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1、第第6章章移動通信數(shù)字調制解調移動通信數(shù)字調制解調技術技術本章提示本章提示l 調制在通信系統(tǒng)中占有十分重要的地位。調制在通信系統(tǒng)中占有十分重要的地位。只有經過調制才能將基帶信號轉換成適合只有經過調制才能將基帶信號轉換成適合于信道傳輸?shù)囊颜{信號，而且它對系統(tǒng)的于信道傳輸?shù)囊颜{信號，而且它對系統(tǒng)的傳輸有效性和可靠性都有很大的影響。傳輸有效性和可靠性都有很大的影響。本章提示本章提示l 數(shù)字調制與模擬調制本質上并無什么不數(shù)字調制與模擬調制本質上并無什么不同，它們同屬正弦載波調制。但是數(shù)字調同，它們同屬正弦載波調制。但是數(shù)字調制的調制信號為數(shù)字型正弦調制，模擬調制的調制信號為數(shù)字型正弦調制，模擬調制的調

2、制信號為連續(xù)性正弦調制。模擬信制的調制信號為連續(xù)性正弦調制。模擬信號傳輸?shù)馁|量標準是信噪比（號傳輸?shù)馁|量標準是信噪比（S/N），數(shù)字），數(shù)字信號傳輸?shù)馁|量標準是誤碼率（信號傳輸?shù)馁|量標準是誤碼率（Pe）。）。本章提示本章提示l 第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)采用模擬調頻第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)采用模擬調頻（FM）傳輸模擬語音，其信令系統(tǒng)采用）傳輸模擬語音，其信令系統(tǒng)采用2FSK數(shù)字調制。第二代數(shù)字蜂窩移動通信數(shù)字調制。第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)傳送的語音都是經過語音編碼和信道系統(tǒng)傳送的語音都是經過語音編碼和信道編碼后的數(shù)字信號。編碼后的數(shù)字信號。GSM系統(tǒng)采用系統(tǒng)采用GMSK調制；調制；IS-54系統(tǒng)和

3、系統(tǒng)和PDC系統(tǒng)采用系統(tǒng)采用/4DQPSK調制；調制；IS-95CDMA系統(tǒng)的下行信系統(tǒng)的下行信道采用道采用QPSK調制，其上行信道采用調制，其上行信道采用OQPSK調制。第三代蜂窩移動通信系統(tǒng)將調制。第三代蜂窩移動通信系統(tǒng)將采用采用MQAM、QPSK或或8PSK調制。調制。本章提示本章提示l 由于帶寬資源受限，目前所有調制技術由于帶寬資源受限，目前所有調制技術的主要設計思路就是最小化傳輸帶寬。相的主要設計思路就是最小化傳輸帶寬。相反，擴頻技術使用的傳輸帶寬比要求的最反，擴頻技術使用的傳輸帶寬比要求的最小信號帶寬大幾個數(shù)量級。在多用戶系統(tǒng)小信號帶寬大幾個數(shù)量級。在多用戶系統(tǒng)中，事實證明在多址干

4、擾（中，事實證明在多址干擾（MAI）環(huán)境，擴）環(huán)境，擴頻系統(tǒng)能獲得很高的頻譜利用率。頻系統(tǒng)能獲得很高的頻譜利用率。第第6章章移動通信數(shù)字調制解調技術移動通信數(shù)字調制解調技術l6.1數(shù)字調制技術概述數(shù)字調制技術概述l6.2線性數(shù)字調制技術線性數(shù)字調制技術l6.3恒包絡調制恒包絡調制l*6.4“線性線性”和和“恒包絡恒包絡”相結合的調制相結合的調制技術技術6.1數(shù)字調制技術概述數(shù)字調制技術概述l6.1.1概述概述l6.1.2數(shù)字調制的性能指標數(shù)字調制的性能指標l6.1.3蜂窩移動通信系統(tǒng)對數(shù)字調制技術的蜂窩移動通信系統(tǒng)對數(shù)字調制技術的要求要求l6.1.4數(shù)字調制技術分類數(shù)字調制技術分類l6.1.5

