。2.2数字频率调制)482(sin)(sincos)(cos)(tttttScc第50页2021-12-132.2.3 高斯滤波的最小频移键控高斯滤波的最小频移键控 (7) GMSK信号的调制与解调信号的调制与解调2.2数字频率调制第51页2021-12-132.3 数字相位调制数字相位调制 第52页2021-12-132.3.1 相移键控调制相移键控调制Phase Shift Keying线性调制技术线性调制技术幅度恒定的载波信号的相位，随着两个二进制信号幅度恒定的载波

31、信号的相位，随着两个二进制信号 1, 0 的改变而在的改变而在 0 和和之间跳变。之间跳变。2.3数字相位调制 第53页2021-12-132.3.1 相移键控调制相移键控调制2.3数字相位调制 第54页2021-12-132.3.1 相移键控调制相移键控调制(1) PSK信号的定义信号的定义输入比特流为：PSK信号形式：2.3数字相位调制 )572()1(1)(cos1)(cos)(bbncncPSKTntnTatAatAtSnaann, 1,第55页2021-12-132.3.1 相移键控调制相移键控调制(1) PSK信号的定义信号的定义还可写为： 当 an=1时，其相位为 0； 当 an

32、=1时，其相位为。2.3数字相位调制 21cos)(ncPSKatAtS第56页2021-12-132.3.1 相移键控调制相移键控调制(2) PSK信号解调信号解调 可用相干解调和非相干解调要求在接收机端知道载波的相位和频率。2.3数字相位调制 图2.3.1 PSK的解调框图 (a)相干解调第57页2021-12-132.3.1 相移键控调制相移键控调制(2) PSK信号解调信号解调 可用相干解调和非相干解调 不需要在接收端有相干参考信号，接收机容易制造而且便宜。2.3数字相位调制 图2.3.2 PSK的解调框图 (b)差分相干解调第58页2021-12-132.3.1 相移键控调制相移键控

33、调制(3) PSK的误码率的误码率输入为窄带高斯噪声：均值为0，方差为2n输入信号幅度为1相干解调的误码率：相干解调的误码率：2.3数字相位调制 )602(erfc21rPe为噪声方差。为信号幅度，式中，nnaar,222第59页2021-12-132.3.1 相移键控调制相移键控调制(3) PSK的误码率的误码率差分相干解调的误码率：差分相干解调的误码率：在相同的误码率情况下，在相同的误码率情况下，PSK所需所需SNR比比FSK低低 3db。2.3数字相位调制 )612(21reeP为噪声方差。为信号幅度，式中，nnaar,222第60页2021-12-132.3.2 四相相移键控调制四相相

34、移键控调制（Quadrature PSK）也称四进制相移键控调制也称四进制相移键控调制BPSK二进制相移键控调制，对应于载波相位差二进制相移键控调制，对应于载波相位差180的两个相位。为了提高频谱利用率，提出四进的两个相位。为了提高频谱利用率，提出四进制相移键控（制相移键控（QPSK）。）。 2.3数字相位调制 第61页2021-12-132.3.2 四相相移键控调制四相相移键控调制2.3数字相位调制 第62页2021-12-132.3.2 四相相移键控调制四相相移键控调制(1) QPSK工作原理工作原理在一个调制符中传送两个比特，在一个调制符中传送两个比特，QPSK 的带宽效率比的带宽效率比

35、 BPSK 高两倍。高两倍。载波的相位为载波的相位为四个四个间隔相等的值，如：间隔相等的值，如：2.3数字相位调制 4,43,4,43或23,2,0第63页2021-12-132.3.2 四相相移键控调制四相相移键控调制(2) QPSK的数学表示的数学表示 令令 g(t) 为宽度为宽度Ts的脉冲，的脉冲，QPSK信号可以写成：信号可以写成： 式中，ak 为基带信号 为相邻信号的相位间隔2.3数字相位调制 kkcskkcsQPSKatkTtgtkTtgtS4coscos)(4第64页2021-12-132.3.2 四相相移键控调制四相相移键控调制(2) QPSK的数学表示的数学表示用三角展开：用

