移动通信技术-第二章-调制解调

第二章调制解调移动通信技术2本章纲要2.1概述2.2数字频率调制2.3数字相位调制2.4正交振幅调制（QAM）2.5扩展频谱调制2.6多载波调制移动通信技术3概述调制：把要传输的信号变换成适合信道传输的信号的过程。常用的数字调制方式有：FSK和PSK。移动通信信道的基本特征：1.带宽有限；2.干扰和噪声影响大；3.存在多径衰落。移动通信技术4概述对调制方式的要求：带宽有限要求高的频谱利用率，即要求已调信号所占的带宽窄。要求在恶劣的信道环境下，经过调制解调后输出的信噪比较大或误码率较低；可实现性，如采用恒包络调制。易于解调等。移动通信技术5概述移动通信技术6最小移频键控（MSK）调制1.相位不连续的FSK信号：在FSK方式中，在两个相邻的频率跳变的码元之间，其相位是不连续的。而相位的不连续，导致产生很强的旁瓣分量。经带宽受限的信道，旁瓣分量被滤出，包络不恒定非线性电路，发生频谱扩展现象。移动通信技术7最小移频键控（MSK）调制2.MSK的调制原理MSK是2FSK在正交状态、最小频差时的一种特殊形式。“最小”是指载波信号s1(t)和s2(t)满足正交条件时信号频差的调制指数最小值。MSK是一个调制指数为0.5、相位连续的2FSK信号。0.51/bfhT移动通信技术8最小移频键控（MSK）调制MSK信号的表达式保证相位连续的条件为，在t=kTb时kkbcxtaTttS2cos)(11()2kkkkkxxaa)()(1bkbkkTkT移动通信技术9最小移频键控（MSK）调制1111()2kkkkkkkkkkxaakxxaaxkaaMSK信号的前后码元之间存在相关性。假设相位xk的初始参考值等于0，则0mod2kx或移动通信技术10最小移频键控（MSK）调制MSK的信号表达式也可以写作：式中，称为是第k个码元信号的附加相位。()cos,1ckbbStttkTtkT2kkkbtatxTkt移动通信技术11最小移频键控（MSK）调制在码元持续时间内，的特征：是t的直线方程；在一个码元持续时间内Tb内，它变化+π/2或-π/2。若，则第k个码元的附加相位增加+π/2；若，则第k个码元的附加相位增加-π/2。kt11ka11ka移动通信技术12最小移频键控（MSK）调制3/20－1－1＋1－1＋1＋1＋1－1＋1Tb2Tb3Tb4Tb5Tb6Tb7Tb8Tb9Tb0akxk(t)t/2－/2－－3/2－2－5/2－3－2－3－3－3－44图2-5MSK的相位轨迹移动通信技术13最小移频键控（MSK）调制图2-6MSK的可能相位轨迹Tb2Tb4Tb6Tb8Tb9Tb(t)t23/2/20－/2－－3/2－27Tb5Tb3Tb移动通信技术14最小移频键控（MSK）调制MSK信号的特点：（1）MSK信号包络恒定，即为等幅波；（2）MSK信号的频偏必须等于±1/(4Tb)，其调制指数为0.5；（3）MSK信号的相位θ(t)在一个码元内准确地线性变化±π/2；（4）在信号的一个Tb内，载波波形的个数为载波周期四分之一的整数倍；（5）码元转换时，信号相位连续，即信号的波形无跳变。移动通信技术15最小移频键控（MSK）调制3.MSK信号的正交表示()cos2coscossinsin22ckkbkckkckbbSttatxTxtatxtatTT0,,sin0,()coscos2coscoscoscossinsin22kkkckbkkckkcbbxxStxtatTxattxattTT则移动通信技术16最小移频键控（MSK）调制1,cos()cos,sin()sin,()coscoscoscossinsin22kkckkcbbaStxttaxttTT则()()coscos()sinsin22kckcbbStItttQtttTT移动通信技术17最小移频键控（MSK）调制4.MSK信号的产生和解调原理框图过程串/并差分编码Tbcosctsinct∑＋－yMSK(t)TbakdktTb2costTb2sin移动通信技术18最小移频键控（MSK）调制图2-7MSK的输入数据与各支路数据及基带波形的关系012345678910111213141516－1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1009＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1＋1Tb6Tb7Tb8Tb9Tb13Tb14Tb15Tb6Tb7Tb8Tb9Tb10Tb13Tb14Tb16TbTbkdkakxkcosxkakcosxk－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1－1b2coscosTtxk777－7－74－4－4－4－3－3－3－22Tb2Tb3Tb3Tb4Tb4Tb5Tb5Tb10Tb11Tb11Tb12Tb12Tb15Tb16Tbb2sincosTtxakk移动通信技术19最小移频键控（MSK）调制5.MSK信号的功率谱密度])(2[cos])(161[8)(2222bcbcbMSKTffTffTfP2222cos[2()]2()QPSKcbcbAPfffTffT移动通信技术20最小移频键控（MSK）调制MSK的主瓣谱能量大，说明MSK信号功率谱更加紧凑。