5、調幅與調頻調幅與調頻6.1.1概述概述l第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調制第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)都使用數(shù)字調制技術。技術。l超大規(guī)模集成電路（超大規(guī)模集成電路（VLSI）和數(shù)字信號處）和數(shù)字信號處理（理（DSP）技術的發(fā)展使數(shù)字調制比模擬）技術的發(fā)展使數(shù)字調制比模擬調制的傳輸系統(tǒng)更有效。調制的傳輸系統(tǒng)更有效。6.1.1概述概述l新的多用途可編程數(shù)字信號處理器使得數(shù)新的多用途可編程數(shù)字信號處理器使得數(shù)字調制器和解調器完全用軟件來實現(xiàn)成為字調制器和解調器完全用軟件來實現(xiàn)成為可能。可能。l嵌入式軟件實現(xiàn)方法可以在不重新設計和嵌入式軟件實現(xiàn)方法可以在不重新設計和替換調制解調器的情況下改變和提高性能。

6、替換調制解調器的情況下改變和提高性能。6.1.2數(shù)字調制的性能指標數(shù)字調制的性能指標l數(shù)字調制的性能指標通常通過功率有效性數(shù)字調制的性能指標通常通過功率有效性 p（PowerEfficiency）和帶寬有效性）和帶寬有效性 B（SpectralEfficiency）來反映。）來反映。l功率有效性功率有效性 p是反映調制技術在低功率電是反映調制技術在低功率電平情況下保證系統(tǒng)誤碼性能的能力，可表平情況下保證系統(tǒng)誤碼性能的能力，可表述成每比特的信號能量與噪聲功率譜密度述成每比特的信號能量與噪聲功率譜密度之比：之比：6.1.2數(shù)字調制的性能指標數(shù)字調制的性能指標l帶寬有效性帶寬有效性 B是反映調制技術

7、在一定的頻是反映調制技術在一定的頻帶內數(shù)字有效性的能力，可表述成在給定帶內數(shù)字有效性的能力，可表述成在給定帶寬條件下每赫茲的數(shù)據通過率：帶寬條件下每赫茲的數(shù)據通過率：l式中，式中，R為數(shù)據速率（為數(shù)據速率（bit/s），），B為調制射為調制射頻頻RF信號占用帶寬。信號占用帶寬。6.1.2數(shù)字調制的性能指標數(shù)字調制的性能指標l由香農（由香農（Shannon）定理：）定理：l式中，式中，C為信道容量；為信道容量；B為為RF帶寬；帶寬；S/N為為信噪比；信噪比；lb=loga，a=2。6.1.2數(shù)字調制的性能指標數(shù)字調制的性能指標l因此，最大可能的因此，最大可能的 BMAX為為l對于對于GSM，B=

8、200kHz，SNR=10dB，則有：則有：6.1.3蜂窩移動通信系統(tǒng)對數(shù)字調制技術蜂窩移動通信系統(tǒng)對數(shù)字調制技術的要求的要求l（1）數(shù)字調制的目的在于使傳輸?shù)臄?shù)字信）數(shù)字調制的目的在于使傳輸?shù)臄?shù)字信號與信道特性相匹配號與信道特性相匹配l（2）移動通信要求采用恒定包絡數(shù)字調制）移動通信要求采用恒定包絡數(shù)字調制技術技術l（3）應盡量避免幅）應盡量避免幅-相轉換（相轉換（AM/PM）效）效應應l（4）要求調制方式具有最小的功率譜占用）要求調制方式具有最小的功率譜占用率率6.1.3蜂窩移動通信系統(tǒng)對數(shù)字調制技術蜂窩移動通信系統(tǒng)對數(shù)字調制技術的要求的要求l具體地講，數(shù)字調制技術應滿足如下特性具體地講，

