无线通信技术32

无线通信技术武卓[e-mail]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2()()cos(22)012()()cos(22)00bFSKHcbbbFSKLcbbEStVtffttTTEStVtffttTT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PAM信号，与压控振荡器产生CPFSK。FSK选择器fMf2f1K比特控制M=2K压控振荡器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(2)/FSKbkFRF数字调制和解调技术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Δw，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MSK信号可表示式(),(1)2kkkSSattkTtkTT式中称为附加相位函数；ωc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kTs≤t≤(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()kt数字调制和解调技术MSK信号波形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θk(t)的波形图0k(t)－1－1＋1－1＋1＋1＋1－1＋1ak－30－2－3－34－4xk2TsTs3Ts4Ts5Ts6Ts7Ts8Ts9Tst2π32π32π5数字调制和解调技术MSK的相位轨迹图3Ts－2Ts5Ts7Tst－02k(t)数字调制和解调技术MSK信号的归一化功率谱－40－30－20－100sT75.0sT1sT2sT3(f－fc)/Hz功率谱密度/dBMSK2PSK数字调制和解调技术cos()2stTsin()2stT差分编码振荡fc移相90°BPF延迟Ts串/并变换12sfTakckQkIkMSK信号cos()2kstITsin()2kstQTcos()cos()2kcstItTsin()sin()2kcstQtTMSK调制框图coskcoskka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积分判决积分判决MSK信号[2,2(1)]ssiTiT[(21),(21)]ssiTiT2(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)脉冲响应的过冲较小---〉(3)滤波器输出脉冲响应曲线下的面积对应于π/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(-α2f2)式中,α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[)(2taathbbBT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[()]22tbGMSKcnbbTStwtagnTdT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00.5102468∞1.00.750.50.40.30.2BbTb＝0.1g(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)－110－100－90－80－70－60－50－40－30－20－1001000.51.01.52.02.5功率谱密度/dB()cbffT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BPSK2锁相环~振荡器输入输出cosct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cosctsinct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°相移时延Tb抽样判决LPFsin[()]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BPFBbTb＝0.6310－610－510－410－310－210－146810121416BEREbNo/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对抗频率选择性衰落或窄带干扰。频谱利用率高通过使用不同数量的子信道实现不同的传输速率。可以与其它多种接入方法结合使用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OFDMvs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)NBnnnstanftbnft数字调制和解调技术OFDM载波OFDM载波频率是n・1/T数字调制和解调技术实际的OFDM频谱数字调制和解调技术OFDM系统功率谱总的功率谱几乎是方形的数字调制和解调技术OFDM调制器数字调制和解调技术OFDM解调器数字调制和解调技术M进制方型QAM的误码率曲线数字调制和解调技术作业题:总结比较线性调制、非线性调制中的几种典型技术（BPSK、QPSK、OQPSK、MSK、GMSK、QAM）的优缺点。