第3章数字调制技术.ppt

通信原理 引 言 移动通信的数字调制要求是:(1)必须采用抗干扰能力较强的调制方式(采用恒包络角调制方式以抗严重的多径衰落影响)；(2)尽可能提高频谱利用率:占用频带要窄，带外辐射要小（采用FDMA、TDMA调制方式）；占用频带尽可能宽，但单位频谱所容纳的用户数多（采用CDMA调制方式）；(3)具有良好的误码性能。数字调制方式应考虑如下因素：抗扰性，抗多径衰落的能力，已调信号的带宽，以及使用、成本等因素。好的调制方案应在低信噪比的情况下具有良好的误码性能，具有良好的抗多径衰落能力，占有较小的带宽，使用方便，成本低。 【案例3.1】 3.1数字调制技术基础 3.1.1 移动通信对数字调制的要求 （1）抗干扰性能要强，如采用恒包络角调制方式以抗严重的多径衰落影响。 （2）要尽可能地提高频谱利用率。 （3）占用频带要窄，带外辐射要小。 （4）在占用频带宽的情况下，单位频谱所容纳的用户数要尽可能多。 （5）同频复用的距离小。 （6）具有良好的误码性能。 （7）能提供较高的传输速率，使用方便、成本低 3.1.2 数字调制的性能指标 数字调制的性能常用它的功率效率和带宽效率来衡量。功率效率反映调制技术在低功率情况下保持数字信号正确传送的能力，可表述成在接收机端特定的误码率下，每比特的信号能量与噪声功率谱密度之比 带宽效率描述了调制方案在有限的带宽内容纳数据的能力，它反映了对分配的带宽是如何有效利用的，可表述成在给定带宽内每赫兹数据速率的值 在数字通信系统当中，对与功率效率和带宽效率的选择通常是一个折中方案。比如，我们对信息信号增加差错控制编码，提高了占用带宽，即降低了带宽效率，但同时对于给定的误比特率所必需的接收功率降低了，即以带宽效率换取了功率效率。另一方面，现今更多的调制技术降低了占用带宽，却增加了所必需的接收功率，即以功率效率换取了带宽效率。 3.1.3 数字调制信号所需的传输带宽 信号带宽的定义通常都是基于信号功率谱密度（PSD）的某种变量，并没有一个能够完全适用于所有情况的定义。 随机信号的功率谱密度被定义为 1.2 移动通信的分类及工作方式 而对于已调（带通）信号，它的功率谱密度与基带信号的功率谱密度有关。假设一个基带信号 信号的绝对带宽定义为信号的非零值功率谱在频率上占据的范围；最为简单和广泛使用的带宽度量是零点-零点带宽；半功率带宽被定义为功率谱密度下降到一半时或者比峰值低3dB时的频率范围；联邦通信委员会（FCC）采用的定义为占用频带内有信号的99%。 3.1.4 主要调制方式 目前所使用的主要调制方式有线性调制技术中的QPSK调制、恒包络调制技术中得GMSK调制、扩频调制技术中的直接序列扩频与跳频、与编码调制相结合技术中的TCM调制，下面将针对这些调制技术进行介绍。 3.2线性调制技术 数字调制技术通常可以分为线性和非线性调制两类。在线性调制技术当中，传输信号的幅度随调制信号的变化呈线性变化。线性调制技术带宽效果高，所以非常适用于在有限频带要求下，容纳尽可能多的用户的无线通信系统。 在线性调制技术中，传输信号可表示为 式中，A是载波振幅；是载波频率；通常为复数形式的已调信号的复包络。 从上面的式子可以看出，载波信号的包络随调制信号呈线性变化。线性调制通常都不是恒包络的。线性调制技术具有很好的频谱效率，但是在传输当中必须使用功率效率较低的线性放大器，如果使用功率非常高的非线性放大器则会造成严重的邻道干扰。目前，移动通信系统使用当中最普遍的线性调制技术有BPSK、QPSK、OQPSK和π/4QPSK。 3.2.1 二进制移相键控(BPSK) 1. BPSK信号的表示式SBPSK(t) 或写成： 2. BPSK的功率谱密度PBPSK 3.2.2 差分移相键控（DPSK） DPSK避免了接收机需要相干参考信号。这在非相干接收机中比较容易实现，且价格低廉，因而广泛应用于无线通信系统。DPSK调制器框图如图3.2所示。 3.2.3 正交四相移相键控 表3-1给出了双比特信息，和相邻码元间相位跳变之间的对应关系。由表可见，码元转换时刻的相位跳变只有和四种取值，所以信号的相位也必定在如图3.12所示的组之间跳变，而不可能产生如QPSK信号以的相位跳变。信号的频谱特性得到较大的改善。同时也可以看到和只可能有0,，五种取值，且0，和相隔出现。π/4-QPSK调制电路如图3.13所示。 图3.11 OQPSK信号正交相干解调原理框图 3.2.5 π/4-QPSK 1.π/4-QPSK信号的产生 2.π/4-QPSK信号的解调 图3.14 基带差分检测电路 中频延迟差分检测 图3.15 中频延迟差分检测电路 图3.16 π/4-QPSK信号的鉴频器检测工作原理框图 图3.16 π/4-QPSK