9、數(shù)字調制技術應滿足如下特性要求。要求。l為了在衰落條件下獲得所要求的誤碼率為了在衰落條件下獲得所要求的誤碼率（BER），需要好的載噪比（），需要好的載噪比（C/N）和載干）和載干比比（C/I）性能。）性能。l所用的調制技術必須在規(guī)定頻帶約束內所用的調制技術必須在規(guī)定頻帶約束內提供高的傳輸速率，以（提供高的傳輸速率，以（bit/s）/Hz為單位。為單位。6.1.3蜂窩移動通信系統(tǒng)對數(shù)字調制技術蜂窩移動通信系統(tǒng)對數(shù)字調制技術的要求的要求l應使用高效率的功率放大器，而帶外輻應使用高效率的功率放大器，而帶外輻射又必須降低到所需要求（射又必須降低到所需要求（60dB70dB）。）。l恒定包絡。恒定包絡。

10、l低的載波與同道干擾（低的載波與同道干擾（CCI）的功率比。）的功率比。l必須滿足快速的比特再同步要求。必須滿足快速的比特再同步要求。l成本低，易于實現(xiàn)。成本低，易于實現(xiàn)。6.1.4數(shù)字調制技術分類數(shù)字調制技術分類l1線性調制方式線性調制方式l線性調制方式主要有各種進制的線性調制方式主要有各種進制的PSK和和QAM等。等。l線性調制方式又可分為頻譜高效和功率高線性調制方式又可分為頻譜高效和功率高效兩種。效兩種。2恒定包絡調制方式恒定包絡調制方式l恒定包絡調制方式主要有恒定包絡調制方式主要有MSK、TFM（平（平滑調頻）、滑調頻）、GMSK等。等。l其主要特點是這種已調信號具有包絡幅度其主要特點

11、是這種已調信號具有包絡幅度不變的特性，其發(fā)射功率放大器可以在非不變的特性，其發(fā)射功率放大器可以在非線性狀態(tài)而不引起嚴重的頻譜擴散。線性狀態(tài)而不引起嚴重的頻譜擴散。6.1.5調幅與調頻調幅與調頻l早期早期VHF頻段的移動通信電臺大都采用調頻段的移動通信電臺大都采用調幅方式，調幅是使高頻載波信號的振幅隨幅方式，調幅是使高頻載波信號的振幅隨調制信號的瞬時變化而變化，其所占帶寬調制信號的瞬時變化而變化，其所占帶寬為為BAM2fm，其中，其中，fm為音頻的上限頻率。為音頻的上限頻率。l由于信道快衰落會使模擬調幅產生附加調由于信道快衰落會使模擬調幅產生附加調幅而造成失真，目前已很少采用。幅而造成失真，目前

12、已很少采用。6.1.5調幅與調頻調幅與調頻l調頻是使高頻載波信號的瞬時頻率隨調制調頻是使高頻載波信號的瞬時頻率隨調制信號的變化而變化，其所占帶寬為信號的變化而變化，其所占帶寬為BFM2(FM1)fm，其中，其中 FM為調制指數(shù)。為調制指數(shù)。l調頻制在抗干擾和抗衰落性能方面優(yōu)于調調頻制在抗干擾和抗衰落性能方面優(yōu)于調幅制，對非線性信道有較好的適應性，世幅制，對非線性信道有較好的適應性，世界上幾乎所有的模擬蜂窩系統(tǒng)都使用頻率界上幾乎所有的模擬蜂窩系統(tǒng)都使用頻率調制。調制。6.1.5調幅與調頻調幅與調頻l單邊帶調幅系統(tǒng)只傳送一個邊帶（上邊帶單邊帶調幅系統(tǒng)只傳送一個邊帶（上邊帶或下邊帶），所以只占用普通