优点是功率谱主瓣虽然较宽，但旁瓣却以[(ƒ-ƒc)Tb]-4规律迅速下降。旁瓣的功率之所以大是因为数字基带信号含有丰富的高频分量，用低通滤波器去其高频分量，便可减少已调信号的带外辐射。MSK调制比较适合于非线性的和邻道抑制严格的移动信道应用。移动通信技术21最小移频键控（MSK）调制MSK信号的解调（1）鉴频器解调uFM(t)前置放大器限幅器鉴频器低通滤波器噪声n(t)解调器r(t)移动通信技术22最小移频键控（MSK）调制（2）MSK信号相干解调框图bc2121Tf锁相环÷2bc2122Tf锁相环÷2∑∑＋－平方器相干载波提取LPF取样判决交替门LPF取样判决BPFTb差分译码＋－sin2sin2btT－ctct＋－cos2cos2btT移动通信技术23高斯滤波的最小移频键控（GMSK）调制1.GMSK信号的基本原理预调制滤波器必须具有以下特点：（1）带宽窄，且具有陡峭的截止频率；（2）脉冲响应的过冲应尽可能的小；（3）保持调制指数为0.5，并利于采用相干解调。预调制滤波器输入数据不归零(NRZ)FM调制器调制指数为0.5移动通信技术24高斯滤波的最小移频键控（GMSK）调制高斯滤波器具有指数形式的响应特性，其中幅度特性为冲激响应为Bb:高斯滤波器的3dB带宽。高斯低通滤波器对单个宽度为Tb的矩形脉冲的响应)(22)(fefHbBtth2ln2),exp()(222dQTtBQTtBQtgtbbbb)2/exp(2122ln222ln2)(2移动通信技术25高斯滤波的最小移频键控（GMSK）调制o0.20.40.60.81.00.70.40.30.250.2Tb2Tb－Tb－2TbtBbTb＝∞g(t)移动通信技术26高斯滤波的最小移频键控（GMSK）调制2.GMSK信号的相位轨迹dTnTgaTttStbbnbc22cos)(0/2－/2－(t)MSKGMSKt/Tb12345678移动通信技术27高斯滤波的最小移频键控（GMSK）调制3.GMSK调制器cos[(t)]表…地址产生输入数据D/ALPF象限计数器…sin[(t)]表…D/ALPFcosctsinct∑y(t)正交调制器移动通信技术28高斯滤波的最小移频键控（GMSK）调制4.GMSK信号解调器1）一比特延迟差分检测器2）二比特延迟差分检测中频滤波器GMSK迟延TbLPF取样判决相移2kaˆ中频滤波器GMSK迟延2TbLPF取样判决kaˆ移动通信技术29高斯滤波的最小移频键控（GMSK）调制5.GMSK信号的性能（1）功率谱密度移动通信技术30高斯滤波的最小移频键控（GMSK）调制（2）误比特率性能01020304050607010－610－510－410－310－210－1(Eb/N0)/dBPe无衰落BbTb＝0.25fD＝40Hz12Hz4Hz慢瑞利衰落01020304050607010－610－510－410－310－210－1(Eb/N0)/dBPe相干检测二比特延迟差分检测BbTb＝0.25fD＝40Hz移动通信技术31GFSK信号的调制GFSK：高斯滤波的移频键控FM(h＝0.4～0.7)高斯滤波输入数据不归零(NRZ)GFSK信号移动通信技术32四相移相键控1.QPSK信号双比特码元移动通信技术33四相移相键控移动通信技术34四相移相键控2.QPSK信号产生QPSK信号可以用正交调制方式产生。移动通信技术35四相移相键控3.QPSK信号的相位跳变QPSK是一种相位不连续的信号,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±180°和±90°。移动通信技术36偏移四相移相键控1.OQPSK信号移动通信技术37偏移四相移相键控移动通信技术38π/4-DQPSK调制1.π/4-DQPSK信号π/4-DQPSK是对QPSK信号的特性进行改进的一种调制方式。改进之一是将QPSK的最大相位跳变±π，降为±3π/4，从而改善了π/4-DQPSK的频谱特性。改进之二是解调方式,QPSK只能用相干解调，而π/4-DQPSK既可以用相干解调也可以采用非相干解调。移动通信技术39π/4-DQPSK调制2.信号的产生串/并变换sinct∑＋－LPFcosctLPF放大输入数据差分相位编码SISQUkVk/4-DPSK信号移动通信技术40π/4-DQPSK调制先不考虑LPF的存在，已调信号：当前码元附加相位。：前一码元附加相位。：当前码元相位跳变量。kckckcckckttttVtUtSsinsincoscos)cos(sincos)(kkk1kkk移动通信技术41表3.2SISQ+1+1-1+1-1-1+1-13/43/4/4/4k/4+1+1-1+1-1+1+1-1-1-1数据S/PSISQcoskkUsinkkV012345+1+1+1+1+1-1-1-1-1-1/4/40100-1-10SQSI表3.3相位差分编码例子-1tg/QISS1kkk1/21/21/21/21/21/23/43/43/43/43/43/2移动通信技术42π/4-DQPSK调制Uk=cosθk=cos(θk-1+Δθk)=cosθk-1·cosΔθk-sinθk-1·sinΔθkVk=sinθk=sin(θk-1+Δθk)=sinθk-1·cosΔθk+cosθk-1·sinΔθk其中，sink-1θ=Vk-1,cosk-1θ=Uk-1，上面两式可改写为