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1、第三章 调试技术,2020/8/31,2,第三章 调制技术,概述 概述 数字调制的性能指标 数字调制的分类 线性数字调制技术 恒包络调制技术 多进制调制技术与线性和恒包络组合的调制技术 扩频调制技术,2020/8/31,3,概述,调制的目的是把要传输的模拟信号或数字信号变换成适合信道传输的信号（高频带通信号），该信号称为已调信号。 调制可以通过使高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。 调制过程用于通信系统的发送端。在接收端需将已调信号还原成要传输的原始信号，该过程称为解调。,2020/8/31,4,数字调制和模拟调制,按调制器输入信号（即调制信号）的形式分：数字调制和模

2、拟调制 无本质区别，同属正弦载波调制 调制信号：数字型正弦调制、连续性正弦调制 质量标准：模拟信号-信噪比（SNR） 数字信号-误码率（BER）,2020/8/31,5,移动通信对调制技术的要求,移动通信信道的特点 带宽有限，取决于可使用频率资源和信道的传播特性 干扰和噪声影响大，移动通信的电磁工作环境决定 存在着多径衰落,已调信号的要求 高的频谱利用率 抗干扰 抗衰落,2020/8/31,6,数字调制技术,常用技术 频移键控FSK 相移键控PSK 数字移动通信系统中，调制信号可表示为符号或脉冲的时间序列，每个符号可以有m种有限状态，代表n比特的信息，,2020/8/31,7,数字调制的性能指

3、标,调制方式的选择要求： 可靠性，即抗干扰性。选择具有低误比特率的调制方式，其功率谱密度集中于主瓣内； 有效性。选取频谱有效的调制方式上，特别是多进制调制； 工程上易于实现。主要体现在恒包络与峰平比的性能上。 数字调制的性能指标通常通过功率有效性p（power efficiency）和带宽有效性B （spectral efficiency）来反映。,2020/8/31,8,功率有效性和带宽有效性,功率有效性p是反映调制技术在低功率电平情况下保证系统误码性能的能力，可表述成每比特的信号能量与噪声功率谱密度之比：,带宽有效性B是反映调制技术在一定的频带内数字有效性的能力，可表述成在给定带宽条件下每

4、赫兹的数据通过率：,2020/8/31,9,数字调制技术的特性要求,为了在衰落条件下获得所要求的误码率（BER），需要好的载噪比（C/N）和载干比（C/I）性能 所用的调制技术必须在规定频带约束内提供高的传输速率，以(bit/s)/Hz为单位 应使用高效率的功率放大器，而带外辐射又必须降低到所需要求（-60-70dB） 恒定包络 低的载波与同道干扰（CCI）的功率比 必须满足快速的比特再同步要求 成本低，易于实现,2020/8/31,10,数字调制的分类,数字式调制是将数字基带信号通过正弦型载波相乘调制成为带通信号。其基本原理是用数字基带信号0与1去控制正弦载波中的一个参量 振幅键控ASK，频

5、率键控FSK，相位键控PSK，幅度相位调制（正交幅度调制QAM） 0与1组成二进制调制，更有多进制调制 移相键控，为了克服移动接收端产生的相位模糊度，绝对移相（PSK）往往改进为相对移相（DPSK） 数字蜂窝系统常用 线性调制：各种进制的PSK，QAM等。特点带宽效率高 恒包络调制：MSK、TFM（平滑调频），GMSK等。特点包络幅度不变，发射功率放大器可在非线性状态而不引起严重的频谱扩散,2020/8/31,11,各类二进制调制原理图,2020/8/31,12,第三章 调制技术,概述 线性数字调制技术 二进制相移键控调制 差分相移键控调制 四相相移键控调制 交错QPSK调制 /4 QPSK调

6、制 恒包络调制技术 多进制调制技术与线性和恒包络组合的调制技术 扩频调制技术,2020/8/31,13,二进制相移键控技术,二进制相移键控（binary phase shift keying，BPSK）中，幅度恒定的载波信号根据信号两种可能m1和m2（即二进制数1和0）的改变而在两个不同的相位间切换。 设正弦载波的幅度为Ac，每比特能量 则传输的BPSK信号为,2020/8/31,14,二进制相移键控技术,发送机端,接收机端,AWGN信道比特差错概率,2020/8/31,15,带载波恢复电路的BPSK接收机框图,解调输出,2020/8/31,16,(a) 相干解调； (b) 差分相干解调,PS

7、K的解调框图,载波导频信号,2020/8/31,17,线性数字调制技术,二进制相移键控调制 载波相位的绝对数值传送数字信息，绝对调相 差分相移键控调制 利用前后码元之间相位的相对变化传送数字信息，相对调相 差分编码后 二进制相移键控 平均错误概率,差分编码过程图解,2020/8/31,18,线性数字调制技术,四相相移键控调制 一个调制码元中传输两个比特，带宽效率提高一倍 载波相位为四个间隔相等的值 也称为正交相移键控 交错QPSK调制 奇偶比特流跳变错开一比特（半个码元周期） 消除180o相位跳变,OQPSK,偶尔发生180o相移，导致信号包络瞬时过零点，带来旁瓣再生和频谱扩展,2020/8/

8、31,19,线性数字调制技术,/4 QPSK调制 QPSK只能用相干解调，而/4-DQPSK既可以用相干解调也可以采用非相干解调。 QPSK和OQPSK的折中,2020/8/31,20,第三章 调制技术,概述 线性数字调制技术 恒包络调制技术 非线性调制，载波幅度不变， 二进制频移键控调制 最小频移键控调制 高斯最小频移键控调制 多进制调制技术与线性和恒包络组合的调制技术 扩频调制技术,2020/8/31,21,恒包络调制技术的特点,优点 可是用功率高的C类放大器，而不会使发送信号占用的频谱增大 带外辐射低，可达-70-60dB 可用限幅器-鉴频器检测，简化接收机设计，并能很好的抵抗随机噪声和