13、調幅系統(tǒng)一或下邊帶），所以只占用普通調幅系統(tǒng)一半的帶寬。半的帶寬。l單邊帶調制技術對移動通信還是非常有用單邊帶調制技術對移動通信還是非常有用的。的。l隨著數(shù)字信號處理、大規(guī)模集成電路和新隨著數(shù)字信號處理、大規(guī)模集成電路和新的單邊帶調制解調技術的進步，單邊帶在的單邊帶調制解調技術的進步，單邊帶在移動通信中的應用還是很有前途的。移動通信中的應用還是很有前途的。6.2線性數(shù)字調制技術線性數(shù)字調制技術l理想的調制方式能夠使通信在低信噪比情理想的調制方式能夠使通信在低信噪比情況下提供低的誤碼率，在多徑和衰落條件況下提供低的誤碼率，在多徑和衰落條件下很好地工作，并且容易實現(xiàn)。下很好地工作，并且容易實現(xiàn)。l

14、一種數(shù)字調制技術的分類方法將它分為線一種數(shù)字調制技術的分類方法將它分為線性和非線性兩類。性和非線性兩類。l在線性數(shù)字調制技術中，傳輸信號的幅度在線性數(shù)字調制技術中，傳輸信號的幅度s(t)隨調制數(shù)字信號隨調制數(shù)字信號m(t)的變化而呈線性變的變化而呈線性變化。化。6.2線性數(shù)字調制技術線性數(shù)字調制技術l線性數(shù)字調制技術帶寬效率較高，所以非線性數(shù)字調制技術帶寬效率較高，所以非常適用于在有窄頻帶要求下，需要容納越常適用于在有窄頻帶要求下，需要容納越來越多用戶的無線通信系統(tǒng)。來越多用戶的無線通信系統(tǒng)。l在線性數(shù)字調制方案中，傳輸信號在線性數(shù)字調制方案中，傳輸信號s(t)可表可表示為示為l線性數(shù)字調制方

15、案有很好的頻譜效率，但線性數(shù)字調制方案有很好的頻譜效率，但傳輸中必須使用功率效率低的傳輸中必須使用功率效率低的RF放大器。放大器。6.2線性數(shù)字調制技術線性數(shù)字調制技術l6.2.1二進制幅度鍵控二進制幅度鍵控BASKl6.2.2二進制相移鍵控二進制相移鍵控BPSKl6.2.3差分相移鍵控差分相移鍵控DPSKl6.2.4四相相移鍵控四相相移鍵控QPSKl6.2.5交錯交錯QPSK（OQPSK）l6.2.6p/4四相相移鍵控四相相移鍵控QPSK6.2.1二進制幅度鍵控二進制幅度鍵控BASKl在二進制幅度鍵控（在二進制幅度鍵控（BinaryAmplitudeShiftKeying，BASK）中，載波

16、幅度隨二）中，載波幅度隨二進制調制信號序列進制調制信號序列m(t)變化，即幅度鍵變化，即幅度鍵控（控（AmplitudeShiftKeying，ASK）信）信號可表示為號可表示為6.2.1二進制幅度鍵控二進制幅度鍵控BASK6.2.2二進制相移鍵控二進制相移鍵控BPSKl在二進制相移鍵控（在二進制相移鍵控（BinaryPhaseShiftKeying，BPSK）中，幅度恒定的載波信）中，幅度恒定的載波信號根據信號兩種可能號根據信號兩種可能m1和和m2（即二進制數(shù)（即二進制數(shù)1和和0）的改變而在兩個不同的相位間切換。）的改變而在兩個不同的相位間切換。l通常這兩個相位相差通常這兩個相位相差180。由于只有兩個。由于只有兩個相位，所以二進制相移鍵控也稱二相相移相位，所以二進制相移鍵控也稱二相相移鍵控。鍵控。6.2.2二進制相移鍵控二進制相移鍵控BPSKl如果正弦載波的幅度為如果正弦載波的幅度為Ac，每比特能量，每比特能量Eb=，則傳輸?shù)?，則傳輸?shù)腂PSK信號為信號為（6-10）6.2.2二進制相移鍵控二進制相移鍵控BPSKl出于方便，經常將出于方便，經常將m1和和m2一般化為取一般化為取1或