36、三角展开：2.3数字相位调制 信号信号中含有四种不同的中含有四种不同的 k 值，与四进制数字信号对应。值，与四进制数字信号对应。kkcstkTtgsinsin)(kkcstkTtgcoscos)()(tSQPSKI 支路Q支路第65页2021-12-132.3.2 四相相移键控调制四相相移键控调制(3) QPSK的星座图的星座图为将输入二进制信号变换为四进制数，把每两个比特分成一为将输入二进制信号变换为四进制数，把每两个比特分成一组，共有四种组合：组，共有四种组合：2.3数字相位调制 第66页2021-12-132.3.2 四相相移键控调制四相相移键控调制(3) QPSK的星座图的星座图基于这

37、种表示，QPSK信号可用有四个点的二维星座图表示：2.3数字相位调制 第67页2021-12-132.3.2 四相相移键控调制四相相移键控调制(1) QPSK工作原理工作原理2.3数字相位调制 先将输入数据作串并变换，即将二进制数据 2比特分为一组，共四种组合,每组又有同相 I 分量和正交Q分量，用它们分别对两个正交的载波进行BPSK调制。最后再叠加成QPSK信号。原理如图2.24。第68页2021-12-132.3.2 四相相移键控调制四相相移键控调制(4) QPSK与与BPSK的比较的比较 参见通信原理教程，樊昌信，P.1522.3数字相位调制 第69页2021-12-132.3.3 交错

38、正交相移键控交错正交相移键控交错交错QPSK (Offset QPSK):(1) 为什么要用为什么要用OQPSK？在QPSK调制中，I 支路和Q支路信号的相位跳变在每 Ts=2Tb 同时发生，此时如果I 支路和Q 支路信号的值都改变，将发生 180的最大相移，参见图2.25。这会导致信号包络在瞬间通过零点。这会导致信号包络在瞬间通过零点。任何一种在过零点的硬限幅或非线性放大，将集聚高频能量，带来旁瓣再生和频谱扩展。但移动信道总是有限带宽，其旁瓣将会干扰邻近频道.2.3数字相位调制 第70页2021-12-132.3.3 交错正交相移键控交错正交相移键控(2) OQPSK的定义的定义将将OQPS

39、K信号的：信号的：偶比特流：偶比特流：Ak=cosk g(tkTs)奇比特流：奇比特流：Bk=sink g(tkTs) Ts=2Tb错开一个比特（半个符号期) , 即每Tb 秒跳变一次。其波形图如图2.3.3所示：2.3数字相位调制 第71页2021-12-132.3.3 交错正交相移键控交错正交相移键控(2) OQPSK的定义的定义OQPSK调制器中同相I和正交Q支路时间交错波形图：2.3数字相位调制 图2.3.3 OQPSK交错波形第72页2021-12-132.3.3 交错正交相移键控交错正交相移键控(2) OQPSK的定义的定义这样，SI (t)和SQ(t) 的跳变瞬时被错开了，比特跳

40、变每TB秒发生一次。因此通过更频繁的转换相位，在任意给定时刻，OQPSK信号最大相移限制在90。消除了QPSK信号的 180相位跳变。所以，旁瓣低于QPSK。参见图2.3.4、图2.3.52.3数字相位调制 第73页2021-12-132.3.3 交错正交相移键控交错正交相移键控(2) OQPSK的定义的定义2.3数字相位调制 第74页2021-12-132.3.4 /4-DQPSK 调制调制(1) 为什么要用为什么要用 -DQPSK 信号？信号？QPSK和和OQPSK的缺点：的缺点：QPSK 具有 180的相位变化，经过非线性传输后会产生严重的频谱扩散；OQPSK 很难采用差分相干解调。 -

41、DQPSK 信号的优点：信号的优点：综合了 QPSK 和 OQPSK的特点，既没有 180的相位跳变，又可以方便地采用差分相干解调，已应用于北美和日本的数字蜂窝移动通信系统北美和日本的数字蜂窝移动通信系统。2.3数字相位调制 44第75页2021-12-132.3.4 /4-DQPSK 调制调制(2) -DQPSK 信号定义信号定义 由把码元转换时刻的相位突跳限于 或 ，已调信号的相位均匀分割为相隔 的 8 个相位点，并将它分为两组，分别用“红色红色”和“绿色绿色”表示，使已调信号的相位在“红色红色”组和“绿色绿色”组之间交替地跳变，这样相位跳变就只可能有 和 的 4 种取值。由此，信号的频谱特性也得到了改善。2.3数字相位调制 44443443第76页2021-12-132.3.4 /4-DQPSK 调制