9、由瑞利衰落引起的信号波动 缺点 占用带宽比线性调制大,2020/8/31,22,二进制频移键控技术,二进制频移键控（binary frequency shift keying，BFSK）中，幅度恒定的载波信号频率根据信号两种可能m1和m2（即二进制数1和0）的改变而切换。 相位可能连续，亦可能不连续 设正弦载波的幅度为Ac，每比特能量 则传输的FSK信号一般表达式为,2个独立振荡器之间切换,非连续频移键控： 频谱扩展、 传输差错等问题,单个载波 振荡器调 制,积分成正比例，相位连续,2020/8/31,23,二进制频移键控调制,相干FSK接收机 误码率,2020/8/31,24,二进制频移键控

10、调制,非相干FSK接收机 误码率,2020/8/31,25,最小频移键控调制,最小频移键控调制 特殊的连续相位的频移键控 最大频移为比特率的1/4，即MSK的调制系数是0.5 MSK的频率间隔（带宽）是可以进行正交检测的最小带宽 频率空间仅为常规非相干FSK的一半 包络恒定、频频利用率高、误比特率低、自同步等。 频谱利用率比相移键控技术低 低通滤波器的选择原则： 具有窄的带宽和尖锐的过渡带； 低峰突的冲激响应； 保持输出脉冲的面积不变，以保证/2的相移 选择高斯滤波器,2020/8/31,26,高斯最小频移键控调制,高斯最小频移键控调制 频率调制前低通滤波（高斯），去除高频分量，提高频谱利用率

11、,差分编码的GMSK调制器,2020/8/31,27,高斯滤波的频移键控,GFSK吸收了GMSK的优点，放松了调制系数的要求,2020/8/31,28,第三章 调制技术,概述 线性数字调制技术 恒包络调制技术 多进制调制技术与线性和恒包络组合的调制技术 多进制幅度监控与脉冲幅度调制 多进制相移键控 多进制频移键控 多进制正交幅度调制 扩频调制技术,2020/8/31,29,多进制调制技术与线性和恒包络组合的调制技术,现代调制技术可同时改变发射载波的包络和相位（或频率）传输数字基带数据 2个自由度，将基带数据映射到四种（更多）的射频载波信号多进制调制 信道频带受限时增加信息的传输率（即比特率），

12、提高频带的利用率 码元星座图位置距离变小引起定时误差增加，导致误码率升高 以牺牲功率获得较高的带宽效率。,2020/8/31,30,多进制调制技术与线性和恒包络组合的调制技术,多进制幅度监控与脉冲幅度调制 多进制相移键控 多进制频移键控 多进制正交幅度调制,2020/8/31,31,第三章 调制技术,概述 线性数字调制技术 恒包络调制技术 多进制调制技术与线性和恒包络组合的调制技术 扩频调制技术 概念 伪随机序列 直接序列扩频DS-SS 跳频与跳时扩频技术,2020/8/31,32,扩频调制技术,扩频技术是把信息的频谱展宽并进行传输的技术。 目前的许多调制方案主要设计思想之一就是最小化传输带宽

13、，因为带宽是有限的资源 扩频技术对于单用户带宽效率很低，但多用户可以在同一频带同时使用，且干扰不明显，故频谱效率反而会高。,2020/8/31,33,扩频调制技术,伪随机和类似噪声特性 扩频波形由伪噪声（PN）序列控制 PN序列是二进制序列，表现出随机性，却可在接收机方以确定方式重新产生 正确的PN序列经过相关运算可以解扩，恢复原始窄带信号。,2020/8/31,34,扩频系统框图,信源,信源编码,信道编码,载波调制,扩频调制,解调制,符号调制,信道译码,信源译码,信息输出,信 道,去掉信息冗余度， 压缩信源数码率， 提高信道传输效率,增加信道冗余度， 具有检错纠错能力 提高信道传输质量,与常

14、规窄道通信方式区别： 信息的频谱扩展后形成宽带传输 相关处理后恢复成窄带信息数据,信道中传输的是一个宽带的低谱密度的信号,2020/8/31,35,扩频通信的优点,易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率 抗干扰性强，误码率低 隐秘性好 可以实现码分多址，适合数字话音和数据传输 抗多径干扰,扩频系统抗宽带干扰能力示意图,解扩前,干扰,信号,解扩后,干扰,信号,2020/8/31,36,扩频技术的几种基本类型,直接序列扩频，简称直扩（DS） 将要传送的信息经过伪随机序列编码后对载波进行调制。因为伪随机序列的速率远大于要传信息的速率，因而受调信号的频谱宽度将远大于要传送信息的频谱宽度，故称为扩频 跳频（FH） 荷载信息的信号频率受伪随机序列的控制，快速的在一个频段中跳变。此跳变的频段范围远大于要传送信息所占的频谱带宽，故跳频也属于扩频 跳时（TH） 把每个信息码元分为若干个时隙，此信息受伪随机序列控制，以突发方式随机占用一个时隙进行传输。因为信号在时域中压缩了传输时间，相应地在频移中扩展了频谱的宽度，因而也属于扩频 几种不同的扩频方式混合使用,2020/8/31,37,扩频通信系统的两个重要性能指标,处理增益，也称扩频增益（Gp） 频带扩展后的信号带宽W与频谱扩展前的信息带宽F 跳频是靠躲避干扰来达到抗干扰能力的 抗干扰容限 扩频系统能在多大干扰环境下正常工作的能